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垦鞫鲨竺涩竺：竺：：竺：三型l}技术单片机的发展与应用张藤C谶汉瑾工丈学囱幼化学院湖北武汉430070)摘蒙：本文首先介绍了单片机的发展历史，然后介绍了它的结构及功能。根据单片机所具有的功能，简述了它的一些应用情况。关键调：单垮枫发疑应臻孛圈分类号：F287．2文簌禄浚鹞：A文鬻编号：1673—0534( 2007) 09( c) 一0008—02随着现代技术的发展，单片机已．经发展成为一个品种多样，功畿丰富的开发工具。它主要应臻警工馥控裁领缓和各静仪器设备。1单片机的发展情况当国内从80年代起搿始了单片机的热潮，二÷ 多年过去了，摹冀戮麸瓣宠酝走滋来，成药日常生活中的一个不W 缺少的部体。硬件方面13趋多样化，4位、8能，16位、32位等型号共同并存，强不同的领域存在，如家电，玩其，工鼗没套、经器、遴镪等。软件方丽发展主要为暇编语言。C诺言、嵌入式操作系统。速度、稳定性特别要求的场合较多采用汇编语言朔C语言。擎冀梳终为徽型秘冀魏懿一令蘩娄分支，应用面嘏广，发展很快。自单片概谶建至今，已发展为止百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝觜高性能和多龆种方向发展趋势将是进一步嶷豢CM O S化、僬功耗、小体积、夫容量、嵩僚能，l 氐价格耜外围电路内装亿等几个方面发展。2单冀枧的结构单鹭瓶静基本缀成，是由中突楚理器( CPU ) 、只读存贮器( RO M ) 、读写存贮器( RAM ) 、输入／输出口( I／O ) 等等缎成。此外，里面逐有—个时镑媳路，使革片规程进行运算耪控籁瞬，都麓蠢节奏选迸学。舅羚，逐毒。中断系统” ，当单片机控制对象的参数到达某项需要加以干预的状态时，就可传达给CPU，使CPU 采取适当的应付攒施。按络梅形式分，擎麓税有嚣静蒸零酶缮稳形式：普林斯顿绪构和哈佛结构。凿林斯顿结构，也称玛-诺伊曼结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并狂一起的存储器结构。翟痒搀令存耱缝篷稷数据存耱建鏊藩舞淘一令存储嚣的不同物理位鬣，因此程序指令和数据的宽度相阔，如英特尔公司( Intel ) 的8086和M CS-51就采用了此络构。而哈佛绪构是一种将程枣撂令存镑秘数撰孝耱分嚣魏移髓器结构。中央戆理器(CPU)曾先到程序稽令存储器中读取程序指令内容，解码后得至6数据地址，然后到相应的数据存储器中读取数据，进行下一步攥捧(逶露是撬行》。程序指令存耱张数据存话分开，W 以使指令积数据有不同的数话宽度，目前较多的单片机采用改进的哈佛结构，如i Vl i crochi p公司的PICl 6芯片的程序指令是14位宽度，麓数据是8像宽疫。舅羚，现在单井髓蒎用一种三接(Tri Core)结构，迭魑种建立在一块片上的系统概念上的结构。三核是：数据和程序存储器核。控制器和DSP核秘铃匿弱声专朋电路ASIC。这种单冀税最大特森逢把DSP稻缀控割器丽时徽在一个片上。3孽冀橇的牲麓单片机按其内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、1 6位、3 2俄及64位。由于单冀执的集成度嵩，功能强，W 靠性高，体积。奈，使舅l 方倭等一系翻绕煮，强蓠已经渗入囊人们工作和舷活中。就革片机本身来说，除了4位机和8位机仍保持巨大的领域之外，备种新型高性能的挑型也在迅速发展。铮霹索殇上奁大爨颧瓣八位摹羚撬，这羹以51，AVR和PICA位孽片机为例介绍浆片视的性能。3．1 51系列Intel 熬51系残在泰。φ夹笤贝箜芭馨鴏 。这与它优秀的性能分不歼。5l 系剥的傀点诸多，它有完箍的按位操作系统，除能进行传送，置位，清零，测试等操作，还能进行位逻辑操终。随着技拳豹发曩，萁远缀逮痉越来越快，晶振频率可献以前静12M H z可提升舞40M H z。I／O 脚的设置简单，使用方便。当该脚做输入使用时，将其置为高电平即可，当该脚做输爨使用时，剃裹低电平均W 。在5 l 蕈冀凝系魏中，随着毒《遗工艺静飞速发展，越来越多薪鳌单片机出现。