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外文文献翻译

题 目Microcontrollers: Yesterday, Today,and Tomorrow

第 1章

微控制器：昨天，今天，明天

1.1微控制器的定义

这是说，从定义上的一切真实的概念如下。因此，在一开始就让我们做一个简要回顾了所有的普适微控制器已被定义的各种技术来源。

微控制器（或单片机）是一个用来控制电子设备的单芯片计算机。它是一种强调自给自足和成本效益的微处理器，与通用微处理器（在电脑中所用的那种）相反。典型的微控制器包含一个简单的应用程序所需要的所有的内存和接口，而通用微处理器需要额外的芯片提供这些功能。

包含控制器的所有组件的高度集成的芯片，通常这包括一个处理器，内存，一些形式的只读存储器，输入/输出端口，和定时器。与通用计算机不同的是，它还包括所有这些组件，微控制器是专为一个非常特定的任务，以控制一个特定的系统。其结果是，该部分可以简化和减少，从而降低生产成本。

在一个单一的集成电路中的一个微处理器，目的是作为一个嵌入式系统操作。以及一个中央处理器，一个微控制器通常包含少量的内存和可编程只读存储器和定时器和输入/输出端口hellip;hellip;

一个单芯片包含处理器，非易失性存储器的程序（只读存储器或闪存），不稳定的内存的输入和输出（内存），一个时钟和一个输入/输出控制单元

一种用于作为嵌入式系统的单一集成电路的微处理器。以及一个中央处理器，一个微控制器通常包括少量的数据存储器和只读存储器，定时器，输入/输出端口。

由各种来源给出的定义将单片机作为一种集成电路（集成电路）和处理器以及外围设备，但问题的关键是微控制器在电子系统中的广泛应用。他们隐藏在数量惊人的产品，如微波炉、电视机、录像机、数码相机、手机、摄像机、汽车、打印机、键盘，仅举几例。

过去三年，特别是过去的几年里，用于个人计算机和数字信号处理器的处理器上的巨大增长（数字信号处理）的应用程序。今天，单片机在嵌入式系统中使用超过处理器的个人电脑和工作站市场的使用。据估计，超过50%的绝大多数的电脑芯片销售的是微控制器。其巨大的成功背后的主要原因是强大的，但巧妙地选择了可定制的电子产品，易于编程，低成本。这些天微控制器发现越来越多的应用甚至在他们所在的地区无法使用以前。随着成本的降低和脚印，现在可能有小型和低成本的微控制器单元（单片机）的新应用。

今天的微控制器都足够小，渗透到4位应用像电视遥控器，玩具的传统市场，和游戏。对于最简单的控制应用程序，他们可以提供高价值的智能开关功能的应用，以前使用的机电设备。客户现在也可以增加智能到他们的终端产品的低成本，因为每微控制器市场报告由沙利文研究服务。

1.2 英格兰人的看法：微控制器和其他竞争设备

一般技术协会尝试比较各种设备，如微处理器，微控制器，数字信号处理器，电脑，和可重构器件如可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件。有趣的一点是，嵌入式系统是使用所有上述设备，除了电脑，由于它的通用架构。作为可编程性是所有这些设备的共同特点，他们在不同的领域中站稳脚跟。在一个侧面的频谱，微控制器为基础的嵌入式系统的设计，强调在特定的任务专用的专用应用程序，在低功耗，低成本，高流通量，最高的可靠性。在光谱的另一端，可编程门阵列嵌入式系统主导他们自定义的计算架构。与微控制器，这些系统可以在飞行中重新配置以适应更高的计算密度和吞吐量的应用。随着密度的增殖，基于可编程门阵列的嵌入式系统提供更高的性能，只有具有挑战性的问题，需要存储的配置存储器。

技术界也倾向于把嵌入式系统与微处理器和微控制器相关联的各种特性，通常发现微处理器在桌面领域占据主导地位，其主要功能是有更多的位处理能力，具有相当数量的高速缓存和操作系统支持的内存管理和保护机制。虽然微控制器通过编程实现微控制器的灵活性方面，8位版本更是在使用（虽然16和32位存在）与内存和只读存储器（代替高速缓存），增加了与许多芯片上的外设，如定时器/计数器，解码器，通信接口等，在文献中许多嵌入式系统产品已被报告为微处理器。在处理器的另一边，一个数字信号处理器具有特殊的结构，提供超快速的指令序列，如移位和添加，乘法和添加，这是常用的数学密集的信号处理应用。与数字信号处理相关的共同属性是乘法累加（测量与控制）操作，深流水线，直接存储器存取处理，饱和运算，独立的程序和数据存储器，和浮点功能所需的大部分时间。然而，所有这些设备之间的差异化的线变得模糊了一个快速的步伐。随着引入模糊逻辑，人工智能和网络通信功能的消费类产品，如冰箱，手机，和汽车，收敛的大多数上述可编程设备的架构是由行业见证。今天的理想的微控制器将提供大量的MIPS，与数字信号处理器的速度相同的数字信号处理程序运行，将所有的外设和支持Flash，通过I2C总线或CAN协议与世界相连，忍受极端的汽车发动机中的环境，成本不过几毛钱。

