单片机的发展及应用现状
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单片机的发展及应用现状
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北京工业大学张俊谟教授?
随着大规模集成电路技术的发展.可以将CPU,RAM,BOM,定下面列举单片机发展过程中的一些重要事件,以对单片机的
时器/计数器以及输^/输出lI/0)接口电路等主要计算机部件集发展情况作概要说明.
成在一块集成电路芯片上.这样所组成的芯片级的微型计算机称1976年lIIteI公司首先推出能称为单片机的MCS一48系列单
为单片微型计算机(SirechipMicmcamputer),直译为单片微机或片微型计算机,它以体积小,功能全,价格低等特点,赢得了广泛的
单片机.虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上看,它已具应用,为单片机的发展奠定了基础,成为单片机发展进程中的一个
有了微机系统的含义重要阶殷.
由于单片机从功能和形态来说都是为满足控制领域应用的要在MC.5—48成功的刺激下,许多半导体公司和计算机公司争
求,并且发展到新一代80C51,M68HC05M68HC11系列单片机时,相研制和发展自己的单片机系列.到目前为止,世界各地厂商已研
在其中着力扩展了各种控{6|功能,如A/D,PWM,PCA计数器捕制出大约50个系列,30多个品种的单片机产品,其中有Motoro]a
获/比较逻辑,高速1/0口,wT等,巳突破了微型计算机公司的6801,6802,Zilog公司的z一8系列,R.ck删公司的6501,
(Microcomputer)的传统内客所以更准确地反映单片机本质的叫6502等,此外日本
的NEC公司,日立公蔚及EPSON公司等也都相
法应是擞控{6|器(Micr呲衄lr0?er——Mcu),与之相应,则将通用继推出了各具特色的单片机品种.
的计算机称为微处理器(MPU).日本日立公司(Hitachi)推出的H8/300,H8/600是较新款式的
根据单片机的结构和微电子设计的特点,应用系统中虽然往8位单片机系剜,采用高级语言c编写软件.中央娃理器工作频率
往仅以单片机为核心,但是它已完全融人应用系统之中,故而也有10Ml{z,16位寄存器至寄存器加/减(速度200ns),乘/除(速度
将单片机称为嵌^式微控制器(EmbeddedMic~eonlzoller)的.在我1.4wa至2.6),寻址空问最多有16MB;日本NEC公司78K/11
国,单片机的叫法仍然有普遍的意义,但是这里我们把它认为是一系列l6位单片机,由于操作温度在一40?,125?,已作为汽车电
十单片形态的微控制器.于元件之一,广泛用于汽车翩造业;美国Motorola公司的LapKat芯
单片机可分为4位,8位,16位及32片是HC05单片机的按内部数据通道的宽度,
新成员之一,也是较为理想的微型功率控{6I
位等.单片机中的中央赴理器(CPU)和通用微处理器基本相同,只器LapK砒以8位CPU为核心配以8K字节ROM及304字节
是增设了面向控制"的处理功能.例如:位姓理,查
表
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,多种髋转,RAM.基本功率控制管理计有8条外部外围设备扫描线,8条内部
乘除法运算,状态榆爰I,中断处理等,增强了实时性.工作扫描线,8个8位功率监视及电池侦察A/D.它能仿真8042,
单片机有两种基本结构型式}一种是在通用微型计算机中广8048键盘扫描/控制器以及MC146818实时时钟(RTC),也可与
泛采用的,将程序存储器和数据存储器舍用一个存储器空间的结HC05,MCU配合或单独使用;美国Handsco口公司NS单片机系列产
构,称为普林斯顿(P血c咖n)结构.另一种是将程序存储器和数据品,其概念棱心是将共用的中央处理器结构作为整个系列所有成员
存储器截然分开,分别寻址的结构,称为哈佛(H日r—v舯i)结构.Intel的控{6I中心,这种方式可将各种寄存嚣,比较器,模/数转换器及通
公司的MCS一51和80C51系列单片机采用的是普林斯顿结构,而用异步收发器(UART)等外围功能较迅速而有效地组合在一起.
Motonda公司的M68HCI1等则采用的是哈佛结构.考虑到单片机对工业控{6I,智能仪表等诸多较高层次的应用领域,8位单片
面向控制实际应用的特点,一般需要较大的程序存储器.目前的机系列在性能,价格两方面有较好的兼顾.
单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多.尽管目前单片机的品种很多,但其中最具典型性的当属lntd
单片机即微控制器(MCU)自1976年由hilel公蔚推出Mcs一公司的Mcs一51系列单片机系列.MCS一51是在MCS一48的基
48开始,迄夸已有二十多年了.由于MCU集成度高,功能强,可靠础上于80年代初发展起来的,虽然它仍然是8位的单片机.但其
性高,体积小,功耗低,使用方便,价格低廉等一系列优点,目前己功能有根大的增强.此外它还具有品种全,兼容性强,软硬件赍串}
渗^到人们工作和生括的各个角落,几乎是"无处不在,无所不丰富等特点.因此应用非常广泛,成为继Mcs一48之后最重要的
为".MCU的应用领域己从面向工业控制,通讯,交通,智能仪表等单片机品种.直到现在MCS一51仍不失为单片机中的主流机型.
迅速发展到家用消费产品,办公自动化,汽车电子,Pc机外围以及国内尤以blel的MCS一51系列单片机应用最广.由于8位单片
flI络通讯等广大的领域机的高性能价格比(如z8系列的Z8600,80C2l系剜的80C31每
就MCU本身来说,除了4位机和8位机仍然保有巨大的应用片仅1—1.5黄元),估计近十年内,8位单片机将仍是单片机中的
领域之外,各种新型的,高性能的机型也得到迅速发展主流机型. 1970年微处理器研制成功之后,随着就出现了单片机(即单在8位单片机之后,16位单片机也有很大发展,例如1983年
片的微型计算机).1971年美国lntd公司生产的4位单片机4004h瞄公司推出的MCS一96系列单片机就是其中的典型代表.与
和1972年生产的雏型8位单片机8008,特别是1976年9月blelMcs一51相比,Mcs一96不但字长增加一倍,而且还具有4路或8
公司的MCS一48单片机问世以来,在短短的十几年间,经历了四路的l0位A/D转换功能,此外,在其它性船方面也有一定的提
次更新换代,其发展速度大约每二三年要更新一代,集成度增加一高.在高档智能仪表,彩色复印机,录像机等应用钡域,16位单片
倍,功能翻一番.发展速度之快,应用范围之广已达到了惊^的地机大有用武之地,目前b时的MCS一96系列单片机在国内已得到
步.较好的应用,它必将以高性能的特点在国内得到大规模推广.案 一一盟
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