单片机(Single-Chip Microcomputer)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的300M的高速单片机。
(1)单片机的体积比较小, 内部芯片作为计算机系统,其结构简单,但是功能完善,使用起来十分方便,可以模块化应用。
(2)单片机有着较高的集成度,可靠性比较强,即使单片机处于长时间的工作也不会存在故障问题。
(3) 单片机在应用时低电压、低能耗,是人们在日常生活中的首要选择, 为生产与研发提供便利。
(4)单片机对数据的处理能力和运算能力较强,可以在各种环境中应用,且有着较强的控制能力。
单片机在电子技术中的开发,主要包括CPU开发、程序开发、 存储器开发、计算机开发及C语言程序开发,同时得到开发能够保证单片机在十分复杂的计算机与控制环境中可以正常有序的进行,这就需要相关人员采取一定的措施,下文是笔者的一些简单介绍:
(1)CPU开发。开发单片机中的CPU总线宽度,能够有效完善单片机信息处理功能缓慢的问题,提高信息处理效率与速度,开发改进中央处理器的实际结构,能够做到同时运行2-3个CPU,从而大大提高单片机的整体性能。
(2)程序开发。嵌入式系统的合理应用得到了大力推广,对程序进行开发时要求能够自动执行各种指令,这样可以快速准确地采集外部数据,提高单片机的应用效率。
(3)存储器开发。单片机的发展应着眼于内存,加强对基于传统内存读写功能的新内存的探索,使其既能实现静态读写又能实现动态读写,从而显着提高存储性能。
(4)计算机开发。进一步优化和开发单机片应激即分析,并应用计算机系统,通过连接通信数据,实现数据传递。
(5)C语言程序开发。优化开发C语言能够保证单片机在十分复杂的计算机与控制环境中,可以正常有序的进行,促使其实现广泛全面的应用。
(1)使用寿命。寿命主要指以下2方面:单片机开发产品拥有良好的稳定性和较长的使用寿命,可以长时间稳定运行10年或是20多年;与微处理器相比拥有较长的使用寿命。随着半导体技术的不断提高,MPU更新换代速度的不断提升,部分已经成功上市,同时年龄较小的CPU核心同样会随着I/O模块的发展而不断丰富,生存周期较长。随着新型CPU产品的出现,单片机领域也不断扩展,用户选择余地也相继增加。目前单片机的主要发展趋势就是32位、16位和8位单片机的共同进步。最初单片机主要是从8位开始的,随着多媒体技术、互联网技术和移动通讯技术的发展,32位单片机逐渐发展起来。比如32位的CPU单片机Mororola68k曾经就实现过八千万枚的销量,而16位单片机的发展从产量和品种两种层面上看也有着巨大的进步,呈现出增长的态势。
(2)运行速度。MUP发展中的主要是不断提升速度,主要是以时钟频率为主要标志,时钟频率逐渐增高。但是单片机却和MUP存在一定的差异,为了进一步提升单片机的抗干扰能力,减少噪音影响,单片机在发展过程中逐渐开始从降低时钟频率入手,为此不惜降低运算效率。从单片机内部系统入手,改变内在时序,在不提升时钟频率的基础上,进一步提高了单片机的运算速度。
(3)高可靠性和低噪音技术。首先是EFT技术属于抗干扰技术,主要是振荡电路中的正弦信号被外部的环境所影响时,其所发出的波形就叠加各种毛刺信号,而人们在处理过程中也经常利用施密特电路进行整形,随后电路振荡毛刺就会变成触发信号干扰的时钟,交替利用RC滤波电路和施密特电路能够有效消除毛刺作用,让影响失效,促进系统时钟信号的顺利传输。进一步提升单片机稳定性。其次是驱动技术和低噪音的布线技术,传统单片机通常是将地线和电源设置在电路外壳中的对称引脚位置,大都是在右上左下、左上右下两部分对称位置中,如此让电源噪音顺利穿过整个芯片,干扰单片机内部电路。大部分单片机都将电源引脚与地线设置在两个相邻引脚中,这样能够有效减少穿过整个芯片的电流,同时还能在印刷电路板中设置去耦电容,进一步减少噪声影响。
(4)掩膜与OTP。OTP属于一次性输入的单机片,过去将投产掩膜的单片机当作单片机产品成熟的标志,因为掩膜拥有相应的生产周期,同时OTP型号的单片机价格也不断降低,因此通过OTP进行产品制造逐渐成为近几年的发展趋势。与掩膜方式比较起来,拥有风险小、生产周期短等优势。在社会发现新时期,OTP型号的单片机需求量也不断上涨。
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