【導(dǎo)讀】-1-. ofsingle-chip,generallyare:. 2.Ofmicro-chip. -2-

　　

【正文】 結(jié)構(gòu)的進(jìn)步 單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器， A/D 轉(zhuǎn)換器， D /A 轉(zhuǎn)換器，串行通信接口， Watchdog 電路， LCD 控制器等。 有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊 CAN。例如， Infineon 公司的 C 505C， C515C， C167CR，C167CS32FM， 81C90； Motorola 公司的 68HC08AZ 系列等。特別是在單片機(jī)C167CS32FM 中，內(nèi)部還含有 2 個(gè) CAN。因此，這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機(jī)，形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機(jī)有 Fujitsu 公司的MB89850 系列、 MB89860 系列； Motorola 公司的 MC68HC08MR1 MR24 等。在這些單片機(jī)中，脈寬調(diào)制電路有 6 個(gè)通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機(jī)已采用所謂的三核（ TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級(jí)芯片（ System on a chip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個(gè)核組成：一個(gè)是微控制器和 DSP 核，一個(gè)是數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器核，最后一個(gè)是外圍專用集成電路（ ASIC）。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把 DSP 和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講， DSP 是單片機(jī)的一種類型，但其作用主要反映在高速計(jì)算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統(tǒng)單片機(jī)結(jié)合集成大大提高了單片機(jī)的功能。這是目前單片機(jī)最大的進(jìn)步之一。這種單片機(jī)最典型的有 Infineon 公司的 TC10GP； Hitachi 公司的 SH7410， SH7612 等 。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī)， MCU 都是 32 位的，而 DSP 采用 16 或 32 位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在 60MHz 以上。 功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步 現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。 Philips 公司的單片機(jī) P87LPC762 是一個(gè)很典型的例子，在空閑時(shí)，其功耗為 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有 。而在功耗上最令人驚嘆的是 TI 公司的單片 8 機(jī) MSP430 系列，它是一個(gè) 16 位的系列，有超低功耗工作方式。它的 低功耗方式有 LPM LPM LPM4 三種。當(dāng)電源為 3V 時(shí)，如果工作于 LMP1 方式，即使外圍電路處于活動(dòng)，由于 CPU 不活動(dòng)，振蕩器處于 1～ 4MHz，這時(shí)功耗只有 50?A。在 LPM3 時(shí)，振蕩器處于 32kHz，這時(shí)功耗只有 ?A。在 LPM4 時(shí)， CPU、外圍及振蕩器 32kHz 都不活動(dòng)，則功耗只有 ?A。 現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機(jī)也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢(shì)中， Microchip 公司推出的 8 引腳的單片機(jī)特別引人注目。這是 PIC12CXXX 系列。它含有 ～ 2K 程序存儲(chǔ)器， 25～ 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 6 個(gè) I/O 端口以及一個(gè)定時(shí)器，有的還含 4 道 A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機(jī)都可以在 ～ 的條件下工作。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在 ～ 6V 的條件下工作的單片機(jī)。這些單片機(jī)有Fujitsu 公司的 MB89191～ 89195， MB89121～ 125A， MB89130 系列等，應(yīng)該說該公司的 F2MC8L 系列單片機(jī)絕大多數(shù)都滿足 ～ 6V 的工作電壓條件。而 TI 公司的 MSP430X11X 系列的工作電壓也是低達(dá) 的。 工藝上的進(jìn)步 現(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用 CMOS 技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了 ?m 以上的光刻工藝，有個(gè)別的公司，如 Motorola 公司則已采用 ?m 甚至是 ?m 技術(shù)。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。 三 以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī)的另外一個(gè)名稱就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。目前，把單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和 Inter 連接已是一種趨勢(shì)。但是， Inter 一向是一種采用肥服務(wù)器，瘦用戶機(jī)的技術(shù)。這種技術(shù)在互聯(lián)上存儲(chǔ)及訪問大量數(shù)據(jù)是合適的，但對(duì)于控制嵌入式器件就成了 殺雞用牛刀 了。要實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備和 Int er 連接，就需要把傳統(tǒng)的 Inter 理論和嵌入式設(shè)備的實(shí)踐都顛倒過來。