微控制器的发展与应用
近十年来，中国的数字电子技术紧跟世界的步伐，以惊人的速度向前发展。品种丰富数目日增的微电子产品和数字电子产品，如单片微型控制器进入中国市场。它的学习与掌握是最富有典型性的.
单片机的家族
小型微处理器是由单个芯片组成的，在国内称为单片机，事实它的真实名字是单片微型控制器他属于由单个芯片构成的小型数字处理器的一种或成为单片数字处理器的一种。这个家族中包含多种单片数字处理器例如单片机、可编程器件，计算机处理器等等。下面对其产品简单介绍：
数字单片处理器，一次高速处理大量数字信号，通过其DSP的硬件特性以代数形式来并行处理一些数据。
FPGA，由一系列门单元有规则的共同工作在工作范围内可以编程名为在线。
计算机处理器，为计算机特别设计的数字信号处理器，特别是个人电脑如同人的大脑和心脏，功能强大有很强的计算和逻辑思维能力，但不能单独运行，需要和其他附件配合运行。
单片微控制器，和以上所提到的单片型数字信号处理器类型相似和计算机处理器性能相近，但是有很强信号传输能力，能单独运行及输出输入能力，有能力控制周围设备。
值得关注的微型控制器，微控制器扮演一个具有算术计算，逻辑运算，数据储藏和传输的微型计算机的系统, 可以像工业控制计算机一样独立工作可以串行并行传输接收数字信息。可以将数字信号转换为模拟信号或将模拟信号转换数字信号。它能在控制器的外部系统上操作。微控制器是数字信号处理器最典型的一种值得关注得是一种由DSP和微控制器结合的新型微控制器已经投入市场，他具有双重功能不仅像DSP高速运行，且具有很强的运算能力，还可以与外界进行信息传递，这些功能满足现在科学和技术的需要。此外还有用做计算机处理器的神经芯片是由一般信号发展而来可以像人脑一样处理信息。一种根据光学定理处理信号的光学中央处理器可以高速处理数字信号的并行中央处理器都是众所周知的了。计算机的微型处理器已具有多种功能。一些复合型处理器也出现，这种处理器是多种处理器的复合体含有数十亿的基本电路，这种芯片可用做计算机显示芯片，以及计算机的多种处理器。
微型控制器的应用实例
微型控制器应用与现代科学技术的每一个领域，在数平方千米内成千上万的工业生产区、数立方毫米的细胞内、世界通讯领域、组织测量系统、在世界得到广泛应用的纳米技术中、以及北京大学的化学实验室中。下面详细描述应用实例：
例一、卫星中的应用
在中国的天文科学研究院用于探测的太阳能卫星，大约有300多个DSP微型控制器系统在其内部。用于控制观察设备操作，数据的通信，DSP的运行。如将图形信息转换为数字信号和压缩及传输。用于卫星系统的数字处理系统性能强大，如用控制能源供给的太阳能电池，有利于避免宇宙辐射和温度袭击，等等。
例二、用于医学照相机
用来收集图片的DSP微型控制器系统，在其内部首先将图片数据转化存储，然后将图片的数据信息通过微型控制器传输到PC机，存储在PC机的硬盘里，当需要时可以转化为图像显示在PC机的屏幕上。
例三、战争的应用
微控制器系统被安装在地雷识别设备中，用于把反射的无线电波
讯号转换成数字讯号, 执行一个图案识别运算。如果一个地雷在地下被识别 , 它被设定多深, 它属于什么类型 , 等等。
例四、用于手机中
在被全世界人广泛应用的手机中，DSP微控制器系统是将来自使用者的音频信号转换数字信号并处理压缩后转换成无线电波传送到特别的电信服务中心。
用于环境保护系统中
例五、环保中的应用
在一个环保系统中有许多基站位于传感设备与管理所之间。基站事实上是由微控制器系统构成的智能设备组成。该系统是由微控制器，调制解调器，A/ D 转换器和 TTL 或COMS/RS-232 电压电
