單片機的特點
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·品種多樣，型號繁多。品種型號逐年擴充以適應各種需要。使系統開發者有很大的選擇自由。CPU從4、8、16、32到64位，有些還采用RISC技術；
·提高性能，擴大容量。集成度已達200萬個晶體管以上。總線工作速度已達數十微秒。工作頻率達到30MHz甚至40MHz。指令執行周期減到數十微秒。存儲器容量RAM發展到1K、2K，RO M發展到32K、64K；
·增加控制功能，向外部接口延伸。把原屬外圍芯片的功能集成到本芯片內。現今的單片機已發展到在一塊含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存儲器和I／O接口外，還有A／D、PWM、U ART、Timer／Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、還有顯示驅動、鍵盤控制、函數發生器、比較器等，構成一個完整的功能強的計算機應用系統；
·低功耗。供電電壓從5V降到3V、2V甚至1V左右。工作電流從mA級降到μA級。在生產工藝上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS過渡；
·應用軟件配套。提供了軟件庫，包括標準應用軟件，示范設計方法。使用戶開發單片機應用系統時更快速、方便。使有可能做到用一周時間開發一個新的應用產品；
·系統擴展與配置。有供擴展外部電路用的三總線結構DB、AB、CB，以方便構成各種應用系統。根據單片機網絡系統、多機系統的特點專門開發出單片機串行總線。此外，還特別配置有傳感器，人機對話 、網絡多通道等接口，以便構成網絡和多機系統。
1．2 單片機的性能〔3〕
單片機通常按其微處理器字長的位數來分類，如4、8、16、32、64位單片機。
1．2．1 4位機
1971年Intel首先推出了4位微處理器芯片4004。此后各廠家相繼推出4位機產品。因4位機每次只能處理一位BCD碼數據，故只適于簡單控制場合。但因其價廉，在家電等消費類產品中仍有廣泛應用。近年來 ，為了抵御8位機的侵蝕，4位機在結構和性能上有了很大發展。主要有：
·采用＜1μm CMOS工藝，使指令執行速度達到1μs．ROM為32～64kB，RAM為4k×4位。這些增強性能已與8位機相當；
·將LED、LCD、VFD等顯示驅動集成在單片中。這種增強的I／O功能甚至比一般的8位機還強；
·降低功耗。低于2．2V電壓和μA級電流也能運行。這比一般8位機還低一些；
·采用類似于RISC的結構。使4位機的性能大幅度提高；
·針對特定的應用加入特定的功能。如A／D、D／A、過零檢測、比較器、計數器、定時器、圖形顯示、遙控等。
但即使如此，4位機的市場占有率仍然較小。性能如表1（篇幅所限，僅舉數種說明）所列。
1．2．2 8位機
由于8位機可以一次處理一個ASCII字符，因而用途十分廣泛。如顯示、終端鍵盤、打印、字處理、工業控制等。市場占有率70％以上。功能豐富，品種齊全，通用性強。1972年Intel首先推出了8位微處理器8008，隨后于1976年率先推出8位機MCS－48系列。1980年又推出MCS－51系列產品，其性能大大超過48系列產品。如計算速度為48系列的10倍，時鐘12MHz時指令周期可為1μs等。Motorola到78年才推出第一個單片機MC6801系列，不過，功能已相當豐富，如嵌入有EEPROM、A／D、LED驅動、PWM輸出等，成為功能很強的工業控制器。Zilog也在78年推出Z8系列單片機，它一開始就以一種新面貌出現，不單可用作單片機，還可作為微處理器用于微計算機系統中。值得特別提出的是，Atmel公司推出的89C系列單片機〔4〕，其內核與工業標準的80C51同，即指令集與管腳分布與MCS51產品兼容。它的特點是時鐘頻率更高 ，可達33MHz，最高可達40MHz，因而運算速度更快。我國單片機主要應用領域之一為工業測控 ，用于此領域的單片機多為8位機，而以MCS－51系列和AT89C5系列用得最多。不少高校的微機原理或單片機原理課程都以這種機型為背景機。
