电子工程er | 嵌入式系统中的单片机简介

-回复 -浏览
楼主 2020-11-10 06:40:17
举报 只看此人 收藏本贴 楼主


01

专栏 | 电子工程er

更新 | 每月22日


大家好,我是电子工程师Freeloop,希望通过开设“电子工程er”栏目,一方面能够督促自己不断总结自己的技术体系、解决应用中的疑惑;另一方面如果能给大家带来一些关于这个专业的小知识,那便令我感到莫大的鼓舞。我知道,这个专栏涉及的内容并不太有趣甚至有些枯燥,但是我希望自己能够努力写得更易懂,这个过程对我来说有点难,但是我认为:因为难,才好玩。感谢你们的阅读,让我们一起进步。


我想和大家聊聊嵌入式系统开发,不过今天让我们先从单片机说起。


嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或者设备的一部分。国内普遍认同的嵌入式系统定义为:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可剪裁,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗。


而说到嵌入式系统,就不得不提到单片机。单片机也叫做微控制器或者Micro Controller,它应用在除了通用PC以外的多种行业设备中,凭借其灵活的使用特点在一些行业中发挥着重要的作用。


本期,我先给大家简单介绍一下单片机,后续再分篇幅详细介绍针对某款特定单片机,它是如何使用它的内部资源、并配合外围器件来达成各项功能的。

 

1. 单片机定义


单片机也叫微控制器,是在单个集成电路上的一个小型计算机。在现代术语中,它与SoC类似但又没有SoC那样复杂;微控制器是SoC的一个组成部分。一个微控制器包含一个或者多个CPUs、Memory和可编程输入输出外设。可编程存储器以RAM,NOR Flash或者OTP ROM的形式被包含在芯片内部。


微控制器用于自动控制设备和产品中,包括汽车发动机控制系统、可植入医疗设备、远程控制、办公家电设备、玩具和其它的嵌入式系统中。在低功耗的产品中,一些微控制器可以使用4bit作为字长并且操作频率甚至可以低到4KHz.

 

ST公司的基于Arm Cortex-M3的单片机STM32F103VET6

 

2. 单片机的历史和分类


第一个微处理器是Intel在1971年发布的4-bit Intel 4004,后续又发布了Intel 8008和其它一些功能更强大的微处理器。Intel公司作为最早推出微处理器公司的同时也是最早推出微控制器的公司。Intel 8048在片上集成了RAM和ROM,这款芯片即将投入到超过10亿台PC键盘和其它众多应用中。Intel继1976年推出MCS-48之后又于1980年推出了MCS-51.1993年EEPROM的采用允许微控制器(首先是在PIC16x84)可快速电可擦除,而无需昂贵封装的EPROM,允许快速成型(Rapid Prototyping)和在线编程(In System Programming).


微控制器可以从不同的方面进行分类:

根据数据总线宽度可分为8-bit,16-bit和32-bit;

根据存储器结构可分为哈佛结构和冯诺依曼结构;

根据指令结构又可分为CISC和RISC(复杂指令集和精简指令集)

 

3. 单片机厂商


如下图中列出了大部分生产单片机的厂商,它们根据架构及特点的不同,应用于各种领域。其中常见的有:


(1) ARM处理器:ARM Cortex-M内核是专门用于微控制器应用领域的。

(2) Atmel的AVR8-bit和32-bit.

(3) Cypress Semiconductor的应用于他们自己的PSoC的M8C内核

(4) Freescale ColdFire的8-bit和32-bit,Freescale的基于Motorola6800系列的68HC11(8-bit)

(5) Intel 8051,非常经典应用广泛之作,同样NXP半导体和英飞凌等其他众多厂商也生产基于8051内核的单片

(6) Microchip Technology PIC包括8-bit,16-bit的微控制器

(7) NXP半导体的LPC1000/2000/3000/4000等

(8) STMicroelectronics STM8(8-bit),ST10(16-bit),STM32(32-bit)等

(9) Texas Instruments TI MSP430(16-bit),MSP432(32-bit)等

 

单片机厂商

 

4. ST公司基于ARM Cortex-M的微控制器  


ST即意法半导体集团,是世界最大的半导体公司之一。微控制器只是ST的一部分业务,它生产的单片机包括8-bit和32-bit的基于ARM Cortex-M0和M0+内核的,基于Crotex-M4,Cortex-M7内核的单片机。同时也扩展了范围,将超低功耗的MCU平台也包含了进来。


下图为ST的微控制器分类:

 

ST微控制器分类

 

小结:


本期,我对单片机的历史、应用及分类作了简单的介绍,而用第4节专门介绍ST的微控制器,是因为计划后续的一些篇幅通过使用ST的32bit微控制器为例,通过对其片上资源的了解和使用,来更详细的介绍一下单片机的软件开发流程及涉及到实际工程中需要注意的一些问题。


更多针对嵌入式开发相关的详细介绍与总结会在接下来的文章中陆续呈现,有不正确或描述不严谨的地方欢迎交流探讨与斧正。

 

参考资料

(1) 维基百科:https://en.wikipedia.org/wiki/Microcontroller.

(2) 百度百科:

https://baike.baidu.com/item/%E5%BE%AE%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8/6688343?fr=aladdin.

(3) 《8051微控制器教程(第三版)》,清华大学出版社。

(4) ST官网:www.st.com



我要推荐
转发到

友情链接