文档介绍：1
单片机程序设计实践教程
第一讲概述
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单片机的发展
单片机(即单片的微型计算机)是在1970年微处理器研制成功之后随而之出现的,第二年美国的Intel公司就开发并生产了4位单片机4004,1972年推出了8位单片机的雏型8008。到了1976年9月,该公司的MCS-48单片机问世,从那以后的二十几年间,单片机经历了多次更新换代,其发展速度大约每2~3年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。单片机发展速度之快、应用范围之广,已达到了惊人的地步。它已渗透到社会生产和生活的各个领域,可谓无孔不入。
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在MCS-48单片机大范围成功应用的刺激下,许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片机系列。到目前为止,世界各地厂商己研制出种类繁多的单片机产品,其中有Motorola公司的6801、6802,Zilog公司的Z-8系列,Rockwell公司的6501、6502等。此外,日本的NEC公司、日立公司及EPSON公司等也都相继推出了各具特色的单片机品种。
尽管目前单片机的品种很多,但其中最具典型性的当属Intel公司的MCS-51系列单片机系列。MCS-51是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的,虽然它仍然是8位的单片机,但其功能有很大的增强。此外,它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此应用非常广泛,成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在,MCS-51仍不失为单片机中的主流机型,国内尤以MCS-51系列单片机应用最广。
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在8位单片机之后,16位单片机也有很大发展,例如1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。与MCS-51相比,MCS-96不但字长增加一倍,而且还具有4路或8路的10位A/D转换功能,此外,在其它性能方面也有一定的提高。在高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域,16位单片机大有用武之地,目前Intel的MCS-96系列单片机在国内已得到较好的应用,它必将以高性能的特点在国内得到大规模推广。
综观近三十年的发展过程,单片机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。预计其今后的发展趋势如下:
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1、微控制器的CPU核仍以CISC为主,但向RISC演化。
在传统微控制器领域内还是以当初Intel确立的哈佛结构(程序和数据存储器相分立的体系)和复杂指令集系统(CISC)为主。只有少数厂家生产精简指令集计算机,但仍保留了哈佛的分立存储器结构,并没有采用冯·诺依曼的程序、数据相合并的存储结构。少数生产RISC的计算机厂家有Microchip的8位PICl2/16/17/18Fxxx微控制器、Atmel的8位AVR微控制器、SCENIX 的8位SXl8/20/28AC和SX48/52BD微控制器。这3个厂家都使用了快闪存储器(FLASH)存放程序。
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2、提升指令执行速度
提高单片机的振荡器频率或减少每机器周期包含的振荡器周期数,都可以提高指令的执行速度。如Philips公司把12MHz的80C51从每机器周期所含振荡器周期数由12改为6,获得2倍速,Winband公司由12改为3,获得4倍速。目前,8位微控制器的频率一般可以高至33MHz~40MHz,所以,可以比较容易地从原来的1MIPS提高到10MIPS。但是,指令执行速度提高到50MIPS~100MIPS的都是RISC指令的8位微控制器。
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3、集成大容量片上FLASH存储器,实现ISP、IAP
近几年,8位微控制器竞相采用FLASH存储器,这已成趋势。因为它集成密度高、价格便宜、技术先进,可以取代PROM、EPROM、OTP和EEPROM等。如STC系列单片机芯片内分别具有4~64KB的FLASH,并利用FLASH可高速读/写的特点,实现在系统烧录程序(ISP)和在应用中烧录程序(IAP)。
ISP技术是在焊接成板级系统上,直接对微控制器进行擦除和程序烧录的先进技术。STC的IAP技术,是从结构上将FLASH存储器映像为两个存储体,当运行在一个存储体上的用户程序时,在后台对另一个存储体实时烧录更新的程序,之后再将控制转向更新的程序上执行。
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4、普遍使用混合信号(数字-模拟相混合)集成技术
用CMOS工艺将数字和模拟电路集成于同一个片上的技术已经成熟,有力地削减了片外的附加器件,提高了性能和缩短了产品上市时间。如片上集成12位A/D、上电复位/掉电检测、捕捉/比较/PWM、锁相环、8×8硬件乘,以及USB、CAN总线接口等。
5、追求低电压、低功耗、低价位、LPG(少腿芯片)
降低工作电压无疑可以成指数级地降低功耗,所以出现逐渐显露出来多电压供电的微控制器开始,CPU