為了使復(fù)雜的或簡(jiǎn)單的嵌入式設(shè)備，例如單片機(jī)控制的機(jī)床、單片機(jī)控制的門鎖，能切實(shí)可行地和 Inter 連接，就要求專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，使嵌入式設(shè)備可以和 Inter 相連，并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行過程 控制。 目前，為了把單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)和 Inter 相連，已有多家公司在進(jìn)行這方面的較多研究。這方面較為典型的有 emWare 公司和 TASKING 公司。 EmWare 公司提出嵌入式系統(tǒng)入網(wǎng)的方案 EMIT 技術(shù)。這個(gè)技術(shù)包括三個(gè)主要部分：即 emMicro， emGateway 和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。其中， emMicro 是嵌入設(shè)備中的一個(gè)只占內(nèi)存容量 1K 字節(jié)的極小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器； emGateway 作為一個(gè)功能較強(qiáng)的 9 用戶或服務(wù)器，它用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)嵌入式設(shè)備的管理，還有標(biāo)準(zhǔn)的 Inter 通信接入以及網(wǎng)絡(luò)瀏覽 器的支持。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用 emObjicts 進(jìn)行顯示和嵌入式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 如果嵌入式設(shè)備的資源足夠，則 emMicro 和 emGateway 可以同時(shí)裝入嵌入式設(shè)備中，實(shí)現(xiàn) Inter 的直接接入。否則，將要求 emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器相互配合。 EmWare 的 EMIT 軟件技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的 Inter 協(xié)議對(duì)8 位和 16 位嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理，但比傳統(tǒng)上的開銷小得多。 目前，單片機(jī)應(yīng)用中提出了一個(gè)新的問題：這就是如何使 8 位、 16 位單片機(jī)控制的產(chǎn)品，也即嵌入式產(chǎn)品或設(shè)備能實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連？ TASKING 公司目前正在為解決這個(gè)問題提供了途徑。該公司已把 emWare 的 EMIT 軟件包和有關(guān)的軟件配套集成，形成一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟 ETI（ embed the Inter Consortium）正在緊密合作，共同開發(fā)嵌入式 Inter 的解決方案。在不久將會(huì)有成果公布。 四 單片機(jī)應(yīng)用的可靠性技術(shù)發(fā)展 在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些 新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)： EFT（ Ellectrical Fast Transient）技術(shù) EFT 技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)迭加各種毛刺信號(hào)，如果使用施密特電路對(duì)其整形，則毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和 RC 濾波電路時(shí)，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。 Motorola 公司的 MC68HC08 系列單片機(jī)就采用了這種技術(shù)。 低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù) 在傳統(tǒng)的單片機(jī) 中，電源及地線是在集成電路外殼的對(duì)稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對(duì)對(duì)稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 現(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，很多單片機(jī)的輸出能力都有了很大提高， Motorola 公司的單片機(jī) I/O 口的灌拉電流可達(dá) 8mA以上，而 Microchip公司的單片機(jī)可達(dá) 25mA。其它公司： AMD， Fujitsu，NEC ， Infineon， Hitachi， Ateml， Tosbiba 等基本上可達(dá) 8～ 20mA 的水平。這些電流較大的驅(qū)動(dòng)電路集成到芯片內(nèi)部在工作時(shí)帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，現(xiàn)在單片機(jī)采用多個(gè)小管子并聯(lián)等效一個(gè)大管子的方法，并在每個(gè)小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低 di/dt，這也就是所謂 跳變沿軟化 10 技術(shù) ，從而消除大電流瞬變時(shí)產(chǎn)生的噪聲。 采用低頻時(shí)鐘 高頻外時(shí)鐘是噪聲源之一，不僅能對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會(huì)對(duì)外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對(duì)于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低 頻外時(shí)鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機(jī)中采用內(nèi)部瑣相環(huán)技術(shù)，則在外部時(shí)鐘較低時(shí)，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。Motorola 公司的 MC68HC08 系列及其 1 6/32 位單片機(jī)就采用了這種技術(shù)以提高可靠性 。