跳至內容

單片機原理及應用/單片機技術發展的四個階段

維基教科書,自由的教學讀本

晶片化探索階段

[編輯]

20世紀70年代,美國的Fairchild(仙童)公司首先推出了世界上第一款單片機F-8。隨後Intel公司推出了影響更大、應用更廣的MCS-48單片機系列。MCS-48單片機系列的推出標誌著工業控制領域進入到智能化嵌入式應用的晶片形態計算機的探索階段。參與這一探索階段的還有Motorola、Zilog和Ti等大公司,它們都在此階段確立了其在SCMC (Single Chip Micro-Computer)嵌入式應用領域的地位。這就是SCMC的誕生年代,單片機一詞即由此而來。
這一時期單片機的主要特點是:

  • 嵌入式計算機系統的晶片集成設計;
  • 少資源、無軟體,只保證基本控制功能。

結構體系的完善階段

[編輯]

Intel在MCS-48成功的基礎上很快推出了更加完善的、典型的單片機系列MCS—5l。 MCS-51系列單片機的推出,標誌著Single Chip Micro-Computer體系結構的完善。它在以下幾個方面奠定了典型的通用匯流排型單片機的體系結構。

完善的匯流排結構

[編輯]
  • 並行匯流排:具有8位數據匯流排、16位地址匯流排及相應的控制匯流排;
  • 串行匯流排:通信匯流排,擴展匯流排。

完善的指令系統

[編輯]
  • 具有很強的位處理功能和邏輯控制功能,以滿足工業控制等方面的需要;
  • 功能單元的SFR(特殊功能暫存器)集中管理。

完善的MCS-51成為SCMC的經典體系結構

[編輯]

在MCS-51的核心和體系結構的基礎上,各大單片機公司相繼設計開發了各具特色的單片機。

從SCMC向MCU化過渡階段

[編輯]

Intel公司在推出MCS-51單片機後,推出了MCS-96單片機,將一些用於測控系統的模數轉換器(ADC)、程序運行監視器(WDT)、脈寬調製器(PWM)、高速I/O口納入片中,體現了單片機的微控制器特徵。
MCS-51單片機系列向各大電力商廣泛擴散,許多電力商競相使用80C51為核,將許多測控系統中使用的電路技術、接口技術、可靠性技術應用到單片機中。隨著單片機內外圍功能電路的增強,強化了智能控制器特徵。微控制器(Microcontrollers)成為單片機較為準確表達的名詞。其特點是:

  • 滿足嵌入式應用要求的外圍擴展,如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/O等。
  • 眾多計算機外圍功能集成。
    • 提供串行擴展匯流排:SPI、I2C、BUS、Microwire。
    • 配置現場匯流排接口:CAN BUS。
  • CMOS化,提供功耗管理功能。

MCU的百花齊放階段

[編輯]

單片機逐步工業控制領域中普遍採用智能化控制工具。為滿足不同的要求,出現了一系列高速、大尋址範圍、強運算能力和多機通信能力的8位、16位、32位通用型單片機和專用型單片機,以及形形色色各具特色的現代單片機。這一時期的特點為:

電力商、半導體商普遍介入

[編輯]

MCS-48的成功,使得許多半導體公司競相研製和發展自己的單片機系列。世界各地廠商已相繼研製出大約50個系列300多個品種的單片機產品,較有代表性的有Motorola公司的6801、6802,Zilog公司的Z80系列,Microchip公司的PIC系列等。

大力發展專用單片機

[編輯]

通用型與專用型是按某一型號單片機適用範圍區分的。通用型單片機不是為某一種專門用途設計的單片機,專用型單片機是針對某一類產品甚至某個產品需要而設計、生產的單片機。

提高綜合品質

[編輯]

根據控制單元設計的方式與採用的技術不同,目前市場上的這些單片機可區分為兩大類型:複雜指令集(CISC架構)和精簡指令集(RISC架構)。複雜指令集結構的特點是指令數量多,尋址方式豐富;而精簡指令集具有較少的指令與尋址模式,結構簡單,成本較低,執行程序的速度較快,成為單片機的後起之秀。

C語言的廣泛支持

[編輯]
  • 單片機普遍支持C語言編程,為後來者學習和應用單片機提供了方便;
  • 高級語言減少了選型障礙,便於程序的優化、升級和交流。