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应用技术的进展及动向

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zhiweiqiang33 发表于 2014-8-31 15:35:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
   单片机在集成度、功能、性能、体系结构方面都有了飞速发展,开关电源模块已能集成一个完整的功能强大、性能优良的计算机应用系统。但目前国内许多MTD2002单片机应用单位仍停留在采用片内无ROM等低档单片机的状态,无论在MTD2002系统设计上、使用维护上、经济效益上这都是不合算的。这种状况必须改变。本文就开关电源模块单片机的发展现状进行综述,希望能对提高国内单片机技术的应用水平有所促进。

  1 单片机的硬件

  单片微型计算机,简称单片机,是微型计算机的一个分支。它是在一块开关电源模块芯片上集成(嵌入)了CPU、RAM和ROM存储器、I/O接口等而构成的微型计算机。因主要用于工业测控领域,故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器CPU。用MTD2002超大规模集成技术把CPU集成在一块芯片上,称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。目前,单片机在工业测控领域中已占重要地位。各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门产品更新换代、产品智能化的重要工具。全世界单片机的生产厂家有30多家,能生产60多个系列,1000多个型号的产品。产量大,仅1996年的产量就达18亿片。

  1.1 单片机的特点

  单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。开关电源模块微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展,以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的 。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发,向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。因此,单片机有着自已的特点,主要是:〔1〕〔2 〕

  ·品种多样,型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使开关电源模块系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位,有些还采用RISC技术;

  ·提高性能,扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。工作频率达到30MHz甚至40MHz。指令执行周期减到数十微秒。存储器容量RAM发展到1K、2K,RO M发展到32K、64K;

  ·增加控制功能,向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上,除嵌入RAM、ROM存储器和I/O接口外,还有A/D、PWM、U ART、Timer/Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等,构成一个完整的功能强的计算机应用系统;

  ·低功耗。供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从mA级降到μA级。在生产工艺上以CMOS代替NMOS,并向HCMOS过渡;

  ·应用软件配套。提供了软件库,包括标准应用软件,示范设计方法。使用户开发开关电源模块单片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品;

  ·系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB,以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外,还特别配置有传感器,人机对话 、网络多通道等接口,以便构成网络和多机系统。

  1.2 单片机的性能〔3〕

  单片机通常按其微处理器字长的位数来分类,如4、8、16、32、64位单片机。

  1.2.1 4位机

  1971年Intel首先推出了4位微处理器芯片4004。此后各厂家相继推出4位机产品。因4位机每次只能处理一位BCD码数据,故只适于简单控制场合。但因其价廉,在家电等消费类产品中仍有广泛应用。近年来 ,为了抵御8位机的侵蚀,4位机在结构和性能上有了很大发展。主要有:

  ·采用<1μm CMOS工艺,使指令执行速度达到1μs.ROM为32~64kB,RAM为4k×4位。这些增强性能已与8位机相当;

  ·将LED、LCD、VFD等显示驱动集成在单片中。这种增强的I/O功能甚至比一般的8位机还强;

  ·降低功耗。低于2.2V电压和μA级电流也能运行。这比一般8位机还低一些;

  ·采用类似于RISC的结构。使4位机的性能大幅度提高;

  ·针对特定的应用加入特定的功能。如A/D、D/A、过零检测、比较器、计数器、定时器、图形显示、遥控等。

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