单片机及其应用的文献综述

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业单片机及其应用的文献综述摘要：单片机由于其特点和突出的性能被广泛应用于各个领域，随着社会的发展和技术的进步，各种新型单片机层出不穷，片内集成的功能模块越来越多，整体性能也越来越强大。本文主要介绍了单片机的种类、特点、主要的生产厂家和应用领域等，概述介绍了单片机应用技术的进展和动向。关键词:单片机；分类；应用；发展 引言单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），又称微控制器（Micro controller Unit）或嵌入式控制器（Embed

2、ded Controller）。通常是将组成计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上而形成的微型计算机，其片内常含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。据统计，目前全世界单片机（嵌入式处理器）的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构约30个系列，其中8051 体系仍占有半壁江山。1.分类依据分类方法的不同，单片机可以分为不同的类型。根据数据总线的宽度分类，可分为4位、8位、16位、32位机等，如下表1所示： 表1 根据位宽分类分类名称简介应用场所4位单片机功能单一性能较低。如OKI公司的MSM64164C、MSM64481，NEC

3、 公司的75006X系列，EPSON公司的SMC62系列等。输入装置(鼠标、游戏杆)、电池充电器、带液晶显示的音、视频产品控制器、家用电器的控制及遥控器、玩具控制、记时器、时钟、表、计算器、多功能电话、LCD 游戏机。8位单片机功能强大，品种最为丰富、应用最为广泛。MCS-51 系列及其兼容机型： ATMEL、PHILIPS、WINBOND 是MCS-51 单片机生产的老牌厂家， ST 新推出的PSD 系列等； MOTOROLA68HC05/08 系列、MICROCHIP 的PIC 单片机以及ATMEL 的AVR 单片机。自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器16位单片机十六位单片

4、机操作速度及数据吞吐能力在性能上比8 位机有较大提高。主要应用于工业控制、智能仪器仪表、便携式设备等场合。32位单片机高性能和低功耗。以更低的时钟频率、非常低的功耗，达到很强的运算处理能力。DVD、VCD、数码相机(DSC)、数字式电视机DTV、导航系统、便携式信息终端、空调机、洗衣机、电冰箱、打印机等根据程序存储方式的不同分类，单片机可分为MASKROM类、EPROM类、OTPROM类（一次可编程）、ROM less类、Flash ROM（MTPROM）类五种，如下表2所示：表2 根据程序存储方式分类分类名称特点MASKROM 类程序在芯片封装过程中用掩膜工艺制作到ROM区中，如80C51，

5、适合于大批量生产EPROM 类紫外线可擦写存储器类，如87C51（价格较贵）ROMless类无ROM存储器，如80C31，电路扩展复杂，现在较少用OTPROM类可一次性写入程序Flash ROM 类可多次编程写入存储器，如芯片89C51、89S51 等，其成本低，开发调试方便，可重复烧写程序根据程序存储器和数据存储器是否分开分类，分为哈佛(Harvard)结构单片机和普林斯顿(Princeton)结构单片机，如下表3所示：表3 根据程序存储器和数据存储器分类分类名称特点哈佛(Harvard)结构程序存储器和数据存储器分开普林斯顿(Princeton)结构程序存储器与数据存储器合二为一2.技术特

6、点从单片机的发展历程来看，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域的迫切需求为动力，展现出以下技术特点：2.1 超长的使用寿命大家都知道，应用单片机产品一般都可以稳定可靠地工作十年、二十年，很少出现产品质量问题，这主要与单片机的应用目的、场合、环境等有关。传统的单片机如8051、68HC05 等问世已经二十多年，产量、市场需求量仍然在不断上升。相信目前成功面市的相对较晚的新型单片机， 也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。2.2 高低双向发展双向发展也即高低两个方向同时发展。这如同计算机向微型机和巨型机两个方向同时发展一样，

7、单片机中的8位、32位机齐头并进，这是当前单片机技术发展的一个趋势。长期以来，因市场需求的原因单片机技术的发展是以8位机为主的，但随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足、迅猛的发展。2.3 速度越来越快长期以来，为了提高单片机抗干扰能力，降低噪声的影响，不得不降低系统的时钟频率。如何降低频率而又不牺牲运算速度是单片机技术发展必须研究的问题。8051单片机兼容厂商通过改善单片机的内部时序，在不提高时钟频率的前提下，提高了运算速度；Motorola单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率，68HC08单片机使用4.9M