1.3微控制器的简介

有趣的是，微处理器的发展似乎是一个意外的微控制器的合成。在1969年，日本比吉康公司，接近了英特尔将其专用的只读存储器和移位寄存器，基于计算机的核心为一个专门的应用程序特定的处理器。目的是微控制器的发展而不是对键盘扫描，CPU芯片的通用显示控制，控制打印机，并为比吉康计算器等功能制作。然而，英特尔的工程师们选择了更灵活的可编程微机的方法而不是随机逻辑芯片组最初所设想的转变。有四种设计，由费德里克法金，泰德霍夫和斯坦提出的，从英特尔是一个2048位的只读存储器和一个4位可编程输入/输出端口（4001）；一个由4个寄存器，20地址，4位数据存储器和一个4位的输出端口（4002）；输入/输出扩展芯片，由静态移位寄存与串行输入、串行/并行输出（4003）；和4位CPU芯片（4004）。4001，4002，和4003是非常接近微控制器的结构，而不是微处理器。然而，英特尔的4004，这被认为是计算机的大脑，变成了一个通用的微处理器作为电子数字积分计算机强大。科学论文和发表的文献表明，在1971年左右用于美国海军F-14野猫飞机是“第一个微处理器“mp944数字处理器”。虽然很有意思，它不是一个单片机，并不是通用的–它更像是一组平行的积木，你可以用来做一个专用数字信号处理的形式。它表明，今天的产业主题的融合数字信号处理器的架构，开始于1971年。

其他公司也在同一时间追赶。在1974年，第一个正式的申请专利的请求去德克萨斯工具的贸易名称TMS1000。这是其中一个4位累加器第一单片机，4位Y移位寄存器和2或3位移位寄存器，并结合创建一个6或7位索引寄存器作为128的片内RAM位指标登记点。一位状态寄存器在不同的环境中被用作各种用途。这个微控制器的大脑德克萨斯工具的教育玩具命名为“火花和拼写”，在电影中显示为外星。1976年，英特尔推出了第一个8位单片机MCS-48很受欢迎，他们可以在那年出货251000台。经过四年的不断研究，MCS-48升级为8051，与主板上的可擦可编程只读存储器一个8位微控制器。在1980年，英特尔出货件达到2200万。市场需求是如此之多，三年后的总销售量为9100万。在2005年，一个特殊的微控制器8051庆祝了它的第二十五周年。但是，也在2005年，英特尔通知他们将停止其微控制器的所有汽车版本，包括8051。汽车发动机控制单元曾经或许对8051最突出的应用。这只意味着一件事，英特尔放弃了微控制器为了更好。这是由2006年初发布的产品变更通知确认，宣布英特尔放弃其整个微控制器业务。

1.4 单片机的应用

单片机的应用主要分为以下几种类型：

 音频，汽车，有线通信，计算机及外围设备，消费，工业，成像和视频，医疗，军事/航空航天，移动/无线，电机控制，安全，通用，多方面。

汽车工业是推动微控制器成长的主要驱动力。据估计，微控制器构成33%的半导体应用在一辆汽车中。汽车行业的要求迫使微控制器制造商推出的新的总线协议，如控制区域网络和本地互联网络。根据沙利文工业报告，8和16位微控制器是用于低端应用和较低的成本，而32位微控制器用于高端应用和高端车。据估计，目前30%-40%的微控制器广泛应用于低端车和70%微控制器广泛应用于高档车。这些要求是不断增加，这是非常有可能的微控制器的计数将在未来进一步增加，世界的微控制器市场行情由沙利文报告。

嵌入式微控制器在产品提供了一些独特的优势。例如，在最新的洗衣机，一个传动装置不再需要，因为较低的成本，交流感应或由先进的基于微控制器的电子控制磁阻电机可以提供所有的正常机器周期。此外，电控感应或磁阻电机提供了更有效、更温和的搅拌（洗）周期，允许包含的衣服要在一个方向上，第一旋转鼓就停了下来，和旋转方向相反而不需要任何额外的机械装置。这种正向、反向搅拌循环提供了一种更有效的清洁衣物的方法，而不会破坏纤维的使用。

它也观察到，在一个产品中的微控制器的诱导增加了产品本身的市场需求。这样的一个例子是NEC电子的8位微控制器，可用于在世界各地生产的数码相机的一半，因此一个成功产品离不开它，尽管扮演它的幕后角色。在2003年8位微控制器的数字相机的出货量将达到每月二百万的出货量。目前，数码相机中最常用的单片机是micro;pd78003times;。行业的顶层，低电压（1.8伏）的模数转换器是建立在这个用四面扁平封装的紧凑的64引脚边缘测量仅10times;10mm。

1.5增长经济学

许多行业分析师在不久的将来为微控制器报告了一个光明的增长经济。伯恩的研究报告，基于微型机电系统的运动，压力，和声学传感器（以及其它新一代传感技术）不仅进入了喜欢的玩具，家居用品，经典的消费产品，体育用品，服装，而且应用的地板材料，作为影响深远的医学诊断、零售设施和自动售货机。系统的复杂性是不同的，但伯恩的研究指出，更多的往往不是，这些产品将利用多个传感器和微控制器，半导体工业协会的另一个有趣的报告显示，单片机的销售额预计将以2006年的123亿美元增长至2009年的154亿美元，年复合增长率以1.9%增长至6.3%。单片机芯片经济的正增长，也使相关的软件经济得到增长，如模拟器，交叉编译器和汇编器。市场正在见证许多新的配套软件包，具有简单的用户界面，方便编译和调试工具。

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