单片机原理及应用/单片机技术发展的四个阶段

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芯片化探索阶段[编辑]

20世纪70年代,美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了世界上第一款单片机F-8。随后Intel公司推出了影响更大、应用更广的MCS-48单片机系列。MCS-48单片机系列的推出标志着工业控制领域进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。参与这一探索阶段的还有Motorola、Zilog和Ti等大公司,它们都在此阶段确立了其在SCMC (Single Chip Micro-Computer)嵌入式应用领域的地位。这就是SCMC的诞生年代,单片机一词即由此而来。
这一时期单片机的主要特点是:

  • 嵌入式计算机系统的芯片集成设计;
  • 少资源、无软件,只保证基本控制功能。

结构体系的完善阶段[编辑]

Intel在MCS-48成功的基础上很快推出了更加完善的、典型的单片机系列MCS—5l。 MCS-51系列单片机的推出,标志着Single Chip Micro-Computer体系结构的完善。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。

完善的总线结构[编辑]

  • 并行总线:具有8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线;
  • 串行总线:通信总线,扩展总线。

完善的指令系统[编辑]

  • 具有很强的位处理功能和逻辑控制功能,以满足工业控制等方面的需要;
  • 功能单元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理。

完善的MCS-51成为SCMC的经典体系结构[编辑]

在MCS-51的内核和体系结构的基础上,各大单片机公司相继设计开发了各具特色的单片机。

从SCMC向MCU化过渡阶段[编辑]

Intel公司在推出MCS-51单片机后,推出了MCS-96单片机,将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
MCS-51单片机系列向各大电气商广泛扩散,许多电气商竞相使用80C51为核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中。随着单片机内外围功能电路的增强,强化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。其特点是:

  • 满足嵌入式应用要求的外围扩展,如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/O等。
  • 众多计算机外围功能集成。
    • 提供串行扩展总线:SPI、I2C、BUS、Microwire。
    • 配置现场总线接口:CAN BUS。
  • CMOS化,提供功耗管理功能。

MCU的百花齐放阶段[编辑]

单片机逐步工业控制领域中普遍采用智能化控制工具。为满足不同的要求,出现了一系列高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机和专用型单片机,以及形形色色各具特色的现代单片机。这一时期的特点为:

电气商、半导体商普遍介入[编辑]

MCS-48的成功,使得许多半导体公司竞相研制和发展自己的单片机系列。世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品,较有代表性的有Motorola公司的6801、6802,Zilog公司的Z80系列,Microchip公司的PIC系列等。

大力发展专用单片机[编辑]

通用型与专用型是按某一型号单片机适用范围区分的。通用型单片机不是为某一种专门用途设计的单片机,专用型单片机是针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机。

提高综合品质[编辑]

根据控制单元设计的方式与采用的技术不同,目前市场上的这些单片机可区分为两大类型:复杂指令集(CISC架构)和精简指令集(RISC架构)。复杂指令集结构的特点是指令数量多,寻址方式丰富;而精简指令集具有较少的指令与寻址模式,结构简单,成本较低,执行程序的速度较快,成为单片机的后起之秀。

C语言的广泛支持[编辑]

  • 单片机普遍支持C语言编程,为后来者学习和应用单片机提供了方便;
  • 高级语言减少了选型障碍,便于程序的优化、升级和交流。