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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)。
/ \4 N z0 K4 C8 ? 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(kāi)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。4 u1 g3 x$ |6 w- a
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 。( ]& d3 i* @7 }8 h; b5 f2 u* \
應(yīng)用分類(lèi)
5 N8 G) n3 \' t 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(zhuān)用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。
9 i! V, N$ m5 ~/ D; h 通用型; n! q% g$ q6 F. d* v; A/ g% f2 }
這是按單片機(jī)（Microcontrollers）適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如，80C51式通用型單片機(jī)，它不是為某種專(zhuān)門(mén)用途設(shè)計(jì)的；專(zhuān)用型單片機(jī)是針對(duì)一類(lèi)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。( _+ _% f6 J0 [
總線型( w/ n7 R8 \8 y6 k
這是按單片機(jī)（Microcontrollers）是否提供并行總線來(lái)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(guò)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(lèi)單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。
" q0 N9 y. P* n/ W+ e; }$ I 控制型 \ G; @0 a' C+ s$ `$ J) a5 h
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(zhuān)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(lèi)并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類(lèi)單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。
) o# B; ?3 x$ A# U 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(kāi)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(lái)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 ^/ G$ }2 H' L3 e$ G: f5 n
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(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)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。
. B M& S5 j1 N7 { 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(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)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(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。
4 c) J1 D0 A7 r7 r1 x- r 主要階段
* a4 q0 H' E$ x0 z 早期階段; Q* Z6 D" z$ ?; ]9 X/ l- i3 V) m
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(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。
9 i: ?$ r$ N$ K0 H 早期階段
: \, h9 H4 [7 Q. v9 T& \ 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(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。
/ a% ]+ q/ p; r1 z$ t. W4 u4 Y7 n Micro Controller Unit+ b- m$ r' {6 O/ a
Micro Controller Unit$ M: M- E+ p- w, Y8 L O
中期發(fā)展
1 X: ~0 w+ [! |8 @5 U 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(lái)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 F2 `7 w) Z6 `$ F4 I6 ]
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)。5 [& O3 \ Q8 [4 n( t
當(dāng)前趨勢(shì)
! s8 Q6 |& X! w; k 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(zhuān)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)。; P; f) e8 i0 o! ]$ r/ e/ ?! f
早期發(fā)展
5 X0 w$ M5 a) j p9 q% R 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(wèn)世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開(kāi)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(lái)最有影響力的7位科學(xué)家”之一。8 k9 ^/ r) I6 @; M% _
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(guò)當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。
, v+ f- C% q6 o6 @! t S# N 1972年4月，霍夫等人開(kāi)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。
) |# g$ i( P) T1 C$ Z/ ?2 q5 E 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。9 z: h1 U* D% o& N
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 ）。
7 f+ y1 q+ d4 D* \% W, } 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)。) N8 q R Z* R. g' p
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(wèn)世。
, m$ r! m% T3 Z8 Z0 p# P Zilog公司于1976年開(kāi)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。
/ B+ h& n3 N7 s: O" s- L# C 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(wú)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。
6 M( b% K6 H( U3 {- I' d* r; Z 硬件特性
6 R, H6 {+ ~; @/ S; 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。
+ Z2 f, j& M& S* l' F- S; m 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；$ C: r" m2 r2 M9 G6 }, M7 ~! L
3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無(wú)故障；4、處理功能強(qiáng)，速度快。
3 m3 {; V* t+ X. V0 `, G8 ` 5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品
! ^; ~$ A; \ @& D4 @* W) v9 s 6、控制功能強(qiáng)
9 N3 I0 [5 n. y( M9 q 7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
/ z9 L9 o: e2 J: Y9 r' h 單片機(jī)STM32F407ZET6 http://www.dzsc.com/ic-detail/9_5030.html特征
0 l B% b- D* f( j6 Y) z. x ?核心：帶FPU的ARM?32位Cortex?M4 CPU，
) _& W$ Z5 X& L* q7 B) Y 自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器（ART
" V: P' L4 t: [2 M Accelerator?）允許0等待狀態(tài)執(zhí)行
' ~( V) x- y5 B5 v2 ~( X 從閃存，頻率高達(dá)168兆赫，5 \0 G% [+ P! F: |
內(nèi)存保護(hù)單元，210 dmips/
" X+ Y! z6 w( |3 z$ g! m 1.25 dmips/mhz（dhrystone 2.1）和dsp A9 V1 h/ A; g' g: z9 l
說(shuō)明
) a& X+ R K! j! H! R9 I ?記憶: Z4 ]4 X% u9 q
?高達(dá)1兆字節(jié)的閃存
5 u0 v2 X- @/ u' f" [ ?高達(dá)192+4 kbytes的SRAM，包括64個(gè)-
' ?6 u! [" H0 j/ h3 x( k kByte的CCM（核心耦合存儲(chǔ)器）數(shù)據(jù)
% u, n; ^, F" l1 \9 N# ]: {) O 皇家音樂(lè)學(xué)院( U/ s" V! Z; s2 V
?支持靈活的靜態(tài)內(nèi)存控制器
3 G; v0 q# g$ [& ~- `1 d/ Z Compact Flash、SRAM、PSRAM和
, d3 y& @ s! }: X4 Y' ^2 q NAND存儲(chǔ)器9 A; j7 o" z" p7 k9 _
?LCD并行接口，8080/6800模式
9 T/ E7 ]; c/ B5 H0 R6 t3 X; S- p ?時(shí)鐘、重置和供應(yīng)管理
J$ Q6 b" c- S1 u –1.8 V至3.6 V應(yīng)用電源和I/O7 e' Y! C$ D$ u m4 R
–POR、PDR、PVD和BOR
5 Q7 E6 h0 ? s l6 f1 i# m –4至26兆赫晶體振蕩器# k- M/ g- A h
–內(nèi)部16 MHz工廠修整RC（1%0 u0 t1 ^" `. E( t: b V5 @* M6 q
準(zhǔn)確度）
' E7 C6 B, q# t –32 kHz振蕩器，用于校準(zhǔn)的RTC- `2 Z) r6 B) N
–內(nèi)部32 kHz RC，帶校準(zhǔn)
: f5 |5 B3 G/ Z7 l" G4 e: A ?低功率運(yùn)行
" Q7 [1 u4 Y, {1 F; v( b% e9 [ –休眠、停止和待機(jī)模式
3 Q% f, @7 U5 a% c9 A( L u –用于RTC的VBAT電源，20×32位備份0 _' ^* ?- h9 F. Y7 ]
寄存器+可選的4KB備份SRAM
) @( V, ]" G) i5 X# { ?3×12位，2.4 msps A/D轉(zhuǎn)換器：最多24個(gè)
2 D: y# s* R: ?3 O7 |7 Q 信道和7.2 MSP，三重交織
6 \& ~" g' c7 J 模式
& l& @; |$ a% p, _ X 2×12位D/A轉(zhuǎn)換器
2 {; d$ i% R1 y8 @5 a 通用DMA:16流DMA( N( i7 }2 E* V; B) J! K
帶FIFOS和突發(fā)支持的控制器
2 r" m) ^. c4 p) {7 q6 x" m- R2 H! l* X7 S8 c1 K4 T4 O
+ k2 O% ~5 D; k) `
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