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单片机的发展及种类


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幽嘞翻 
单 片机 的发 展及种 类 
张 亚 林 
( 州大 学 松 田学 院 广 州 市 5 3 0  广 I 1 7 ) 1

摘  要 :单 片机是 计算机技 术 发展 史上 的一个 重要 里程碑 。它 使计算机 从 海量数 值计算 用途 发展 中发现  并 发展 了另 一 重 要 用 途 一 一 智 能 化 控 制 用途 。 它 集 成 度 高 、 体 积 小 、 功 能 强 、 速 度 快 、 功 耗 低 、 抗 干 扰 能  力 强 、 使 用 方 便 、 性 价 比 高 、 可 靠 性 高 、 容 易 产 品 化 。 在 很 多 行 业 中 得 到 了广 泛 应 用 。 比 如 :智 能 仪 器仪 
表 、 工 业 测 控 、 家 电 、 汽 车 、 航 空航 天 器 等 。   关 键 词 :单 片机  智 能化 控 制 

昌、么单机 什是 片?  
最 初 ,单 片 机 的 结 构 特 征 是 将 组 成 计 算 机 的 基 

后 期 , 多 大 学 的 微 机 原 理 还 是 讲 述 Z80)  很    。

本部件集成在 一块芯片上 ,构成一台功能独 特的 、完  整 的 单 片 微 型 计 算 机 。 因此 被 称 作 “ i g e Chi  S n l    p
Mi r c mp t r , 单片 机 。在 最开 始 ,这 是 一个 很  c o o u e ”即 准 确 的 表 达 。但 随 着 单 片 机 技 术 的 不 断 发 展 , “ 片  单 机 ” 已 无 法 准 确 地 表 达 其 内 涵 , 国 际 上 逐 渐 采 用  MC M i o C nr l r Unt 称呼 此 类 计算 机 ,现  U( c   o tol   i 来 r e )

l7 9 6年 I tl 司推 出 了 M CS 4 ne 公 一 8单 片机 ,这个  时 期 的 单 片 机 才 是 真 正 的 8 位 单 片 微 型 计 算 机 ,并  推 向 市 场 。 它 以 体 积 小 ,功 能 全 ,价 格 低 赢 得 了广  泛 的 应 用 。这 一 阶 段 ,单 片 机 被 正 式 命 名 为 Si l  ng   e C i Mir c mp t r hp c o o u e ,即  片 微 型 计算 机 。总 的来  说 ,这 一 时 期 的 单 片 机 性 能 较 弱 ,属 于低 、 中档 产 品 。   在 集 成 技 术 的 不 断 提 高 及 CM      0 S技 术 的 发 展 的  大 背 景 下 , 出现 了 更 高 性 能 的 8位 单 片 机 。 l   0年   8 9 
I e 公 司 推 出 了 8值 高 档 M CS一51系 列 单 片 机 ,性  nt l 能 得 到 很 人 的 提 高 ,应 用 领 域 也 大 为 扩 展 。 与 此 同 

在应 将单 片 机理 解 成微 控制 器 而不 是 为计 算机 。   单 片 机 结 构 包 括 : 输 入 设 备 ,运 算 器 ,输 出 设  备 ,控 制 器 , 内 存 。 内 部 集 成 了 相 当 于 微 处 理 器 的 
电路 具 有 微 处 理 器 的 功 能 更 有 微 处 理 器 所 不 具 备 的  功 能 , 它 可 单 独 地 完 成 现 代 工 业 控 制 所 要 求 的 智 能  化 控 制 功 能 ,这 是 单 片 机 最 大 的 特 征 。   但 是 由于 受 到随 机 存 取 数 据 存 储 器( RAM ) 间 , 空   只 读 程 序 存 储 器 (    ) 间 大 小 的 制 约 。单 片 机 只  RO M 空 能 写 入 一 定 大 小 的 特 定 程 序 , 实 现 特 定 的 功 能 。 这  与 个 人 电 脑 还 是 有 本 质 的 区 别 。像 个 人 电 脑 这 样 的 

