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單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。
9 I1 D/ h0 M' P- s 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。
* ^& p; i) e* w. c0 {9 \ D 單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等 。
3 v }( z. B9 q2 ^ 應(yīng)用分類
9 i6 N" A0 X8 V1 z( l2 e3 v5 @ 單片機(jī)（Microcontrollers）作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度，單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。6 o& w, E! |& P8 O; f# `
通用型
& R& D; G) K- a1 O 這是按單片機(jī)（Microcontrollers）適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。
; v5 o7 [8 T7 ?; r 總線型
4 r _! ^) |) @; A+ M 這是按單片機(jī)（Microcontrollers）是否提供并行總線來區(qū)分的�？偩�型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。
& @( _; R# z; @& Q 控制型7 J& Y' p0 C9 E4 m# _ R
這是按照單片機(jī)（Microcontrollers）大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。
Q$ A7 P# P: X6 b 單片機(jī)（Microcontrollers）誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)�；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。! Z, Y2 L. U% A/ ?6 h( L
而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。高端的32位Soc單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。
/ {$ q7 K2 F' p s7 l% A/ n2 \ 當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。; h! d* d( R; i9 x
主要階段
7 C1 N l; }% _0 {* n 早期階段$ N3 W5 P: d9 D/ {( J
SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Microcontrollers）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)�！皠�(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。4 d0 a* S3 _0 ~3 F- j! h+ \1 ^2 a% y
早期階段
) x; A) V; {0 j6 x! y" \: k) F: X SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Microcontrollers）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)�！皠�(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。
, k h V- M9 o8 t& r Micro Controller Unit
8 O8 }! ~) }9 e: Q6 z2 A Micro Controller Unit' y% e) C: o0 @2 B$ Q8 q9 W; h
中期發(fā)展
4 S# X, o& O" ?# m5 b MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。
" `' {1 I& t- O; c; _. u2 y Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。
+ a" q3 y. ?, N0 T0 Z! B 當(dāng)前趨勢0 U# i3 \# E( F( m- T5 H" E
SoC嵌入式系統(tǒng)(System on Chip）式的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
# i$ v( _6 N1 {; T/ E 早期發(fā)展3 p8 v- b; e4 N1 K7 {
1971年intel公司研制出世界上第一個(gè)4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。! ^; R' Z. G9 z6 }- Y9 V
1971年11月，Intel推出MCS-4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）其中4004（下圖）包含2300個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。' T3 p; y. }: C& B, {5 r( ?4 O
1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。0 A h. H! Z& w# V, I2 P/ c& y
1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。
' ~/ Y" c, A" r) ^+ `. q. M 主頻2MHz的8080芯片運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲(chǔ)器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。
2 O$ M! A# Z' W6 e; v6 [4 _ 1975年4月，MITS發(fā)布第一個(gè)通用型Altair 8800，售價(jià)375美元，帶有1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。9 W& U- Y7 T- ?9 S2 ?3 z
1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問世。# l9 m, k9 U6 N2 `1 ?# P
Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。) D( g, S6 |6 Q# A& g
20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)無論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。$ [0 |7 ?7 F6 H4 a
硬件特性6 S% m* u" c( H( b: r8 { t& O5 S
1、主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。
. u4 \( H/ p6 Y9 B( w 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；* H j) P6 b: g
3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無故障；4、處理功能強(qiáng)，速度快。
3 n9 K' G1 {: Z0 d 5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品
3 Q4 S+ ~" ^$ v6 F4 a3 m 6、控制功能強(qiáng)" m. W4 \+ u1 ~* F+ |2 Z
7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
( w( L$ ^- Q5 C; t. @ 單片機(jī)STM32F407ZET6 http://www.dzsc.com/ic-detail/9_5030.html特征& O2 \- f3 Z" M, ?" _8 r' b3 k! Y
?核心：帶FPU的ARM?32位Cortex?M4 CPU，
; k% |8 K, ^. \* |2 O/ s8 E 自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器（ART2 I9 a( {4 Z: Y# x6 w4 O9 O& j! J
Accelerator?）允許0等待狀態(tài)執(zhí)行8 n) @4 o3 P. a6 A, j2 s
從閃存，頻率高達(dá)168兆赫，6 n+ I- B& k: L; o
內(nèi)存保護(hù)單元，210 dmips/
9 e, _/ G; d3 |. }/ A 1.25 dmips/mhz（dhrystone 2.1）和dsp
. d/ h8 |" f4 w; i 說明
& c; _3 \4 ?; }# j, F. C ?記憶
Z$ {, y' j# M7 B$ i9 O ?高達(dá)1兆字節(jié)的閃存' h# o# F1 i7 u
?高達(dá)192+4 kbytes的SRAM，包括64個(gè)-' R4 g; t( ]) o0 c
kByte的CCM（核心耦合存儲(chǔ)器）數(shù)據(jù)) }% ^& o5 a! d( u& F
皇家音樂學(xué)院0 Z; z( H A3 L/ q. T+ t3 k" ]2 ^/ A" c
?支持靈活的靜態(tài)內(nèi)存控制器
" M$ A9 @* \. `( ` Compact Flash、SRAM、PSRAM和
, Z) Z# u9 v, U } NAND存儲(chǔ)器
& y( E" q; c" c. m' U: ^ ?LCD并行接口，8080/6800模式
, s& v) |8 r5 r$ I. ~4 d ?時(shí)鐘、重置和供應(yīng)管理
& ?& K+ w# O( p: W8 D' q –1.8 V至3.6 V應(yīng)用電源和I/O* Q$ O/ z9 B& m6 w; k
–POR、PDR、PVD和BOR
& U: \" m- c8 `% O: p* R( o –4至26兆赫晶體振蕩器/ L! ~5 G1 f3 j+ d1 }9 f y
–內(nèi)部16 MHz工廠修整RC（1%
6 E$ `* c n K 準(zhǔn)確度）9 o6 e: c4 R0 W; Z4 { C. \; G
–32 kHz振蕩器，用于校準(zhǔn)的RTC
/ n. P% F w [' P) P: C) @ –內(nèi)部32 kHz RC，帶校準(zhǔn)1 R/ [' _4 |" p! W' R/ Y5 M; w# U
?低功率運(yùn)行
2 ]! P, R* k( ]3 v; _7 z; r –休眠、停止和待機(jī)模式1 N( N0 D1 f2 J r
–用于RTC的VBAT電源，20×32位備份
) G$ R3 H4 c" s 寄存器+可選的4KB備份SRAM
/ p' P4 V; N7 P# M4 g7 V ?3×12位，2.4 msps A/D轉(zhuǎn)換器：最多24個(gè)# m* s [1 I* u/ X% `
信道和7.2 MSP，三重交織* W2 o* D7 Z7 m' w
模式# n2 o$ v$ A6 l6 k7 B7 W3 z
2×12位D/A轉(zhuǎn)換器9 P$ Z: \ f; R( W% ?+ G
通用DMA:16流DMA
, |* Z7 {3 P+ y/ T 帶FIFOS和突發(fā)支持的控制器
& W3 \- d; S2 {- s- x* \
! K* {% x! p; r# p8 p1 j
@6 R& ~! T. m# D: @ |
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