8、Hz 外部振荡器而内部时钟达32M； 三星电子新近推出了1.2GHz 的ARM处理器内核Halla。2.4 低电压与低功耗一般单片机都能在3到6V 范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V,0.9V供电的单片机已经问世。几乎所有的单片机都提供Wait、Stop 等省电运行方式,允许使用的电源电压范围也越来越宽。随着新型32位单片机的问世，低电压、低功耗和高性能三位一体单片机已经从梦想变为了现实。如AVR32 CPU 在每个时钟周期内完成的处理量要高出普通产品约三倍， 能够以更低的时钟速度、更低的功耗来执行现今应用所要

9、求的计算密集的算法。AVR32采用了18 项与优化架构创新技术相关的专利，使AVR32 AP内核能够最大限度地减小载入/存储和分支跳转操作方面的所花费的系统代价，使传输途径的吞吐量最大化，从而能以较同等处理器低得多的时钟频率和功耗执行复杂的算法。2.5 低噪声与高可靠性技术为提高单片机系统的抗电磁干扰能力， 使产品能适应恶劣的工作环境， 满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如ST公司的PSD系列单片机片内增加了看门狗定时器，NS的COP8单片机内部增加了抗EMI 电路，增强了“看门狗”的性能。ISP及IAP在片编程技术(In System P

10、rogramming)及在应用中编程(In Application Programming)通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，编程线与I/O 线共用，不增加单片机的额外引脚。ISP为开发调试提供了方便，并使单片机系统远程调试、升级成为现实。3.单片机生产厂家及其产品3.1 ATMEL 公司的单片机市场上家喻户晓的AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89C4051（目前已经升级换代为AT89S51、AT89S52的AT89S系列单片机，可以采用ISP在线编程技术）；AVR单片机有3个系列产品：tiny AVR、低功耗AVR 和mega AVR 3个系列

11、，分别对应低、中、高3个档次的数十种型号产品。其中mega AVR 系列单片机的性能不仅优越，同时也有非常好的性价比。3.2 Motorola 公司的系列单片机Motorola是世界上最大的单片机厂商。在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08，68HC05有30多个系列200多个品种，产量超过20亿片。8位增强型单片机68HC11也有30多个品种，年产量1亿片以上，升级产品有68HC12。16位单片机68HC16 也有十多个品种。32位单片机683XX系列也有几十个品种。Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰

12、能力强，更适合于工控领域及恶劣的环境。3.3 MicroChip 单片机Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。他的主要产品是16C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令，运行速度快，且以低价位著称，一般单片机价格都在1美元以下。Microchip 单片机没有掩膜产品，全部都是OTP 器件(现已推出LASH 型单片机)。Microchip强调节约成本的最优化设计，是使用量大，档次低，价格敏感的产品。3.4 Scenix 公司的Scenix 单片机Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机在技术上有其独到之处: SX系列双时钟设置，指令运行速度可达50/75/

13、100 MIPS；具有虚拟外设功能，柔性化I/O端口，所有的I/O端口都可单独编程设定，公司提供各种I/O的库函数，用于实现各种I/O模块的功能，如多路UART，多路A/D，PWM，SPI，DTMF，FS，LCD 驱动等等。采用EEPROM/FLASH 程序存储器，可以实现在线系统编程。通过计算机RS232C接口，采用专用串行电缆即可对目标系统进行在线实时仿真。3.5 EPSON 公司单片机Epson公司以擅长制造液晶显示器著称，故Epson单片机主要为该公司生产的LCD 配套。其单片机的LCD驱动做的特别好。在低电压、低功耗方面也很有特色。目前0.9V 供电的单片机已经上市，不久LCD显示手

14、表将使用0.5V供电。3.6 东芝单片机东芝单片机从4位到32位，门类齐全。4位机在家电领域仍有较大市场。8位机主要有870系列、90系列等。该类单片机允许使用慢模式，采用32KHz 时钟功耗低至10uA 数量级。CPU内部多组寄存器的使用，使得中断响应与处理更加快捷。东芝公司的32位机采用MIPS3000 ARISC的CPU结构，面向VCD、数字相机、图象处理市场。3.7 Intel 公司8051 单片机8051 单片机最早推出， 其后多家公司购买了8051的内核，使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大，应用也最广泛，有人推测8051 可能最终形成事实上的标准MCU 芯片。3

