單片機(jī)的發(fā)展歷程
發(fā)布時(shí)間:2014-07-27 06:12
1946年電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生,在此后漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中,計(jì)算機(jī)始終是供養(yǎng)在特殊的機(jī)房中,實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代,微處理器的出現(xiàn),計(jì)算機(jī)才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性等優(yōu)勢(shì),迅速走出機(jī)房;基于高速數(shù)值解算能力的微型機(jī),表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣。他們將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)象體系的智能化控制。這樣一來(lái),計(jì)算機(jī)便失去了原來(lái)的形態(tài)與通用的計(jì)算機(jī)功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),把嵌入到對(duì)象體系中、實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī),稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)的是對(duì)象的智能化控制,因此。它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代。然而,微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性都無(wú)法滿足大量的對(duì)象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求,筆耕論文,因此,嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路,這條道路就是芯片化道路。芯片化道路即是將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上,從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。
(一)單片機(jī)的快速發(fā)展
單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括地講,一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜,為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末,經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。
1.SCM (Single Chip Microcomputer) (單片微型計(jì)算機(jī))階段,主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。"創(chuàng)新模式"獲得成功,奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。
2.MCU (Micro Controller Unit)(微控制器)階段,主要的技術(shù)發(fā)展方向是:不斷擴(kuò)展、滿足嵌入式應(yīng)用時(shí),發(fā)展對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路,突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān),因此,發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家肩上。
3.SoC (System on Chip)(片上系統(tǒng))階段,單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路。向MCU階段發(fā)展的重要推動(dòng)力,就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決;因此,單片專用機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。使用SoC技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心思想,就是要把整個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)芯片中。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展,基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此,對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
(二)數(shù)字單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展
1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步。單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來(lái)越多的部件,這些部件包括一般常用的電路,例如定時(shí)器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、Watchdog電路、LCD控制器等。有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng),內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。因此,這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制、系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí),構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路。特別引人注目的是, 現(xiàn)在有的單片機(jī)已采用所謂的三核(TnCore)結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級(jí)芯片(Syste-monachip)概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個(gè)核組成: 一個(gè)是微控制器和DSP核, 一個(gè)是數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器核, 最后一個(gè)是外圍專用集成電路(ASIC)。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把DSP和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上,把它和傳統(tǒng)單片機(jī)結(jié)合集成大大提高了單片機(jī)的功能。這是目前單片機(jī)最大的進(jìn)步之一。
2.功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步,F(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來(lái)越小, 特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式, 這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等工作方式。現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高, 隨著貼片工藝的出現(xiàn), 單片機(jī)也大量采用了各種符合貼片工藝的封裝方式出現(xiàn),以大量減少體積。擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是當(dāng)今單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。目前,一般單片機(jī)都可以在3.3~5.5V的條件下工作。而一些廠家,則生產(chǎn)出可以在2.2~6v的條件下工作的單片機(jī)。
3.工藝上的進(jìn)步,F(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用CMOS技術(shù),但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6? m 以上的光刻工藝,有個(gè)別的公司,如Motorola公司則已采用0.35?m甚至是0.25?m技術(shù)。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性.
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