stm单片机基本工作原理

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stm单片机基本工作原理(聊聊单片机的发展)(1)

单片机简介

单片微处理器又称单片机,它是将组成微型计算机的各个功能部件,例如中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、输入输出电路I/O、定时/计数电路TCC、中断控制电路INT等电路集成在一块芯片中,在应用时单块芯片即可构成一个完整的微型计算机系统的微处理器芯片。大部分单片微处理器只能处理数字信号,模拟信号需先进行A/D变换将其数字化后才能进行处理。

MCU单片机应用非常广泛,现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。单片机诞生于1971年,伴随着半导体技术的蓬勃发展,主要经历了三个阶段:SCM(单片微型计算机)阶段、MCU阶段、SOC阶段。

8051单片机

MCU

SOC

一.早期阶段SCM

SCM即单片微型计算机,该阶段主要探索寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构,而intel公司对这一阶段做出了很大的贡献。从诞生的第一颗4位单片机intel 4004,到第一个8位单片机intel 8008,再到1976年intel公司研制出MCS-48系列8位单片机,单片机问世。

20世纪80年代初,intel公司在MCS-48基础上推出了MCS-51系列高档单片机,MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量,IO口功能,系统扩展方面都有很大提高。直到现在,一些低成本、性能要求不高的场合仍在大量使用。

图1 51内部结构例图

二.中期阶段MCU

MCU即微控制器。在发展MCU方面,最著名的厂家当属Philips公司,以其在嵌入式方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算器迅速发展到微控制器。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要求的各种外围电路与接口电路,凸显其智能化控制能力,它所涉及的领域与使用行业相关。

如MCS-51单片机一般有UART、普通GPIO等简单的外围电路,而MCU根据需要有UART、SPI、IIC等常见通信接口,也可以实现SDIO、IIS、USB、ETH等接口应对更复杂的功能。因此它的主频更高、内部ROM和RAM更大、内部结构更复杂,开发难度也更大。

图2 MCU内部结构例图

三.当前趋势SOC

SoC即片上系统,SoC嵌入式系统(System on Chip)式的独立发展之路,是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。

如物联网中经常用到的Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee相关芯片,大多数属于SOC芯片,可以理解为MCU系统 射频系统 其他(如安全算法、能耗管理、DSP、硬件加速)等。

图 3 SOC结构例图

单片机正朝着高性能、CMOS化、低功耗、小体积、大容量、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

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