单片机文献综述.doc

单片机文献综述摘要:本文简单介绍了单片机结构、特点，叙述了单片机的历史、发展趋势及国内外现状等,简述了单片机各时期的特点。关键词:单片机，发展，状况，特点1 引言随着微电子技术的飞速发展,单片机以其性能好、体积小、价格优、功能齐全等突出优点被广泛应用于家用电器、计算机外设、通讯、工业控制、自动化生产、智能化设备以及仪器仪表、家用电器等领域 ，成为科研、教学、工业技术改造最得力的工具。随着技术的发展，单片机在集成度、功能、性能、体系结构方面都有了飞速发展, 已能集成一个完整的功能强大、性能优良的计算机应用系统。2单片机简介及其特点单片微型计算机, 简称单片机, 是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上集成(嵌入) 了CPU、RAM 和ROM 存储器、I/O 接口等而构成的微型计算机。因主要用于工业测控领域, 故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器CPU。用超大规模集成技术把CPU 集成在一块芯片上, 称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展, 以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发, 向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。因此, 单片机有着自己的特点, 主要是: 品种多样, 型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选择自由。CPU 从4、8、16、32 到64 位, 有些还采用RISC 技术；提高性能, 扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。工作频率达到30MHz 甚至40MHz。指令执行周期减到数十微秒。存储器容量RAM 发展到1K、2K, ROM 发展到32K、64K；增加控制功能, 向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU 的芯片上, 除嵌入RAM、ROM存储器和I/O 接口外, 还有A/D、PWM、UART、Timer/Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等, 构成一个完整的功能强的计算机应用系统；低功耗。供电电压从5V 降到3V、2V 甚至1V 左右。工作电流从m A 级降到A 级。在生产工艺上以CMOS 代替NMOS, 并向HCMOS 过渡；应用软件配套。提供了软件库, 包括标准应用软件, 示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品；系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB, 以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外, 还特别配置有传感器, 人机对话、网络多通道等接口, 以便构成网络和多机系统。3 单片机的发展史1974 年,美国仙童(Fairchild)公司研制的世界第一台单片微型机F8.该机有两块集成电路芯片组成,结构奇特,具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视.从此,单片机开始迅速发展,应用领域也在不断扩大.现已成为微型计算机的重要分支,单片机的发展过程通常可以分为一下几个发展过程.(1)第一代单片机(1974-1976):这是单片机发展的起步阶段.在这个时期生产的单片机特点是,制造工艺落后和集成度低,而且采用了双片形式.典型的代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等.(2)第二代单片机(1976-1978):这是单片机的第二发展阶段.这个时代生产的单片机虽然已能在单块芯片内集成CPU,并行口,定时器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品种少,应用范围也不是很广,典型的产品有 Intel 公司的MCS-48系列机.(3)第三代单片机(1979-1982):这是八位单片机成熟的阶段.这一代单片机和前两代相比,不仅存储容量和寻址范围大,而且中断源,并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全双工穿行通信接口电路.在指令系统方面,普遍增设了惩处法和比较指令.这一时期生产的单片机品种齐全,可以满足各种不同领域的需要.代表产品有Intel公司的MCS-51系列机,Motorola公司的MC6801系列机,TI公司的TMS7000系列机,此外,Rockwell, NS,GI和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列.(4)第四代单片机(1983年以后):这是十六位单片机和八位高性能单片机并行发展的时代,十六位机的特点是,工艺先进,集成度高和内部功能强,加法运算速度可达到1us以上,而且允许用户采用面向工业控制的专用语言,如PL/MPLUS C和Forth语言等.代便产品有Intel公司的MCS-96系列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783系列和NS公司的HPC16040等.然而,由于十六位单片机价格比较贵, 销售量不大,大量应用领域需要的是高性能,大容量和多功能新型八位单片机.这些单片机有Intel公司的88044(双CPU工作), Zilog 公司的Super8(含DMA通道),Motorola公司的MC68CH11(内含E2prom及A/D电路)和WDC公司的65C124(内含网络接口电路),等等.目前,八位高性能单片机以成为主流,单片机发展具体体现在以下几个方面:1. CPU功能增强; 2. 内部资源增多; 3. 引脚的多功能化; 4. 低电压低功耗.4 单片机的发展趋势及国内外现状-现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1. 低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2. 微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3. 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。-世 界 各 国 单 片 机 应 用 的 发 展 因 各 自 的 情 况 而 各 有 侧 重。 美 国 单 片 机 的 未 来 发 展 趋 势 主 要 是 从8 位 逐 步 向16 位 和DSP 过 渡。 欧 洲 的 单 片 机 主 要 应 用 于 工 业 控 制 领 域， 因 此8 位 单 片 机 仍 将 是 主 流 产 品， 但 其 功 能 如I/O 和 速 度 等 都 会 有 所 增 强。 单 片 机 的 最 大 应 用 市 场 在 亚 洲， 亚 洲 的 主 要 应 用 是 家 电、 通 信 或 计 算 机 外 设 等 领 域。 亚 洲 以 消 费 类 产 品 为 主， 由 于 家 电 制 造 业 对 单 片 机 的 大 量 需 求，4 位 单 片 机 在 亚 洲 仍 然 占 据 着 很 大 的 市 场， 所 以 其 未 来 的 发 展 趋 势 将 是 由4 位 单 片 机 逐 步 向8 位 单 片 机 过 渡。 我 国 的 情 况 也 基 本 如 此。 国 内 的 单 片 机 目 前 注 重 的 还 只 是 低 档 的 应 用， 普 遍 采 用 的 是4 位、8 位 或16 位 的 单 片 机， 对 于 宏 单 片 机 和DSP 等 高 档 应 用 几 乎 还 是 空 白。 在 这 一 方 面 我 们 与 国 外 的 差 距 比 较 大， 究 其 原 因 主 要 有 两 点： 一 是 开 发 环 境 和 工 具 还 不 具 备， 第 二 是 目 前 还 没 有 找 到 适 当 的 市 场 切 入 点。 高 端 单 片 机 可 应 用 的 领 域 很 多， 如 顶 置 盒、 网 络 接 入 器、 网 卡 等 等， 但 都 没 有 形 成 优 势 产 品。DSP 是 一 种 特 殊 的 单 片 机， 它 同 时 也 是 一 个 嵌 入 式 系 统。 有 人 将21 世 纪 命 名 为“ 数 字 化 时 代”， 我 们 的 家 用 电 器 也 都 要 数 字 化， 其 中 要 用 到 的 很 关 键 的 控 制 器 就 是DSP。 因 此， 我 认 为 我 们 国 内 的 单 片 机 应 用 领 域 应 拓 宽 一 些， 对 高 档 的 应 用 应 给 予 足 够 的 重 视。5 结论 总之，就目前而言，单片机的发展势头依然不减，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。世界上单片机芯片的产量以每年27%的速度递增，到本世纪初已达30亿片，而我国的年需求量也超过了亿片的数量，这表明单片机有着广阔的应用前景。参考文献：1. 李刚编著ADuC8XX系列单片机原理与应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，20022. 刘振安.单片微机新技术