生產8位機的廠家相當多，品種型號很多。在我國，主流則是上述幾家公司的派系產品。而每一派系又有多個廠家及其多種型號產品。如屬于Intel派系的有Philips／Signetics，Siemens，AMD，OKI，MARTRA－MHS等公司型號的產品。屬于Motorola派系的有Hitachi，Mitsubish，Rockwell，WDC等公司型號產品。屬于Zilog派系的有NEC，Hitachi,SGS－Thomson等公司型號的產品。在這幾個派系中以Intel的市場占有率最高，Motorola居中，Zilog最低。為了占領市場，Motorola還研制了6804／68HC04芯片，它是介于4位機與8位機之間的系列，CPU處理8位數據，運行8位指令，但數據則是每次串行輸出一位，設計目標是4位機的價格，很適于質高價廉的場合。
1．2．3 16位機
1978年Intel最先推出16位微處理器868系列，與隨后Motorola的M68000，Zilog的Z8000成為當時的三大系列16位微處理器。由于8位機應用廣泛而且能解決問題，使16位單片機進入市場較晚，到1988年Inte l才推出MCS－96系列機。此機具有高速運算及高速處理和控制能力,具有16位的CPU，8位的外部總線（ 因此又稱準16位機），豐富高效的指令系統，性能價格比優異，其售價只比8位機稍微高一些。片內有A ／D、PWM、Watchdog及靈活的中斷系統。在工作頻率12MHz時指令執行時間為1～2μs。由于性能功能均良好，一出現便引起工業界廣泛注意 。在我國，早年以MCS－96應用最多，近年來，Intel80C196、80C25 1、80C51XA等有廣泛的應用 。生產16位機的廠家還有Motorola，MATRA－MHS，Mostek（Thomson），NEC ，OKI，Phil ips/Signetic，Sieme ns等。但到目前總產量仍不大，遠低于8位機。不過由于采取了增強功能、提高性能、品種多樣化和不斷降低價格等措施，近年來發展迅速，估計90年代末期可望趕上8位機。所采取的措施主要有：
·增強運算能力，加大容量。片內有健全的乘除指令，RAM容量加大到2k，ROM到64k，可直接支持C和Forth語言；
·提高數據處理與傳輸能力。一般都增加了DMA傳輸和快速I／O功能；
·提高速度。如80C51XA工作頻率達30MHz，HPC系列達40MHz。指令周期降至數μs。
·采用RISC結構。如Waterscale的PSC1000，Harris的RTX2000等均采用RISC結構。
現今16位機以Intel的8096系列的產量最大，準16位機8098已停產。CMOS工藝的單片機以國家半導體的HPC系列的性能價格比最高，Hitachi的H8／500則是目前綜合性能最好的單片機。
1．2．4 32位機
隨著高技術在智能機器人、光盤、激光打印機、圖像與數據實時處理、復雜實時控制、網絡服務器等領域的應用發展，16位機已顯得無能為力，需要32位機才能滿足要求。80年代末推出了多種32位機產品 。如Motorola推出的產品68300、Intel的80960都是1989年出品。其共同特點是：
·尋址能力在GB級以上（存儲、處理彩色圖像需要特大存儲器）；
·高指令執行速度。每秒M級條指令。如Intel的i960A速度為66MIPS；
·快速運算能力。有的嵌入浮點運算部件，運算能力大為增強；
·直接支持高級語言和實時多任務執行。如支持C、Forth語言。嵌入實時多任務操作系統。大多數采用RISC結構。除Motorola的MC68332、國家半導體的NS32CG160等仍用CISC外，均用RISC。
1．2．5 64位機
64位機在引擎控制、智能機器人控制、磁盤控制、語音／圖像通信、算法密集的實時控制等場合使用。但國內仍未見有應用。下面給出一個產品例子。
英國Inmos公司的Transputer T800是64位高性能機。它集成有處理器、高速緩存、64位浮點運算器、存儲控制器、串行接口，適用于超高速并行處理。
中央處理器為32位，其浮點運算速度達12億次／秒。RAM 4k，I／O鏈接通道4組20Mbit／s，時鐘頻率25MHz，數據傳輸率100MB／s，可尋址外部存儲空間4GB。外存儲器傳輸率33MB／s。
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