定义
单片机是一种集成电路芯片,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微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的32位300M的高速单片机。
概述
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的选择。它最早是被用在工业控制领域。
由于单片机在工业控制领域的广泛应用,单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机,直到目前基于8031的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器,随着单片机家族的发展壮大,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。 汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。
发展历史 单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。 而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,端的型号也只有10美元。 当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 早期阶段 SCM即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是寻求的单片形态嵌入式系统的体系结构。“创新...
目前单片机的种类很多,大多数都是针对某一类特定应用而设计的,合适的单片机系统选择与设计是节点微功耗设计的关键。单片机的微功耗设计可从下列几个因素考虑。 (1) 尽量选择集成度高的单片机。随着微电子技术的发展,单片机的集成度越来越高,实现了真正意义上的单片化。很多单片机都集成了大量的外围功能模块,如ADC、DAC、程序存储器、定时器、串行接口(RS232、SPI、I2C等)等。选择这样的器件,可有效加快开发进度、降低系统成本、减小体积、提高可靠性和抗干扰能力,同时SOC技术进一步降低了器件接口间的功耗。 (2) 考虑到有些场合单片机的工作特点,选择单片机不光要关注工作电流,更应该关注单片机休眠时的静态电流。单片机丰富的低功耗模式和极低的静态电流,在满足特定应用功能的同时,有效降低系统的功耗。 (3) 在满足应用要求的前提下,选择配较低的单片机,较小的RAM/ROM、较低的ADC分辨率、较低的ADC速率,较少的IO管脚都可以降低单片机的整体功耗。当然了,这个得能满足你产品需求的前提下 (4) 对于一个数字系统而言,其功耗大致满足公式:P=CV2f。其中C为系统的负载电容,V为电源电压,f为系统工作频率[...