使单片机的遁行速度得到提升、并引入了双数据指针及ISP功能。ISP功能实现在系统可缡程功能。可以省去通用的编理器，单冀凝猩爝户板主帮霹下载和瓷录翔户程序，无需将取片机从生产好的产品上取下。未定型的程序逐可以边生产边完善，加快了产品的秀发速度，减少了新产品因软搏缺陷带来的溅险。3．2 AVRAVR单片机是Atm el 公司推出的较为新颖的单片机，共显著的特点为高性能、i 麓速度，藤凌耗。宅取消疆器矮籁，毅蠹幸镑霜赣麓密令周期，实行干l ；娩。AVR擎片机指令以掌为单位，且大部分指令都为单周期指令。而雎周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的渎驭。通常融镑频率矮4-8M H z，故最簸獾令执行时间为250～125ns。AVR系列没有类似累加器A的结构，它主耍是通过R16～R31寄存器来实现A的功能。j 攫AVR孛，没有象5l 系列瓣数摇捂针D默R，稼是由X( 由R26，R27缀成) ’ Y《由R28、R29组成) 、z( 由R30、R31组成) 三个16位的寄存器来完成数据指针的功能。在5l 系列中，所有豹逻辑运算郝必须在A中进短；纛AVR嬲霹以羟任两个寄存器之闻递褥，省去了不少寐矮，这些比5l 系列强。3．3 PICPIC单盼机系列是美溺徽芯公司( M i cro-shi p)懿p蒹，楚当蔻紊绣谂额垮长最快豹蕈只8科技咨询导投Sci ence and Technol ogy Consul ti ng H eral d 万方数据机老一。CPU 采用RIsC结构，分别有33、35、58条指令(襁单片机的级蹦丽定)，属横麓稽令集。采雳H arvard双慧线结秘，运蠢速度快(指令周期约160-200ns)，高效率运行的原因之一是它能使程序存储器的访问和数据存储器的协阔并行处理，这种指令流水线结构，在一个舞麓凌完残嚣部分工终，一爱撬行捂令，二爨欣程序存储器取出下一条指令，选样总的看来每条指令只需一个周期(个别除外)。此外，它还具有低工作电艨、低功耗、驱动能力强等特熹。Pl e系列蘩冀辊共分三令级爨，秘蒸奉缀、中级、满级。其中又以中缀的PICl 6F873( A) 、PICl 6F877( A) 用的最多。PIC系列肇片机的I／0翻是双向的，慕输毽瞧貉麓CM O S嚣{}隧挽竣滋电路。I／O 嬲璎加了用于设嚣输入或输出状态的方向寄存器，从而解决了51系列I／0脚为嵩电平时同为输入和输出的状态。当置位1时为输入状态，鼠不管该脚呈裹电乎残抵电孚，对多}均呈裹阻软恣；鼙像0时为输爨袄态，不管该瓣为何静电平，蝣呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达25m A，高电平输出电流可达20m A。具有弦线调试及编援(ISP)功熊。随着CM O S工艺的改遴稻提高。阂速存储器糕不断发展和宪善，应用越来越广，容量越来越大，价格越来越低，闪存技术在各个领域得到应爝。最初的攀片杌，片内必宥并行输入／辕爨接霸、定露嚣／诗数器，它们静动蘸较瓣，实际应用中往张需要通过特殊的接口扩展功7能。从而也增)m T应用系统结构的复杂性。4革冀辊麴应翔单片机的晶种繁多，按应用范围分为通糟型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的，饲如用于洗衣机的单盼桃。通用型照片羲蠢戆线鳌稻≤羚慧线鍪袭者8位耪16整之分，总线型设有并行地址总线、数据总线和控制总线的引脚，便于扩展外围器件。非总线型没有有总线引脚，芯片体积。┱箍赏ü齀／0臻，邃姥毒}线型鬟运套审，l 、系统。以下就革芹机部分功麓器绛的应用举僦简娶说明。首先以实时时钟为例。～魃单片机控制系统甏求在确定的孵妻g进行菜耪捡测与搡终，鸯的控制系统要求猩进行菜释撩f乍时记下进褥操作的具体时间，例如现在各公司广泛用的员工考勤打卡机，有贱网页的登陆同时记下用户的登骚时睡等。娶达割这个耳的，就要给系统配鬟实时辩锋，～边穰据辩锌怒绥的时闻，按瞬攥作成记录。当然生产实时时钟可以用软件实现，但最方便的遗是用时钟芯片，常用的时钟芯片叉并行和串褥涎种形式。看}_】褥是靛褫程序歪豢运行戆一释定时