單片機(jī)的發(fā)展方向與特點(diǎn)介紹

20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，單片機(jī)發(fā)展異常迅速，各大芯片廠商都十分重視新型單片機(jī) 的 研制、生產(chǎn)和推廣，單片機(jī)已成為一種“嵌入式”控制芯片，其技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在 以下幾 個(gè)方面。

1.增加字長(zhǎng)，提高數(shù)據(jù)精度和處理的速度

早期單片機(jī)的字長(zhǎng)是 8 位 ，以后產(chǎn)生了 16 位、24 位和 32 位 的單片機(jī)。但是在多數(shù)應(yīng) 用場(chǎng)合，8 位數(shù)據(jù)可以滿足需要 。因此，8 位單片機(jī)與 16 位、24 位及 32 位單片機(jī)一樣，仍 在體系結(jié)構(gòu) 、多功能部件集成 、流水線與并行處理技術(shù) 、制造工藝 、時(shí)鐘頻率等方面競(jìng)相 發(fā)展。

2.改進(jìn)制作工藝，提高單片機(jī)的整體性能

隨著集成電路工藝的發(fā)展，單片機(jī)制作 由 MOS 型發(fā)展成 CMOS 、HCMOS 型 ，從而 提高了芯片的集成度和工作速度 ，降低 了 電壓和功耗 ;內(nèi)部采用大容量 Flash 存儲(chǔ)器 ，實(shí) 現(xiàn)在系統(tǒng) 中 燒 錄 程 序 (ISP) 和 在 應(yīng) 用 中 燒 錄 程 序 (IAP) 等 技 術(shù) 。 比 如 ，Philips 公 司 的 P89C51RC2/P89C51RD2 具有 32KB/64KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，且集成有引導(dǎo)和擦除/燒錄 程序;外部時(shí)鐘頻率提高到 33 MHz~40 MHz，運(yùn)算速度達(dá)到 50 M/s~100 M/s 。

3. 由復(fù)雜指令集 CISC 轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)單指令集 RISC 技術(shù)

早期的 MCS 51 單片機(jī)采用的是 CISC(ComplexInstructionSetComputer) 技術(shù)，隨 著 RISC(ReducedInstructionSetComputer) 技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)也采用了這一技術(shù)，簡(jiǎn)化 了體 系 結(jié) 構(gòu) ，提 高 了 CPU 的 速 度 ，如 Microchip 的 PIC12F× × × 、PIC16F× × × 、 PIC17F××× 、PIC18F×××單片機(jī)等。

18 單片機(jī)原理及接口技術(shù)

4. 多功能模塊集成技術(shù)，使一塊“嵌入式”芯片具有多種功能

在新型單片機(jī) 中 ，除 了 RAM/ROM 、文件寄存器 、定 時(shí)器/計(jì)數(shù)器 、并/串行接 口 電 路、V/F 變換器、A/D 與 D/A 電路之外 ，已有許多單片機(jī)采用雙 CPU 或者多 CPU 結(jié)構(gòu)， 增加鎖相環(huán)路、USB、CAN 、ISSC、I2 C 等總線接口，提供 TCP/IP 協(xié)議的通信接 口 。一則 提高單片機(jī)數(shù)值計(jì)算 、數(shù)據(jù)采集與處理的能力，二則提供外部數(shù)據(jù)傳送和與通信網(wǎng)絡(luò)連接 的能力 。比如美國(guó) Echelon 公司的 Neuron3150 ，內(nèi)置 3 個(gè) CPU 。其中一個(gè)用于介質(zhì)訪問(wèn)， 一個(gè)用于數(shù)據(jù)處理器 ，另一個(gè)作為 網(wǎng)絡(luò)處理器 。又如 Philips 公 司 的 P89C66×，提供 I2 C 總線傳送方式。

5.微處理器與 DSP 技術(shù)結(jié)合

新型單片機(jī)將微處理器與 DSP(DigitalSignalProcessor) 技術(shù)結(jié)合，適 時(shí)解決 網(wǎng)絡(luò)與 多媒體技術(shù)所需的高速實(shí)時(shí)處理能力 。比如我國(guó)臺(tái)灣凌 陽(yáng)科技公司推 出 的 μ′nsp 系列單片 機(jī)，其 16 位機(jī)中增添 了 DSP 功 能 ，具有話音編碼 與解碼器 ， 內(nèi)置在線仿真 電路 ICE(In CircuitEmulator)。

6.融入高級(jí)語(yǔ)言的編譯程序

新型單片機(jī)內(nèi)部融入了高級(jí)評(píng)議的編譯程序，支持應(yīng)用程序接 口 API 的使用，支持 C 語(yǔ)言及硬件描述 VHDL 等高級(jí)語(yǔ)言的使用 ，內(nèi)置在線仿真 電路 ICE，支持在線編程寫入， 即 ISP 和 IAP 技術(shù)等。

7.低電壓、寬電壓、低功耗

新型單片機(jī)追求低電壓 、寬電壓 、低功耗，它改進(jìn) 了制作工藝 ，降低了內(nèi)部電壓和功

耗，提供寬電壓使用方式 ，以支持不同場(chǎng)合的需要 。比如瑞典 Xemic 公司的 XE8301 ，使用 電壓為 1.2V~5.5V ，當(dāng)運(yùn)算速度為 1 M/s 時(shí) ，電流為 200 μA;在待機(jī)狀態(tài)下 ，電流僅 為 1 μA 。

單片機(jī)的特點(diǎn)

單片機(jī)主要具有如下特點(diǎn)。

(1) 有優(yōu)異的性能價(jià)格比。

(2) 集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上 ，內(nèi) 部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之 間 的連線 ，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。 另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境 易于采取措施 ，適合于在惡劣環(huán)境下 工作; 也 易 于產(chǎn) 品化。

(3) 控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī) 的指令系統(tǒng) 中均有極其豐 富 的轉(zhuǎn)移指令 、I/O 口的邏輯操作及位處理指令 。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行 速度均高于同一檔次的微機(jī)。

(4) 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置都比較典型 、規(guī)范，且非常容 易構(gòu)成各種規(guī)模 的應(yīng) 用系統(tǒng)。

正是由于具有上述顯著的特點(diǎn)，單片機(jī)應(yīng)用范 圍 日益擴(kuò)大 。單片機(jī) 的應(yīng)用，打破 了人 們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，原來(lái)很多用模擬電路、脈沖數(shù)字電路和邏輯部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在 均可以使用單片機(jī)，通過(guò)軟件來(lái)完成。