平变换器组成。环境的信息被传感器接受然后以模拟信号的形式传递给A/D转换器， A/ D 转换器再把模拟信号转换成数字信号，然后送入微控制器。微控制器接受数字信号, 在执行它之前先将其储存在存储器内。管理中心通过调制解调器和COMS/ RS-232 转换器的连线来呼叫基站, 微控制器轮流读取存储器的数据,经过调制解调器和 COMS/RS-232 送入电话线，然后进入管理中心 的个人计算机之内。在这期间, COMS/RS-232 转换器将COMS协议信号电压转换成RS-232协议的相应值。
现在使用的微控制器的功能
例六、8051系列
哈佛计算机结构,COMS芯片技术，工作速度快，低噪音和低耗电量。
电路的扩展，串行总线。例如IC和为内部传输设备提供的强大的系统总线。
外围功能器件如模数转换器看门狗电路高速输入输出接口和逻辑运算器。
例七、 PIC系列
哈佛系统结构和哈佛总线结构由内部数据总线和可以高速运行的指令组成。
单行指令系统
指令系统仅由35条基本指令组成，非常便于记忆、理解、阅读、调试。更正和指令互换允许用户深层的逻辑处理。
四种简单的寻址方式寄存器寻址，立即数目存取,直接寻址，变址寻址很容易掌握。
与只有1K的即时压缩存储器空间1024条指令的MCS-8051相较其有高压缩性-到与有相同的提供空间指令的只有高压缩性的600条指令。
哈佛结构使其具有快速运算方式和高速运算能力。
以上特点使其具有以下优点：
低功耗：工作在4MHz的工作状态时仅需4mA的工作电流，自由状态仅需2uA。
很强的驱动能力：最大输入电流25mA时的输出电流为20mA可以驱动LED光电耦合器或继电器。
IC和SPI串行接口是应用系统结构的简单形式，使建立电路模块的结构变的容易。
例八、80c196系列
这种微控制器集成的单一芯片内被设定有很多外围装置处理功能。
外部事物处理和中断处理设备可减少响应的时间。
时间处理阵列与可编程计算器相似产生输出信号。
模数转换器可以以一定的取样周期将模拟信号转换为数字信号。
波形产生器为控制功能输送互补3个相信号。
附属接口在微控制器和计算机之间
频率产生器可提供可选择频率的方波讯号。
同步串行通信包括软件和硬件,可以以多种标准的同步传输协定。
看门狗能避免芯片受到来自外部的干扰,即使程序在它由于外部的干扰进入无限运转时候返回开始的地址。
选择单元提供六种信号选择不同的元件。
例九、DSP56800 系列
哈佛结构支援并联传输而建立。
以80 MHz 的时钟频率为基础，每秒高速运行40M 项目指令。
16个位 X 16 位的并行倍增和指令附加的运行能力。
15种不同的寻址方式。
2个位累加器。
支援 16 位双向-替换位–改变和直接替换指令的能力。
能支持DSP与MCV系列的两种系统。
高效率C语言程序设计。
JTAG/ ONCE系统支持在程序设计期间除错及即时除错。
例十、神经芯片
这一种芯片的最明显的功能是多种内部结构：三个处理器分别为通信、控制和应用程序而设计，使用三个接口作为通信、控制和运行/应用程序和两根数据总线即一根8位的，一根16位的。
微型控制器发展史
1970年，第一台微型计算机被成功制造出来。
1970年和1971年，紧跟着4位单元芯片，4004型的8位单元芯片和8008型在美国的英特尔公司生产出来。它体积小，功能多，由于它扮演着微机的基本功能的角色而被广泛应用。同时，微机生产线已建立和已进入更重要的发展阶段。
1971年到1990年，第四代计算机一个一个的被生产出来。它们的开发速度很快，已应用到工业、科学技术的每个领域。现在有50多种系统和几百种型号的微型单片机。不同公司生产不同型号的微机，例如：
Hitachi：用高级C语言编程的8位新型机：CPU工作频率为10MHz,16MB的地址存储空间。
Microchip:PIC，8位寄存器，用少指令系统可以很快速处理、编程和设计程序。
Motorola:HCO系统的新成员——这种微型控制器有8位CPU，8KB的只读存储器，304KB的随机存储器，8条环境设备扫描线，8条内部运行扫描线，8位电源监视器和电池监视器。
