【導讀】-1-. ofsingle-chip,generallyare:. 2.Ofmicro-chip. -2-

　　

【正文】 結構的進步 單片機在內(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：定時器，比較器， A/D 轉換器， D /A 轉換器，串行通信接口， Watchdog 電路， LCD 控制器等。 有的單片機為了構成控制網(wǎng)絡或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡控制模塊 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C167CS32FM 中，內(nèi)部還含有 2 個 CAN。因此，這類單片機十分容易構成網(wǎng)絡。特別是在控制，系統(tǒng)較為復雜時，構成一個控制網(wǎng)絡十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機內(nèi)部設置了專門用于變頻控制的脈寬調制控制電路，這些單片機有 Fujitsu 公司的MB89850 系列、 MB89860 系列； Motorola 公司的 MC68HC08MR1 MR24 等。在這些單片機中，脈寬調制電路有 6 個通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機已采用所謂的三核（ TrCore）結構。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（ System on a chip）概念上的結構。這種單片機由三個核組成：一個是微控制器和 DSP 核，一個是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個是外圍專用集成電路（ ASIC）。這種單片機的最大特點在于把 DSP 和微控制器同時做在一個片上。雖然從結構定義上講， DSP 是單片機的一種類型，但其作用主要反映在高速計算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統(tǒng)單片機結合集成大大提高了單片機的功能。這是目前單片機最大的進步之一。這種單片機最典型的有 Infineon 公司的 TC10GP； Hitachi 公司的 SH7410， SH7612 等 。這些單片機都是高檔單片機， MCU 都是 32 位的，而 DSP 采用 16 或 32 位結構，工作頻率一般在 60MHz 以上。 功耗、封裝及電源電壓的進步 現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設置了多種工作方式，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 P87LPC762 是一個很典型的例子，在空閑時，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 MSP430 系列，它是一個 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。當電源為 3V 時，如果工作于 LMP1 方式，即使外圍電路處于活動，由于 CPU 不活動，振蕩器處于 1～ 4MHz，這時功耗只有 50?A。在 LPM3 時，振蕩器處于 32kHz，這時功耗只有 ?A。在 LPM4 時， CPU、外圍及振蕩器 32kHz 都不活動，則功耗只有 ?A。 現(xiàn)在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機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。在這種形勢中， Microchip 公司推出的 8 引腳的單片機特別引人注目。這是 PIC12CXXX 系列。它含有 ～ 2K 程序存儲器， 25～ 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器， 6 個 I/O 端口以及一個定時器，有的還含 4 道 A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應用。擴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發(fā)展的目標之一。目前，一般單片機都可以在 ～ 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。這些單片機有Fujitsu 公司的 MB89191～ 89195， MB89121～ 125A， MB89130 系列等，應該說該公司的 F2MC8L 系列單片機絕大多數(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 的。 工藝上的進步 現(xiàn)在的單片機基本上采用 CMOS 技術，但已經(jīng)大多數(shù)采用了 ?m 以上的光刻工藝，有個別的公司，如 Motorola 公司則已采用 ?m 甚至是 ?m 技術。這些技術的進步大大地提高了單片機的內(nèi)部密度和可靠性。 三 以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng) 單片機的另外一個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備中。目前，把單片機嵌入式系統(tǒng)和 Inter 連接已是一種趨勢。但是， Inter 一向是一種采用肥服務器，瘦用戶機的技術。這種技術在互聯(lián)上存儲及訪問大量數(shù)據(jù)是合適的，但對于控制嵌入式器件就成了 殺雞用牛刀 了。要實現(xiàn)嵌入式設備和 Int er 連接，就需要把傳統(tǒng)的 Inter 理論和嵌入式設備的實踐都顛倒過來。為了使復雜的或簡單的嵌入式設備，例如單片機控制的機床、單片機控制的門鎖，能切實可行地和 Inter 連接，就要求專門為嵌入式微控制器設備設計網(wǎng)絡服務器，使嵌入式設備可以和 Inter 相連，并通過標準網(wǎng)絡瀏覽器進行過程 控制。 目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)和 Inter 相連，已有多家公司在進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。這個技術包括三個主要部分：即 emMicro， emGateway 和網(wǎng)絡瀏覽器。其中， emMicro 是嵌入設備中的一個只占內(nèi)存容量 1K 字節(jié)的極小的網(wǎng)絡服務器； emGateway 作為一個功能較強的 9 用戶或服務器，它用于實現(xiàn)對多個嵌入式設備的管理，還有標準的 Inter 通信接入以及網(wǎng)絡瀏覽 器的支持。網(wǎng)絡瀏覽器使用 emObjicts 進行顯示和嵌入式設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 如果嵌入式設備的資源足夠，則 emMicro 和 emGateway 可以同時裝入嵌入式設備中，實現(xiàn) Inter 的直接接入。否則，將要求 emGateway和網(wǎng)絡瀏覽器相互配合。 EmWare 的 EMIT 軟件技術使用標準的 Inter 協(xié)議對8 位和 16 位嵌入式設備進行管理，但比傳統(tǒng)上的開銷小得多。 目前，單片機應用中提出了一個新的問題：這就是如何使 8 位、 16 位單片機控制的產(chǎn)品，也即嵌入式產(chǎn)品或設備能實現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連？ TASKING 公司目前正在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把 emWare 的 EMIT 軟件包和有關的軟件配套集成，形成一個集成開發(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。在不久將會有成果公布。 四 單片機應用的可靠性技術發(fā)展 在單片機應用中，可靠性是首要因素為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機的生產(chǎn)廠家在單片機設計上采用了各種提高可靠性的新技術，這些 新技術表現(xiàn)在如下幾點： EFT（ Ellectrical Fast Transient）技術 EFT 技術是一種抗干擾技術，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和 RC 濾波電路時，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機工作的可靠性。 Motorola 公司的 MC68HC08 系列單片機就采用了這種技術。 低噪聲布線技術及驅動技術 在傳統(tǒng)的單片機 中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機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)在為了適應各種應用的需要，很多單片機的輸出能力都有了很大提高， Motorola 公司的單片機 I/O 口的灌拉電流可達 8mA以上，而 Microchip公司的單片機可達 25mA。其它公司： AMD， Fujitsu，NEC ， Infineon， Hitachi， Ateml， Tosbiba 等基本上可達 8～ 20mA 的水平。這些電流較大的驅動電路集成到芯片內(nèi)部在工作時帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，現(xiàn)在單片機采用多個小管子并聯(lián)等效一個大管子的方法，并在每個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 ，從而消除大電流瞬變時產(chǎn)生的噪聲。 采用低頻時鐘 高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機應用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會對外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低 頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機中采用內(nèi)部瑣相環(huán)技術，則在外部時鐘較低時，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 位單片機就采用了這種技術以提高可靠性 。