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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)。
" j |& X! z ^ 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。# Q Y# s8 q1 q' k* u) F
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 。
: ?# H% _1 p) v& s 應(yīng)用分類- A0 Q3 b& R e
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。; C; }% W3 Z' F% a# Z& q
通用型9 F4 R) L0 f) W$ \& f
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(duì)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(cè)量控制電路。( B$ \! W) o. U/ i
總線型
$ v; w" R' J9 j6 s6 y1 l5 i 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)。2 d& H) j4 I+ m# z7 F
控制型& l9 c: _5 K5 H% g; w
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。
1 ?% {" l% i5 i# r5 U# ~; J 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(chǎng)。' {3 }/ j4 [4 |+ J& t
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。% z% V ]7 y3 l+ X' j! t; x3 M& {
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)。8 q- x- m$ U6 J- K$ |9 K: G" I
主要階段
& t* |2 R% C. O: i m/ j: L4 W 早期階段
) a% c) d& H0 m% p7 N6 n ~ 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。. z* p4 f/ J% i2 Q
早期階段, o5 Q$ `- e( M. N2 v
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)。“創(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。* [2 }7 [3 |! [; z3 T/ I$ b! g
Micro Controller Unit2 e! a$ s8 ]) G, @2 v" M! \
Micro Controller Unit- J; V9 o' h% }
中期發(fā)展
$ V* k! T% d7 l0 G* W4 Y 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(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)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 v, ~( [+ y/ x* _, _
Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，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(jī)。
1 |7 X% L, R; O 當(dāng)前趨勢(shì)
$ P) S5 b: O3 R- V5 o6 A 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(shì)。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(duì)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)。
- t' T, R) |, T9 M3 u 早期發(fā)展2 H4 N9 }! r7 G
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(guó)《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。
! C) Z# \9 K, Y8 R 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。
S/ j) `; u7 J& L" S) `& d 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。/ b1 W+ R2 M# ~' V w
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。1 i0 K0 F9 X8 K$ v4 i0 z; e( a0 Q! ~
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 ）。
0 A& F J3 @7 }; O, ] 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)。$ b F. K2 e; I* s7 V5 b# t) J3 j
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。. B9 S- ?. T3 G/ B. V
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。
; S( L+ r9 r8 L7 w 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 j2 B0 {' q0 b: p4 G' L 硬件特性
; w+ f Y+ M' J. F: l 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。: m* Y8 Z4 v% }% i
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；5 ~# B- n7 B% I! p6 }& l; x
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。
D+ A4 v; b7 {% M 5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品0 |7 W0 n8 [3 ]% T! L# x
6、控制功能強(qiáng)
" o, w* N0 [/ J7 Z3 M; X 7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。" A; Q4 H1 |" [4 v6 L r
單片機(jī)STM32F407ZET6 http://www.dzsc.com/ic-detail/9_5030.html特征) L2 n5 `0 C! C h8 ~
?核心：帶FPU的ARM?32位Cortex?M4 CPU，
" ^' B" B4 ^2 |8 @( B 自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器（ART+ Z( Y. `) V" ]! T
Accelerator?）允許0等待狀態(tài)執(zhí)行8 C( _% H `# | t9 H
從閃存，頻率高達(dá)168兆赫，, ?; u5 x# W( N$ @" K+ q
內(nèi)存保護(hù)單元，210 dmips/
1 R' Q) v) a2 H1 J$ w 1.25 dmips/mhz（dhrystone 2.1）和dsp
5 r! c6 _3 u0 R. a6 P+ g* ?. S 說明6 H* `- h" y; C9 U' R7 {
?記憶$ h9 ]# e; o2 `+ o* Q
?高達(dá)1兆字節(jié)的閃存- s+ S7 e) L/ `" I" D: }7 _
?高達(dá)192+4 kbytes的SRAM，包括64個(gè)-' ^2 Q- W0 g3 u8 c: {( U0 [# T/ g: v
kByte的CCM（核心耦合存儲(chǔ)器）數(shù)據(jù)3 j( ~$ Q% a, N
皇家音樂學(xué)院3 ^" V. C/ I- K8 m7 x% c
?支持靈活的靜態(tài)內(nèi)存控制器$ g3 }- i3 p9 `3 V
Compact Flash、SRAM、PSRAM和
0 r' t: H6 F5 A) ^" Y NAND存儲(chǔ)器5 j6 x, H' n' R
?LCD并行接口，8080/6800模式
( u5 w% B9 _4 n$ c7 v% a) s5 w% w ?時(shí)鐘、重置和供應(yīng)管理. G; v$ \; x( w4 g- }( h& p/ T, W
–1.8 V至3.6 V應(yīng)用電源和I/O
% u2 d, o0 M1 |! ]' Z W –POR、PDR、PVD和BOR( w1 Z8 F5 t1 S! h2 _- i- |4 a" Z1 Y
–4至26兆赫晶體振蕩器
* r I# w% ^. X/ A& [ –內(nèi)部16 MHz工廠修整RC（1%$ Q4 L1 L1 y, N9 f
準(zhǔn)確度）/ E8 J8 O# y$ Q9 O
–32 kHz振蕩器，用于校準(zhǔn)的RTC6 K0 A' o" q; g
–內(nèi)部32 kHz RC，帶校準(zhǔn)1 f, a: Z& l0 L
?低功率運(yùn)行
3 [4 S( E5 }0 ~0 e( U8 d! t –休眠、停止和待機(jī)模式, x& o! h { [! ^
–用于RTC的VBAT電源，20×32位備份2 J+ T2 {7 J3 V4 P
寄存器+可選的4KB備份SRAM1 U# r/ N/ J& z n8 w8 {) t8 I( t
?3×12位，2.4 msps A/D轉(zhuǎn)換器：最多24個(gè)& g$ j! F% R6 E( _
信道和7.2 MSP，三重交織
! X% V5 Y7 [& ]7 s/ I 模式' y$ I; J: D8 a1 m% Z% @
2×12位D/A轉(zhuǎn)換器
7 [, u! w4 ]$ w 通用DMA:16流DMA
; Y. x4 I* [: Z) q( A 帶FIFOS和突發(fā)支持的控制器: f1 p& e- p* a' J/ O, |- k
" @: @/ ^/ ]; n5 w: v
# q6 I4 l) j4 R& B' f |
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電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺(tái)
窺視卡
置頂卡
變色卡