时 ,其 它 各 大 半 导 体 公 司 也 相 继 研 制 和 发 展 了 自 己  
的  片 机 ,像 Zio l g公 司 的 Z8系列 ,M o o o a公 司  t rl 的 6 01和 6 0 8 8 2系 列 等 等 。   数 越 来越 多 ,  

随 着 各 应 用 领 域 的 发 展 ,所 需 要 测 量 的 控 制 参  片机 要 有许 多面 向测 控对 象 的接 口  

电路 ,如 ADC ( 拟 至 数 字 转换 器 ) 模 、DAC ( 字 至  数 模 拟转换 器 ) 、高 速 I /O 口、保证 程序可 靠运行 的 

通用 计算 机 主要 是 为 了实现 海 量高 速运 算 ,主要 强  调 的 是 计 算 机 运 行 速 度 ; 而 单 片 机 所 适 用 的 工 业 控 
制 领 域 所 强 调 的 是 对 控 制 对 象 的 控 制 方 式 和 控 制 能 
力。  

w   ( DT 看门狗定时 器 ) 、保证高速数据传输的 DM      A ( 直接 存储存 取 )等 。这 一阶 段单片 机的 主要技 术发 
展 特 征 是 满 足 测 控 对 象 要 求 的 外  电路 的 增 强 ,形  成 了不 同于 早 期特 点 的 M CU ( i r   COn r le   M Co tolr

所 以 ,单 片 机 的 应 用 意 义 远 不 限 于 它 的 应 用 范  畴 或 由此 带 来 的 经 济 效 益 ,更 重 要 的 是 它 已从 根 本 

Un t  i )微 控 制 器 ,不 再 适 合 用 “ 片微 型 计算 机 ” 称  单
谓。  

上 改 变 了 传 统 的 控 制 方 法 和 设 计 思 想 。 是 控 制 技 术  的一 次革 命 。  

l8   2年 以 后 ,l 9 6位 单片 机 问世 ,例 如 I NTEL公  司的 M C 9 S一 6系 列 。1   单 片 机 比起 8位 机 ,数 据  6位 宽 度 增 加 了 一 倍 ,实 时 处 理 能 力 更 强 ,主 频 更 高 ,  

二  单片 机 的发 展 历程 
单 片 机诞 生 于 2 世 纪 7 0 0年代 , 1 7 9 4年 F ic i  arh d ( 仙童 )公 司 研 制 出 第 一 台 单 片 微 型 计 机 F8   。此 时 集  成 电路 属 于 中规模 发 展时 期 ,各种 新材 料 新工 艺 尚  未 成 熟 , 单 片 机 仍 处 在 发 展 的 初 级 阶 段 , 元 件 集 成  规模还比较小,功能比较简单 ,一般均把 C U、RAM  P 有 的还 包 括 了 一 些 简 单 的 I /O 口集 成 到 芯 片 上 , 象  Fa i hid 公 司就 属 于 这 一 类 型 ,它 还 需 配 上 外 围 的  rC l 其 他 处 理 电 路 方 才 构 成 完 整 的 计 算 系 统 。 类 似 的 单  片 机 还 有 Z l g公 司的 Z8 iO  0微 处 理 器 ( 到 9 直 0年 代 

RAM 增加 到 了 2 2字 节 ,ROM 则 达 到 了 8 3 KB,并  且 有 8个 中断 源 , 同时 配 置 了多 路 的 A/D 转 换通 道 ,   高 速 的 I/0 处 理 单 元 ,适 用 于 更 复 杂 的 测 控 系 统 。   19   0年 美 国 I E 9 NT L公 司更 是 推 出 了 8 9 0 级 3 位  06 超 2 单片机 。这一时期的大 部分单片机像 At e  m l公 司的  C OMS8 AT8 C5 位 9 1就是 M CU 了 。  

现在 ,单片机发展 迅速 ,按操作 处理的基本数据  位 数 来 看 已经 有 4位 、8位 、 1   6位 、3   、甚 至 6   2位 4
位 ( 如东 芝 TX9 ) 比 9 。 片 机 设 计生 产 周 期 缩短 、成    本下 降 、应 用领 域拓宽 ,开 始 向专 用型单 片机 发展 。  

