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基于单片机的多功能声控系统设计 文献综述1.1 微型计算机的结构 计算机的基本结构是由运算器、控制器、存储器及输入输出设备五部分组成。微型计算机是由中央处理器CPU、存储器RAM/ROM、输入输出接口电路等多块集成电路芯片组成，因此称为多片微型计算机，简称多片机。单片机：把中央处理器CPU、存储器RAM/ROM、输入输出接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片上，这块芯片构成一个完整的微型计算机，称为单片微型计算机，简称单片机。1.2 单片机概念单片机是在微处理器的基础上发展起来的。微处理器最早出现在20世纪70年代中期，是微计算机的核心，需要和存储器以及I/O接口电路共同组成应用系统。我国引进微计算机嵌入式应用技术是在改革开放时期，至今已有30年了。最早大规模引进的是Z80单板机。而单片机技术的引进是从8051开始的。8051单片机是Intel公司的技术，其前身是8048单片机。后来，很多半导体公司都生产和8051兼容的单片机，如Philips、Atmel、LG、华邦等。片上系统以及应用系统的的单片化片上系统也称soC（system on Chip），其优点是系统的可靠性高、硬件的复杂程度低，减小了硬件尺寸，降低了成本和功耗。对于控制系统而言，系统的可靠性是第一位的。对一个控制系统的起码要求是在任何情况下都不应该“死机”。随着集成电路技术的发展，片内可集成的存储容量和I/O模块越来越大，专门为不同行业的各种不同需求而定制的单片机种类越来越多。1.3 单片机的广泛选择 世界上的单片机至少有几千种，每种单片机都有各自的定位，强调的是soC。只有将整个系统都集成在一个集成电路芯片上，才能做到低成本、高可靠性；只有在不得已的情况下，才扩充额外的接口芯片。注意：虽然学习的是特定型号的单片机，但针对不同的应用要选择最适宜的单片机；如果学会了使用某种型号的单片机，将来也能快速掌握其他单片机的开发方法。 世界上著名的单片机供应商主要有：Ateml、TI、Philips、Microchip以及NEC、三菱、富士通、东芝等，各大公司有很多不同的系列，每个系列又有很多的品种。近年来，韩国、中国台湾地区的一些企业也开始生产一些与上述著名企业兼容但更廉价的单片机。个人计算机的寿命一般只有35年，而工业级嵌入式单片机产品则有较长的使用寿命(1020年)。从技术上看，8位、16位和32位单片机各有其相应的应用领域和定位，故单片机的寿命要相对长很多。技术的进步体现为使用更精密的制造工艺，如从0.35m工艺到0.25m、0.18m、0.13m、90nm工艺等，从而使芯片面积更小、功耗更低、价格更便宜。1.4 单片机的开发方法嵌入式应用系统的开发方法源于单板机的开发技术。单板机由微处理器、ROM、RAM、并口、串口等分立元件组成，有总线接口，允许用户扩展存储器和外围接口器件。为了对单板机系统硬件进行测试，需要一个能在单板机系统上正常运行的监控程序。监控程序可通过串口将应用程序下载到RAM中调试，然后将应用程序烧写在ROM中。早期的单片机只将部分I/O和少量的RAM集成在单片机中，扩展EPROM作为程序存储器；程序烧录在单片机外部。后来EPROM也集成到单片机中，出现了“窗口片”。由于当时的单片机程序有限，对于一些简单的应用，反复烧写EPROM的方法也还可行。20世纪80年代后，出现了一种叫做仿真器的单片机调试工具：先是EPROM仿真器，用EPROM仿真头代替系统中的EPROM器件；后来是单片机仿真器，用复杂的系统模仿目标单片机的功能，将仿真头插在目标板上单片机的位置上做系统调试。该种方式适用于早期单片机系统的开发。当前的单片机内部增加了一个专门用于调试的模块，该模块以单线通信的方式和外界通信。开发工具仅实现单线通信方式对PC通信标准接口的转换（USB或串行口），使用户能用PC对单片机系统做调试。8位、16位单片机常使用一个I/O接口，32位单片机则使用JTAG接口（是集成电路厂商用来测试产品的标准接口）。现在的单片机集成了可在线擦除、在线下载的片内闪存，替代了过去片内的ROM，使得开发单片机系统不再需要仿真器。现在的半导体工艺保证闪存有10万次以上的可靠擦写次数，所以开发过程中不必顾及闪存的寿命问题，可以反复擦写闪存。1.5 单片机的性能特点 集成度高在单片机芯片中，除CPU外，还有RAM/ROM、I/O接口、定时 器/计数器等部件，因此集成度高。结构紧凑、可靠性高 高集成度，大量减少了芯片间的连线，提高了系统的抗干扰 能力。另外单片机超小型化，结构紧凑，体积小，对于强磁 场环境易于采取屏蔽措施，因而抗干扰能力强，可靠性高，适合于一些恶劣环境中工作。数据处理能力强、速度快具有位处理能力。另外，由于CPU与存储器同在一芯片上， 因而减少了多片之间数据传送所需时间，提高了数据处理速度。功耗小、成本低单片机结构紧凑，数据传送路径短，所需功耗小；内部采用准静态RAM，结构与动态RAM类似，但不需刷新，可使功耗下降。1.6 单片机发展概况 第一阶段：四位单片机（19711974）。主要用于家电和游戏机中。第二阶段：低、中档八位机（19741978）。这阶段单片机一般不带串行I/O接口，寻址范围通常为4KB，低、中档八位机目前已逐渐被高档8位机所取代。第三阶段：高档八位机（19781982）。在低、中档八位机基础上发展起来的，性能有明显提高。第四阶段：16位单片机和超八位单片机（19821990）。虽然16位单片机在1982年已问世，但其发展并不像人们预料的那样快，原因是价高，开发时间长。第五阶段：新一代单片机（90年以来）。这一代单片机结构上采用双CPU或内部流水线，CPU位数有8、16、32等，时钟频率高达几十MHZ。1.7 单片机的应用工业过程控制如锅炉控制、电机控制、交通信号灯控制等。家用电器设备由于单片机价格低、体积小、逻辑判断和控制能力强，故广泛应用于家电中。智能化仪器由于单片机控制能力强、体积小、功耗低，并有一定的数据处理能力，故单片机广泛应用于仪器仪表中。计算机网络及通信技术 自动拨号无线电话网，串行自动呼叫应答设备，程控电话等。主要参考文献目录：1 金中浩，数字技术与应用J，北京航空航天大学出版社2011.112 张克农，宁改娣，数字电子技术基础第二版M 2010.073 李全利，单片机原理及接口技术第二版M，高等教育出本社 2009.014 陈海宴，51单片机原理及应用M，北京航空航天大学出版社，2010.075 张鑫，单片机原理及应用（第2版）M，2010.106 李国厚，白林峰，单片机原理及应用设计M 2009.037 康华光，电子技术