单片机控制技术发展与应用

1 单片机技术的发展特点 自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发 展历程可以看出，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，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。 单片机长寿命 这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作 十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展， MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出 局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁，产量仍是上升的。这一方面是由 于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能 模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，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。新的CPU类型的加盟,使单片机队伍 不断壮大,给用户带来了更多的选择余地。 8位、16位、32位单片机共同发展 这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来，单 片机技术的发展是以8位机为主的。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发展。以Motorola 68K为CPU的32位单片机97年的 销售量达8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强，32位机越来越便宜，使16位 单片机生存空间有限，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅 度的增长。 单片机速度越来越快 MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志 的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺 牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时 序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多，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4.9M外部振荡器而内部时钟达32M，而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡器频率 内部时钟可达16MHz以上。 低电压与低功耗 自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺代替，功耗得以 大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由3μm工艺发展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35 近而实现0.2μm工艺，全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选，都使功耗不断下降 。Motorola 最近推出任选的M.CORE 可在1.8V电压下以50M/48MIPS全速工作，功率约为 20mW。几乎所有的单片机都有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。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。  

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。如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了 “看门狗”的性能。Motorola也推出了低噪声的LN系列单片机。 OTP与掩膜 OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜 型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得 近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的 特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片 编程技术(In System Programming)。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴 技术，先焊在印刷板上，然后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。解决了批量写OTP 芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。使OTP的裸 片得以广泛使用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。 而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型，全部为有ISP功能的OTP。 MTP向OTP挑战 MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价位推出 他们的单片机，如ATMEL AVR单片机，片内采用FLASH，可多次编程。华邦公司生产的与 8051兼容的单片机也采用了MTP性能，OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，等安装 到印刷线路板上以后再下载程序。 2 单片机的广泛选择 Motorola单片机 Motorola是世界上最大的单片机厂商。品