單片機概述、應(yīng)用及發(fā)展
由此來看,單片機有著微處理器所不具備的功能,它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能,這是單片機最大的特征。
然而單片機又不同于單板機,芯片在沒有開發(fā)前,它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路,如果賦予它特定的程序,它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng),它與單板機或個人電腦(PC機)有著本質(zhì)的區(qū)別,單片機的應(yīng)用屬于芯片級應(yīng)用,需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù),用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序,從而使該芯片具備特定的功能。
不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征,即它們的技術(shù)特征均不盡相同,硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),用戶要使用某種單片機,必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等,這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境,指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式,數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式,輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性,支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng),掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。
單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng),可以軟件控制來實現(xiàn),并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化,現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在,例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等,單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。
誠然,單片機的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益,更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想。是控制技術(shù)的一次革命,是一座重要的里程碑。
二.單片機發(fā)展概述
1946年第一臺電子計算機誕生至今,只有50年的時間,依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,從電子管——晶體管——集成電路——大規(guī)模集成電路,現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬甚至上千萬只晶體管,使得計算機體積更小,功能更強。特別是近20年時間里,計算機技術(shù)獲得飛速的發(fā)展,計算機在工農(nóng)業(yè),科研,教育,國防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,計算機技術(shù)已經(jīng)是一個國家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。
單片機誕生于20世紀(jì)70年代,象Fairchid公司研制的F8單片微型計算機。所謂單片機是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(Center Processing Unit,也即常稱的CPU)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)及其他I/O通信口集成在一塊芯片上,構(gòu)成一個最小的計算機系統(tǒng),而現(xiàn)代的單片機則加上了中斷單元,定時單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路,使得單片機的功能越來越強大,應(yīng)用更廣泛。
20世紀(jì)70年代,微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段,集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時期,各種新材料新工藝尚未成熟,單片機仍處在初級的發(fā)展階段,元件集成規(guī)模還比較小,功能比較簡單,一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上,象Farichild公司就屬于這一類型,它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計算系統(tǒng)。類似的單片機還有Zilog公司的Z80微處理器。
1976年INTEL公司推出了MCS-48單片機,這個時期的單片機才是真正的8位單片微型計算機,并推向市場。它以體積小,功能全,價格低贏得了廣泛的應(yīng)用,為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑。
在MCS-48的帶領(lǐng)下,其后,各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機,象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初,單片機已發(fā)展到了高性能階段,象INTEL公司的MCS-51系列,Motorola公司的6801和6802系列,Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司NEC和HITACHI都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機。
80年代,世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機,約有幾十個系列,300多個品種,此時的單片機均屬于真正的單片化,大多集成了CPU、RAM、ROM、數(shù)目繁多的I/O接口、多種中斷系統(tǒng),甚至還有一些帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機,功能越來越強大,RAM和ROM的容量也越來越大,尋址空間甚至可達(dá)64kB,可以說,單片機發(fā)展到了一個全新階段,應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛,許多家用電器均走向利用單片機控制的智能化發(fā)展道路。
1982年以后,16位單片機問世,代表產(chǎn)品是INTEL公司的MCS-96系列,16位單片機比起8位機,數(shù)據(jù)寬度增加了一倍,實時處理能力更強,主頻更高,集成度達(dá)到了12萬只晶體管,RAM增加到了232字節(jié),ROM則達(dá)到了8kB,并且有8個中斷源,同時配置了多路的A/D轉(zhuǎn)換通道,高速的I/O處理單元,適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
九十年代以后,單片機獲得了飛速的發(fā)展,世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強大的單片機。美國Microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列單片機,引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注,特別它的產(chǎn)品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶,使人們從INTEL的111條復(fù)雜指令集中走出來。PIC單片機獲得了快速的發(fā)展,在業(yè)界中占有一席之地。
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