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嵌入式系統(tǒng)的核心硬件
嵌入式系統(tǒng)的核心硬件是單片機(jī)，又稱微控制器(MCU)它是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，通常片內(nèi)都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)集成的功能越來(lái)越強(qiáng)大，并朝著SoC(System on chip片上系統(tǒng))方向發(fā)展。單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化裝置、智能儀器儀表、過(guò)程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。
目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò)1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列，其中8051體系的占有多半。生產(chǎn)8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20多個(gè)，共350多種衍生產(chǎn)品。通常按單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)將單片機(jī)分為4位、8位、16位、32位機(jī)。
1 四位單片機(jī)。
四位單片機(jī)適合用于各種規(guī)模較小的家電類消費(fèi)產(chǎn)品。一般的單片機(jī)廠家均有自己的四位單片機(jī)產(chǎn)品，有OKI公司的MSM64164C、MSM64481，NEC公司的75006×系列、EPSON公司的SMC62系列等。
典型應(yīng)用領(lǐng)域有：PC機(jī)用的輸入裝置(鼠標(biāo)、游戲桿)、電池充電器(Ni-Cd電池、鋰電池)、運(yùn)動(dòng)器材、帶液晶顯示的音、視頻產(chǎn)品控制器、一般家用電器的控制及遙控器、玩具控制、記時(shí)器、時(shí)鐘、表、計(jì)算器、多功能電話、LCD游戲機(jī)。
2 八位單片機(jī)。
八位單片機(jī)是目前品種最為豐富、應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)，有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)。目前主要分為MCS-51系列及其兼容機(jī)型和非MCS-51系列單片機(jī)。
MCS-51兼容產(chǎn)品因開(kāi)發(fā)工具及軟硬件資源齊全而占主導(dǎo)地位， ATMEL、PHILIPS、WINBOND是MCS-51單片機(jī)生產(chǎn)的老牌廠家，CYGNAL及ST也推出新的產(chǎn)品，其中ST的新推出的μPSD系列片內(nèi)有大容量FLASH(128/256KB)、8/32KB的SRAM、 集成A/D、看門(mén)狗、上電復(fù)位電路、兩路UART、支持在系統(tǒng)編程ISP及在應(yīng)用中編程IAP等諸多先進(jìn)特性，迅速被廣大51單片機(jī)用戶接受 。CYGNAL推出了Soc的51系列單片機(jī)C8051F系列。集成了A/D D/A電路、看門(mén)狗，上電復(fù)位電路、I C、SPI、CAN總線、 FLASH技術(shù)、JTAG仿真調(diào)試，并且最高達(dá)到了100MIPS
非51系列單片機(jī)在中國(guó)應(yīng)用較廣的有MOTOROLA68HC05/08系列、 MICROCHIP的PIC單片機(jī)以及ATMEL的AVR單片機(jī)。
八位單片機(jī)在自動(dòng)化裝置、智能儀器儀表、過(guò)程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
3 十六位單片機(jī)。
十六位單片機(jī)操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比8位機(jī)有較大提高。目前以INTEL的MCS-96/196系列、TI的MSP430 系列及MOTOROLA的68HC11系列為主 。
十六位單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器儀表 、便攜式設(shè)備等場(chǎng)合。其中TI的MSP430系列以其超低功耗的特性廣泛應(yīng)用于低功耗場(chǎng)合。
4 三十二位單片機(jī)。
32位單片機(jī)是單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著技術(shù)發(fā)展及開(kāi)發(fā)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降將會(huì)與8位機(jī)并駕齊驅(qū)。生產(chǎn)32位單片機(jī)的廠家與8位機(jī)的廠家一樣多。MOTOROLA、TOSHIBA、HITACH、NEC、EPSON、MITSUBISHI、SAMSUNG群雄割據(jù)， 其中以32位ARM單片機(jī)及MOTOROLA的MC683××、68K系列應(yīng)用相對(duì)廣泛�；贏RM核的單片機(jī)占據(jù)了2001年的32位單片機(jī)市場(chǎng)75%的份額。
5 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展。
從20年來(lái)單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出以下技術(shù)特點(diǎn)。
8位、32位單片機(jī)共同發(fā)展。這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。長(zhǎng)期以來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足、迅猛的發(fā)展。
單片機(jī)速度越來(lái)越快。為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。一些8051單片機(jī)兼容廠商改善了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)算速度提高了很多，Motorola單片機(jī)則使用了瑣相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。68HC08單片機(jī)使用4.9MHz外部振蕩器而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá)32M。三星電子新近推出了1.2GHz的ARM處理器內(nèi)核Halla
低電壓與低功耗。幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來(lái)越寬。一般單片機(jī)都能在3到6V范圍內(nèi)工作，對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片機(jī)已經(jīng)問(wèn)世。
低噪聲與高可靠性技術(shù)。為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。如ST公司的μPSD系列單片機(jī)片內(nèi)增加了看門(mén)狗定時(shí)器，NS的COP8單片機(jī)內(nèi)部增加了抗EMI電路，增強(qiáng)了“看門(mén)狗”的性能。
ISP及IAP。在片編程技術(shù)(In System Programming)及在應(yīng)用中編程(In Application Programming)通過(guò)單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線等對(duì)單片機(jī)編程，編程線與I/O線共享， 不增加單片機(jī)的額外引腳。ISP為開(kāi)發(fā)調(diào)試提供了方便，并使單片機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)試、升級(jí)成為現(xiàn)實(shí)
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