15、.8 LG 公司生产的GMS90 系列单片机与Intel MCS-51系列，Atmel 89C51/52，89C2051等单片机兼容，CMOS技术，高达40MHZ的时钟频率，应用于：多功能电话，智能传感器，电度表，工业控制，防盗报警装置，各种计费器，各种IC卡装置，DVD, VCD，CD-ROM。3.9 华邦单片机华帮单片机属于8051类单片机，它们的W78系列与标准的8051 兼容，W77 系列为增强型51，对8051的时序做了改进，同样时钟下速度快了不少。在4 位机上华帮有921 系列，带LCD驱动的741系列。在32位机方面， 华帮使用了惠普公司PA-RISC 单片机技术，生产低位32位

16、RISC单片机。3.10 Zilog 单片机Z8单片机是该公司的产品，采用多累加器结构，有较强中断处理能力。产品为OTP 型，Z8单片机的开发工具可以说是物美价廉。Z8单片机以低价位的优势面向低端应用，以18引脚封装位主，ROM 为0.52KB。最近Zilog 公司又推出了Z86系列单片机，该系列内部集成廉价的DSP单元。3.11 NS 单片机COP8 单片机是美国国家半导体公司的产品，该公司以生产先进的模拟电路著称，能生产高水平的数字模拟混合电路。COP8单片机内部集成了16位A/D，这在单片机中是不多见的。COP8单片机内部使用了EMI 电路，在“看门狗”电路以及STOP方式下的唤醒方式都

17、有独到之处。此外，,COP8的程序加密也做的非常好。3.12 松翰单片机松翰科技的多用途MCU（即单片机）是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。广泛应用于计算机周边装置、通信产品、各类型摇控器、数字相机周边、智能型充电器、大小家电、车用警报系统、安全系统、电子秤、耳温枪、血压计、胎压计、各类量测及健康器材等产品。3.13 三星单片机三星单片机有KS51和KS57 系列

18、4位单片机，KS86和KS88 系列8位单片机，KS17 系列16位单片机和KS32 系列32 位单片机，三星还为ARM 公司生产ARM 单片机， 常见的S344b0 等。三星单片机为OTP 型ISP 在片编程功能。3.14 凌阳单片机中国台湾凌阳科技股份有限公司(Sunplus Technology CO. LTD) 至力于8位和16位机的开发。SPMC65系列单片机是凌阳主推产品，采用8位SPMC65 CPU内核，并围绕这个通用的CPU内核，形成了不同的片内资源的一系列产品。广泛应用于家用电器、工业控制、仪器仪表、安防报警、计算机外围等领域。SPMC75 系列单片机内核采用凌阳科技自主知识

19、产权的MSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器，SPMC75系列单片机集成了多种功能模块：多功能I/O口、串行口、ADC、定时计数器等常硬件模块，以及能产生电机驱动波形的PWM发生器、多功能的捕获比较模块、BLDC电机驱动专用位置侦测接口、两相增量编码器接口等特殊硬设，主要用于变频马达驱动控制。4. 发展趋势从单片机的应用需求和技术发展角度来看，大致的发展方向有以下几个方面：（1）制作工艺CMOS(即互补金属氧化物半导体工艺)/CHMOS化 (即高密度金属氧化物半导体工艺)/ CHMOS化(即互补高密度金属氧化物半导体工艺)，其原因是随着对于低功耗的普遍要求，各大厂商为迎合市场需求不断推出新型生产化工艺，以适应发展的需要；（2）尽量实现单片化SOC。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芯片上是单片机的一个理想结构状态，而现在限于工艺和其它方面的原因，很多功能部件并未集成在单片机芯片内部。因此，随着单片机制造工艺的不断发展和进步，这一结构一定会成为现实；（3）主流产品与多品种共存：现在市场上单片机种类虽然繁多，但以80C51为核心的单片机仍占主流。现在中国台湾地区的Winbond系列单