单片机及其应用的文献综述

单片机及其应用的文献综述

摘要：单片机由于其特点和突出的性能被广泛应用于各个领域，随着社会的发展和技术的进步，各种新型单片机层出不穷，片内集成的功能模块越来越多，整体性能也越来越强大。本文主要介绍了单片机的种类、特点、主要的生产厂家和应用领域等，概述介绍了单片机应用技术的进展和动向。

关键词:单片机；分类；应用；发展

引言

单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），又称微控制器（Micro controller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。通常是将组成计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上而形成的微型计算机，其片内常含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。据统计，目前全世界单片机（嵌入式处理器）的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构约30个系列，其中8051 体系仍占有半壁江山。

1.分类

依据分类方法的不同，单片机可以分为不同的类型。根据数据总线的宽度分类，可分为4位、8位、16位、32位机等，如下表1所示：

表1 根据位宽分类

分类名称简介应用场所

4位单片机功能单一性能较低。如OKI公司的

MSM64164C、MSM64481，NEC 公司的75006X

系列，EPSON公司的SMC62系列等。

输入装置(鼠标、游戏杆)、电池充电器、

带液晶显示的音、视频产品控制器、家

用电器的控制及遥控器、玩具控制、记

时器、时钟、表、计算器、多功能电话、

LCD 游戏机。

8位单片机功能强大，品种最为丰富、应用最为广泛。

MCS-51 系列及其兼容机型：ATMEL、PHILIPS、

WINBOND 是MCS-51 单片机生产的老牌厂

家，ST 新推出的μPSD 系列等；

MOTOROLA68HC05/08 系列、MICROCHIP 的

PIC 单片机以及ATMEL 的AVR 单片机。

自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、

通信、家用电器

16位单片机十六位单片机操作速度及数据吞吐能力在性

能上比8 位机有较大提高。

主要应用于工业控制、智能仪器仪表、

便携式设备等场合。

32位单片机高性能和低功耗。以更低的时钟频率、非常低

的功耗，达到很强的运算处理能力。

DVD、VCD、数码相机(DSC)、数字式电

视机DTV、导航系统、便携式信息终端、

空调机、洗衣机、电冰箱、打印机等

根据程序存储方式的不同分类，单片机可分为MASKROM类、EPROM类、OTPROM类（一次可编程）、ROM less类、Flash ROM（MTPROM）类五种，如下表2所示：

表2 根据程序存储方式分类

分类名称特点

MASKROM 类程序在芯片封装过程中用掩膜工艺制作到ROM区中，如80C51，适合于大批量生产

EPROM 类紫外线可擦写存储器类，如87C51（价格较贵）

ROMless类无ROM存储器，如80C31，电路扩展复杂，现在较少用

OTPROM类可一次性写入程序

Flash ROM 可多次编程写入存储器，如芯片89C51、89S51 等，其成本低，开发调试方便，可

类重复烧写程序

根据程序存储器和数据存储器是否分开分类，分为哈佛(Harvard)结构单片机和普林斯顿(Princeton)结构单片机，如下表3所示：

表3 根据程序存储器和数据存储器分类

分类名称特点

哈佛(Harvard)结构程序存储器和数据存储器分开

普林斯顿(Princeton)结构程序存储器与数据存储器合二为一

2.技术特点

从单片机的发展历程来看，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域的迫切需求为动力，展现出以下技术特点：

2.1 超长的使用寿命

大家都知道，应用单片机产品一般都可以稳定可靠地工作十年、二十年，很少出现产品质量问题，这主要与单片机的应用目的、场合、环境等有关。传统的单片机如8051、68HC05 等问世已经二十多年，产量、市场需求量仍然在不断上升。相信目前成功面市的相对较晚的新型单片机，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。

2.2 高低双向发展

双向发展也即高低两个方向同时发展。这如同计算机向微型机和巨型机两个方向同时发展一样，单片机中的8位、32位机齐头并进，这是当前单片机技术发展的一个趋势。长期以来，因市场需求的原因单片机技术的发展是以8位机为主的，但随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足、迅猛的发展。

2.3 速度越来越快

长期以来，为了提高单片机抗干扰能力，降低噪声的影响，不得不降低系统的时钟频率。如何降低频率而又不牺牲运算速度是单片机技术发展必须研究的问题。8051单片机兼容厂商通过改善单片机的内部时序，在不提高时钟频率的前提下，提高了运算速度；Motorola 单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率，68HC08单片机使用4.9MHz 外部振荡器而内部时钟达32M；三星电子新近推出了1.2GHz 的ARM处理器内核Halla。

2.4 低电压与低功耗

一般单片机都能在3到6V 范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V,0.9V供电的单片机已经问世。几乎所有的单片机都提供Wait、Stop 等省电运行方式,允许使用的电源电压范围也越来越宽。随着新型32位单片机的问世，低电压、低功耗和高性能三位一体单片机已经从梦想变为了现实。如AVR32 CPU 在每个时钟周期内完成的处理量要高出普通产品约三倍，能够以更低的时钟速度、更低的功耗来执行现今应用所要求的计算密集的算法。AVR32采用了18 项与优化架构创新技术相关的专利，使AVR32 AP内核能够最大限度地减小载入/存储和分支跳转操作方面的所花费的系统代价，使传输途径的吞吐量最大化，从而能以较同等处理器低得多的时钟频率和功耗执行复杂的算法。

2.5 低噪声与高可靠性技术

为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如ST公司的PSD系列单片机片内增加了看门狗定时器，NS的COP8单片机内部增加了抗EMI 电路，增强了“看门狗”的性能。

ISP及IAP在片编程技术(In System Programming)及在应用中编程(In Application Programming)通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，编程线与I/O 线共用，不