S }N E A D M N G M N…97~  C C  N   A A E   T   E

但 其 功 能 强 、 兼 容 性 强 、可 靠 性 高 的 品 质 是 不 会 变 
的 。  

三 、单 片机 的种 类 
单 片 机 种 类 很 多 ,琳 琅 满 目,产 品性 能 各 异 。世 

属于 C S I C结构 的 单片 机 有 Mo o oa的 M6 HC trl 8   系列 、At l AT 9 me 的 8 系列 、台湾 W ib n (  ̄ 7  n o d华t ) 8 w 系列 、荷 兰 P l s PC 8 C 1 列等 ; 属于 RI C ip 的 i F0 5 系 S  结 构 的 有 I e 8 51系列 、TI公 司的 M S 3 nt l 0   P4 0系列 、  
Mir c i 司的 P C系 列 、Zlg的 Z 6系列 、At l c o h p公 I i o 8 me  的 AT9 S系 列 、韩 国三 星 公 司的 KS 7 系列 4位单  0 5C

界 上 各 大 芯 片 制 造 公 司 都 推 出 了 自 己 的 单 片 机 , 它  们 各 具 特 色 ,互 成 互 补 ,为 单 片 机 的 应 用 提 供 广 阔 
的 天地 。  

片机 等 。  

为 了 更 好 的 利 用 和 发 展 单 片 机 ,我 们 可 以 根 据  不 同的需 求和特 点 进行分 类 。   1、按 应 用 领 域 可 分 为 : 家 电 类 ,工 控 类 ,通 信  类 ,个人 信息终 端 类等等 ;   2、 按 通 用 性 可 分 为 : 通 用 型 和 专 用 型 。   通 用 型 单 片 机 的 主 要 特 点 是 : 内 部 资 源 比 较 丰  富 ,性 能 全 面 ,可 履 盖 多 种 应 用 要 求 ,可 以 应 用 在  非 常 广 泛 的 领 域 。通 用 型 单 片 机 的 用 途 很 广 泛 ,使 

般 ,RI    sC型单片机主要用于控 制关 系较 简单    的小家 电;CI   单片机主要用于控制关 系较复杂的   S C


场 合 ,如 通 讯 产 品 、工 业控 制 系统 。不 过 ,RI   单  SC 片 机 的 迅 速 完 善 ,其 增 强 型 在 控 制 关 系 复 杂 的 场 合  也 毫不 逊 色 。  

5、根据程序存 储方式的不 同 ,可以把单 片机分  为 E R M 、 T 一次 可编 程 ) Q P( 膜 ) F A H P O O P( 、 T 掩 、 L S  存 储器 四种 。例如 :Mir c i 单 片 机全 部都 是 O P co hp T   器 件 。TI 司的 MS 4 0 系 列 、A me 公司的 A   公 P3 t l VR 系列就具有 F a h 存储器。F a h 型程序存储器具  ls ls 有 非 易 失 性 、 修 改 方 便 的 优 点 , 目前 应 用 较 广 。   如 今 ,单 片 机 主 要 有 美 国 、 日本 、韩 国 以及 我 国  台湾 省 的一 系列产 品 。美 国著名 公 司的单 片机 技术  处 在 领 先 的 地 位 ,特 别 是 在 高 端 产 品 方 面 。 日本 在  单 片 机 制 造 业 方 面 有 也 相 当 的 优 势 ,韩 国 及 我 国 台  湾省的一些 公 司 目前以生产 低价位 的兼容产 品为主 。   虽 然 单 片 机 的 种 类 繁 多 , 各 具 特 色 , 但 仍 以  8    1为核 心 的 单 片 机 占主 流 ,兼 容 其 结 构 和 指 令    C5 0   系统 的 有荷 兰 P L P HI I S公 司 的产 品 ,S TC 系 列单 片 
机 ,A TME L公 司的 产 品和 中 国台 湾的 Wi b n n o d系列  单片机。然而 Mi o hp公司的 P C精简指令集( I C  c ci r I RS )

