數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展
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數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級(jí)以及制造工藝上。在這幾方面,較為典型地說(shuō)明了數(shù)字單片機(jī)的水平。在目前,用戶對(duì)單片機(jī)的需要越來(lái)越多,但是,要求也越來(lái)越高。下面分別就這四個(gè)方面說(shuō)明單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步狀況。
1、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步
單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來(lái)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,C167CS-32FM,81C90;Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機(jī)C167CS-32FM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(mén)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MC68HC08MR16、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。
2、 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(lái)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1.5 mA,而在節(jié)電方式中,其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機(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LPM1、LPM3、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1.3?A。在LPM4時(shí),CPU、外圍及振蕩器32kHz都不活動(dòng),則功耗只有0.1?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0.5~2K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3.3~5.5V的條件下工作。而一些廠家,則生產(chǎn)出可以在2.2~6V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(shuō)該公司的F2MC-8L系列單片機(jī)絕大多數(shù)都滿足2.2~6V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)2.2V的。
3、 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0.6?m以上的光刻工藝,有個(gè)別的公司,如Motorola公司則已采用0.35?m甚至是0.25?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。