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3 单元硬件电路
3.1 控制器—单片机
3.1.1 单片机的历史
单片机诞生于 20 世纪 70 年代末,经历了 SCM、MCU、SOC 三大阶段。
1、SCM 即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是寻求最佳的单
片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了 SCM 与通用计算机完
全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel 公司功不可没。
2、MCU 即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩
展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控
制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展 MCU 的重任不可避免地落在电
气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发
展 MCU 方面,最著名的厂家当数 Philips 公司。Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大
优势,将 MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统
发展道路时,不要忘记 Intel 和 Philips 的历史功绩。
3、单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向 MCU 阶段发展的重要因素,就是寻求应
用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了 SOC 化趋势。随着微
电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展,基于 SOC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。
因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
3.1.2 单片机的应用领域
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过
程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,
录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单
片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、
开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管
理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
1、在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广
泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温
度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得
仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密
的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。
2、在工业控制中的应用