用不 同的接 口电路及 编制 不 同的应 用程 序就 可完 成 
不 同 的 功 能 。小 到 家 用 电 器 仪 器 仪 表 ,大 到 机 器 设 

备 和 整 套生 产 线都 可 用单 片 机 来 实现 自动化 控 制 。   M     片 机 就 是 一 种 通 用 单 片 机 ,其 结 构 及 原  CS一5 1单 理 对所 有 的单片 机都 适用 。   专 用 型 单 片 机 的 主 要 特 点 是 : 针 对 某 一 种 产 品  或 某一 种控 制应 用而 专门 设计 的 ,设计时 已使结构  最 优 ,软 硬 件 应 用 最 优 ,可 靠 性 及 应 用 成 本 最 佳 。专  用 型 单 片 机 功 能 比 较 专 一 ,针 对 不 同 的 产 品 , 功 能  从 弱 到 强 应 有 尽 有 。一 般 出 厂 时 程 序 已 经 一 次 性 固  化 好 , 不 能 再 修 改 的 单 片 机 。这 些 例 如 电 子 表 里 的  单片机就是其中的一种。 日本的 E s n单片机的 LC   po D

驱动做得特 别好 ,东芝公司的面向 VCD, 数字相机,   图象处理市场的 3 2位机采用 MI S 0 0 P 3 0  ARI C的  s
CPU 结 构 。   3、按 总 线 结 构 可 分 为 总 线 型 和 非 总 线 型 。   我们 常 常 见 到 的 8    9C51单 片机 就 是 总 线 结 构 ,   8    1单 片机 内部 有 数 据 总 线 ,地 址 总 线 ,还 有 控    C5 9   制总 线 ( WR, RD,E A,AL E等 ) 0 。2 引脚 的 8 C 0 1 9 2 5 

也 有着 强劲 的发 展势 头 ,世界 上 最大 的单 片机厂 商  MO O o a公 司的产品也 占据着一定的市场分额 。此  tr l 外 还 有 日本 几 大 公 司 的 专 用 单 片 机 。   单 片 机 应 用 范 围 广 泛 , 各 领 域 功 能 需 求 也 千 差 
万 别 , 不 可 能 有 公 司 能 面 面 俱 到 。 可 以 预 言 ,单 片  机 的 世 界 将 不 存 在 某 个 单 片 机 一 统 天 下 的 垄 断 局  面 。 走 的 将 是 各 具 特 色 ,相 互 借 鉴 、 共 同 发 展 的 道  路。 圃 

单 片 机 ,就 是 一 种 非 总 线 型 的 。 其 外 部 的 引 脚 很 少 ,   可使成 本 降低 。   4 、根据 指 令 集 可以 分 成 C S ( 中指令 集 )和  IC 集 RI SC ( 简指 令 集 )两类 。 精   采 用 CI   结构 的单 片 机 数据 线和 指 令 线 分 时 复   SC   用 ,即 冯 . 伊 曼 结 构 。 它 的 指 令 丰 富 ,功 能 较 强 , 诺   但 取 指 令 和 取 数 据 不 能 同 时 进 行 ,速 度 受 限 ,价 格 

参 考 文献 :  
1 c Nx单 片机嵌 入 式 l ent 案— — 《 、s E i    a 方 n p t 电视 
技 术》 20     01年 01期 ,夏 克 国      

亦高 。采 用 R I   结 构的单片机数据 线和指令线分    sc   离 ,即 哈 佛 结 构 。 这 使 得 取 指 令 和 取 数 据 可 同 时 进  行 ,且 由于一 般指 令线 宽于 数据 线 ,使其 指令 较 同   类 CI    sC单片机指令包含更多的处理信息 ,执行效率  更 高 ,速 度 亦 更 快 。 同 时 ,这 种 单 片 机 指 令 多 为 单  字节 ,程 序存 储 器的空 间利 用率 大大提 高 ,有利 于 
实现 超小 型化 。  

2、 东 芝 4位 单 片机 的结 构 与应 用一 一 《 国外 电   子 元 器 件 》2000年 06期 ,吴 金 宏 ,倪 向 阳 , 吴 昊        5 单 片机 M S   原理及应用开发教 程 . c 一5 1 清华大  


学 出版 社 , 20   晁 阳    07,  

A   黪  M A NA 

2  0年 ?第 4期  01  


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