單片機概述、應用及發展
隨后的事情,熟悉單片機的人士都比較清楚了,更多的單片機種蜂擁而至,MOTOROLA公司相繼發布了MC68HC系列單片機,日本的幾個著名公司都研制出了性能更強的產品,但日本的單片機一般均用于專用系統控制,而不象INTEL等公司投放到市場形成通用單片機。例如NEC公司生產的uCOM87系列單片機,其代表作uPC7811是一種性能相當優異的單片機。MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低價等特點贏得了不少用戶。
Zilog公司的Z8系列產品代表作是Z8671,內含BASIC Debug解釋程序,極大地方便用戶。而美國國半的COP800系列單片機則采用先進的哈佛結構。ATMEL公司則把單片機技術與先進的Flash存儲技術完美地結合起來,發布了性能相當優秀的AT89系列單片機。包括中國的臺灣HOLTEK和WINBOND等公司也紛紛加入了單片機發展行列,憑著他們廉價的優勢,分享一杯美羹。
1990年美國INTEL公司推出了80960超級32位單片機引起了計算機界的轟動,產品相繼投放市場,成為單片機發展史上又一個重要的里程碑。
此期間,單片機園地里,單片機品種異彩紛呈,爭奇斗艷。有8位、16位甚至32位機,但8位單片機仍以它的價格低廉、品種齊全、應用軟件豐富、支持環境充分、開發方便等特點而占著主導地位。而INTEL公司憑著他們雄厚的技術,性能優秀的機型和良好的基礎,目前仍是單片機的主流產品。只不過是九十年代中期,INTEL公司忙著開發他們個人電腦微處理器,已沒有足夠的精力繼續發展自己創導的單片機技術,而由PHILIPS等公司繼續發展C51系列單片機。
三.單片機的應用領域
單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域,大致可分如下幾個范疇:
1.在智能儀器儀表上的應用
單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點,廣泛應用于儀器儀表中,結合不同類型的傳感器,可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化,且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備(功率計,示波器,各種分析儀)。
2.在工業控制中的應用
用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統。例如工廠流水線的智能化管理,電梯智能化控制、各種報警系統,與計算機聯網構成二級控制系統等。
3.在家用電器中的應用
可以這樣說,現在的家用電器基本上都采用了單片機控制,從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備,五花八門,無所不在。
4.在計算機網絡和通信領域中的應用
現代的單片機普遍具備通信接口,可以很方便地與計算機進行數據通信,為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件,現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制,從手機,電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話,集群移動通信,無線電對講機等。
5.單片機在醫用設備領域中的應用
單片機在醫用設備中的用途亦相當廣泛,例如醫用呼吸機,各種分析儀,監護儀,超聲診斷設備及病床呼叫系統等等。
此外,單片機在工商,金融,科研、教育,國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。
四.單片機的發展趨勢
現在可以說單片機是百花齊放,百家爭鳴的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數不勝數,應有盡有,有與主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它們各具特色,互成互補,為單片機的應用提供廣闊的天地。
縱觀單片機的發展過程,可以預示單片機的發展趨勢,大致有:
1.低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW,而現在的單片機普遍都在100mW左右,隨著對單片機功耗要求越來越低,現在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高,而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點,這些特征,更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發展的主要途徑。
2.微型單片化
現在常規的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數據存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW(脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機芯片。
此外,現在的產品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小。現在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機構成的系統正朝微型化方向發展。
3.主流與多品種共存
現在雖然單片機的品種繁多,各具特色,但仍以80C51為核心的單片機占主流,兼容其結構和指令系統的有PHILIPS公司的產品,ATMEL公司的產品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發展勢頭,中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增,與其低價質優的優勢,占據一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產品,日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內,這種情形將得以延續,將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面,走的是依存互補,相輔相成、共同發展的道路。
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