Intel:MCS96-C196，16位CPU，48个通信通道，10位分辨率的内置模数转换器，内置监视器，高速输入输出和一个64KB的只读存储器。
微型控制器在其发展中的进步与提高
自从20年前，微型控制器由于不同发展阶段有不同的研究观点，使其取得惊人的进步。如下所示：
芯片体积减少
功耗降低
增加抗外部干扰能力
扩大内部和可控外部数据和程序存储空间
工作频率增高使其高速运行和提高计算精度
集成度的提高使内部有更多功能模块
内部结构的进步
内部集成模块包括定时器/计数器，比较器，A/D转换器，串行通信接口，看门狗电路，显示控制器等。一些芯片，如C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90，68HC08A2，有内置系统便建立控制网络或建立局域网。有些芯片，如MB89850-60，MC68HC08MR-16或24，特别内置脉宽可调和频率可调的控制电路。还有一些芯片，超过正常工作频率60MHZ工作水平，如TC10GP，DS568000，SH7410，SH7612，有三个核心构成，其基于系统芯片概念。有四个核心的微型控制器：微控制器和 DSP 核心，数据和程序存储器和特殊功能的集成电路。 因此有很多的功能和高速运算能力, 举例来说 FFT。
1.功耗方面的改进
减少微控制器的功耗由多种工作方式实现如等待，中止，休眠，能力缩减,等等。飞利浦公司的 P87LPC762 是小工作电流的一个范例,只需 1.5mA的工作电流就满足了，当在休眠时候，只需 0.5 mA。大部分的 TI 的 MSP430,有三种工作状态,如 LPM1 ， LPM3 和 LPM4,LMP1需50uA的工作电流，LMP3需1.3uA的工作电流，LMP4时CPU停止工作只需0.1uA的工作电流。
2.封装类型的进步
封装技术随着芯片技术的发展已经取得了很大的发展，一个单片机可作在1mm厚，5*8mm的塑料片上。为了满足微型封装技术的要求，很多芯片以简单结构生产，如8脚PIC12XXX 系列芯片, 只有 0.5~2 KB程序存储器和只有 25~128 B 的数据存储器， 6个输入／输出借接口和 1个定时器。
3.产品技术的进步
现代很多微处理器运用COMS技术大量生产，大小降低到0.6mm。一些公司如摩托罗拉达成 0.35mm的大小,甚至 0.25个毫米,所以内部密度和可靠度性都得到了很大的提高。
4.结构系统的进步
单片微控制器的进步在和微控制器的嵌入式统中被应用。 目前, 用与网络连接的单片机已形成一种趋势。
这技术有三个主要的部份:
EmNicro 一个非常小的网络服务器设计中当作只有 1个 KB 存储器在内部植入的设备。
EmGateway 一个功能非常强大的服务器, 用与网络浏览器支持标准因特网通信输入处理的设备。
Network browser一个作为显示和数据传输的设备。
一个正在被解决的新问题，是如何实现新产品和网络之间的内接。 新方法是整合需要的软件包和相关的软件为使用者形成整合的系统环境。
5. 电源的电压需求的进步
扩展工作电压的范围和降低微控制器的功耗仍是现在发展的目的。现在大多数的芯片能在3.3~5.5 VDC 的条件下工作。像MB89191-8
9195 ， MB89121-125和 Fujitsu 的 MB89130 系列的一些芯片,能以 2.2~6 VDC 的条件下工作。F2MC-8 L 系列大部分能在 2.2~6 VDC 的工作条件工作。 MSP430X11X 系列能在 2.2 VDC的工作条件工作。
6．制造工艺的进步
COMS技术的广泛应用，而且大多数的制造厂应用超过 0.6个毫米的光学雕刻技术。 一些制造厂甚至达到 0.35个毫米 0.25个毫米,如此准确度和可靠性都得到好的改良。
