|
|
單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。
~; b, r& B3 e3 h. k! J 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。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、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。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。# ^- | }* e& V2 k4 k
單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等 。: ~% s0 M @3 p2 w7 ?
應(yīng)用分類
' l9 N5 \/ y# C( N- g5 t5 f7 B 單片機(jī)（Microcontrollers）作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度，單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。
: ~! d8 `# K W* @; }3 } 通用型
2 F) b# S7 _9 p 這是按單片機(jī)（Microcontrollers）適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。3 H# L# ?8 w$ P+ v( Q: I
總線型- i+ W' [- \5 s8 X* {
這是按單片機(jī)（Microcontrollers）是否提供并行總線來區(qū)分的�？偩�型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。" f5 t. G& u* T
控制型) e; A& e F2 b/ g9 ~4 l a9 p
這是按照單片機(jī)（Microcontrollers）大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。8 L+ t% u- f4 G
單片機(jī)（Microcontrollers）誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)�；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。 J( ~" X5 v ^' ]% P, f
而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。高端的32位Soc單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。# y0 S; Y( |# c \% [ g
當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。
1 n3 [1 \) U; W3 m$ @9 n7 w 主要階段0 n: z, Z' l6 q4 G2 [- O
早期階段
* \; X! X% b# J7 W+ X SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Microcontrollers）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。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。
; @# `2 M$ G3 U+ q0 j 早期階段
$ x; k) G: g* v4 ^- @' \* l SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Microcontrollers）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。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。, h6 a3 r% h/ K- F! c$ |, ]
Micro Controller Unit
8 o& f2 d/ O9 p0 l Micro Controller Unit7 d3 U/ b7 j/ B$ x- U/ Z7 I
中期發(fā)展$ ^2 _' _" \# @- l. n
MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，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。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。
% t* Y1 ~8 _+ }) O Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。5 |( `% h; q# r! e9 C4 U3 N
當(dāng)前趨勢(shì)
$ O6 v* X5 H) q/ {. F' @2 M8 t# D" a SoC嵌入式系統(tǒng)(System on Chip）式的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。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)。7 O) y3 N& `8 ^: c0 t
早期發(fā)展; r' p9 n. E0 v5 T2 d: o8 {+ A
1971年intel公司研制出世界上第一個(gè)4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。
$ ~/ X& D* @% R: V6 `* L 1971年11月，Intel推出MCS-4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）其中4004（下圖）包含2300個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。
, n, P" Q/ e4 G- |8 k& O( k! r8 r 1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。
# f, h8 b2 }" M 1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。
* b j, S2 i# n9 [6 E 主頻2MHz的8080芯片運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲(chǔ)器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。; r. T X$ }$ t q
1975年4月，MITS發(fā)布第一個(gè)通用型Altair 8800，售價(jià)375美元，帶有1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。- z$ t! I( P# B( W
1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問世。0 [# ?9 d3 v8 J' q9 e( h
Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。5 P. l8 Z; q; G
20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)無論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。& ]8 }. Z2 ?% c- `- c0 P* H
硬件特性 U1 j+ @4 c& X+ d% ^$ |8 V7 L/ T+ Y
1、主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。: B& K3 I! x9 v* N$ S$ o
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；: Y0 x7 L) e d( a' j3 v3 [
3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無故障；4、處理功能強(qiáng)，速度快。8 x) X s: _7 K7 j
5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品0 m. T, a+ Y' }9 B( [8 f" d
6、控制功能強(qiáng), d1 ~" @+ l" \
7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
8 E$ s$ e) @1 V6 n& ^. l 單片機(jī)STM32F407ZET6 http://www.dzsc.com/ic-detail/9_5030.html特征- W7 s" y1 [: G% J( w; M
?核心：帶FPU的ARM?32位Cortex?M4 CPU，
7 N0 a( z( H2 M6 t8 U) F 自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器（ART- Q% [1 J r0 | y
Accelerator?）允許0等待狀態(tài)執(zhí)行! x) V$ M& ^5 v* a. b4 @; A3 V) ^
從閃存，頻率高達(dá)168兆赫，
8 O. b2 k3 q1 w 內(nèi)存保護(hù)單元，210 dmips/+ N: t6 t8 ]. V8 E
1.25 dmips/mhz（dhrystone 2.1）和dsp! ~* v; J2 ?4 F2 p. x/ |" ]1 i2 w
說明
' O, F# }3 Z; ^* ^ ?記憶
5 ~. J/ x* }4 B" g9 G ?高達(dá)1兆字節(jié)的閃存: r1 G8 I G5 V* B/ |: C. k
?高達(dá)192+4 kbytes的SRAM，包括64個(gè)-
3 s! z/ X: Q' J6 Y$ w% w kByte的CCM（核心耦合存儲(chǔ)器）數(shù)據(jù)2 d4 Y- y' B3 C( q4 m! j
皇家音樂學(xué)院8 j+ G4 x7 {5 `
?支持靈活的靜態(tài)內(nèi)存控制器% o" |6 N3 H( p% H: K8 ]/ b" G9 P( U! i
Compact Flash、SRAM、PSRAM和
8 Q; ]" l1 F' y/ E" e NAND存儲(chǔ)器
) R9 @0 w4 C {- ~% B- l ?LCD并行接口，8080/6800模式, u- Y; y/ l: U7 l N* R F
?時(shí)鐘、重置和供應(yīng)管理
/ A: |9 B5 @0 W5 G. O) } –1.8 V至3.6 V應(yīng)用電源和I/O) n- U6 G$ W" L" v! e
–POR、PDR、PVD和BOR
* f2 o1 F2 j4 `( ^; j –4至26兆赫晶體振蕩器
7 \/ M% q1 E1 k0 K) D –內(nèi)部16 MHz工廠修整RC（1%0 f2 d8 R5 h. U/ f
準(zhǔn)確度）
+ z' Z# c& U8 {6 y6 r! i( x –32 kHz振蕩器，用于校準(zhǔn)的RTC$ [; k1 J! u5 U. R. j5 r4 Y; j; c
–內(nèi)部32 kHz RC，帶校準(zhǔn)
0 b! L- |/ e" b: V ?低功率運(yùn)行8 L' t* q/ I' f. Z: V; W" m
–休眠、停止和待機(jī)模式
- l9 H) m9 M# H, H3 | –用于RTC的VBAT電源，20×32位備份
& o: B! O% y& I: f 寄存器+可選的4KB備份SRAM
! p! Z& v, R0 M. ^ ?3×12位，2.4 msps A/D轉(zhuǎn)換器：最多24個(gè)9 j* e# t' K) }* ]3 r' s$ z
信道和7.2 MSP，三重交織" A: l- Z, L) [* E% O6 i/ u* w
模式
( ]* X$ I. r% h3 r% {8 {/ U: T 2×12位D/A轉(zhuǎn)換器% k$ _1 t6 j; w) Q8 I
通用DMA:16流DMA
, p* K3 x% [2 L8 c 帶FIFOS和突發(fā)支持的控制器
) P5 z, m6 y* ^' u+ Z7 N
a0 i$ Z$ k8 C+ B2 M: v1 m/ v9 }2 D0 {3 w/ T- q; j/ G& E: l
|
|
電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺(tái)
窺視卡
置頂卡
變色卡
