单片机应用技术综述

2022-05-07 09:27:28| 收藏本文下载本文作者：孙颖莎孙颖莎孜然不要辣椒

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单片机应用技术综述

篇1：单片机应用技术综述

单片机在集成度、功能、性能、体系结构方面都有了飞速发展，已能集成一个完整的功能强大、性能优良的计算机应用系统，但目前国内许多单片机应用单位仍停留在采用片内无ROM等低档单片机的状态，无论在系统设计上、使用维护上、经济效益上这都是不合算的。这种状况必须改变。本文就单片机的发展现状进行综述，希望能对提高国内单片机技术的应用水平有所促进。

1 单片机的硬件

单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上集成(嵌入)了CPU、RAM和ROM存储器、I/O接口等而构成的微型计算机。因主要用于工业测控领域，故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器CPU。用超大规模集成技术把CPU集成在一块芯片上，称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。目前，单片机在工业测控领域中已占重要地位。各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门产品更新换代、产品智能化的重要工具。全世界单片机的生产厂家有30多家，能生产60多个系列，1000多个型号的产品。产量大，仅的产量就达18亿片。

1.1 单片机的特点

单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。因此，单片机有着自已的特点，主要是：〔1〕〔2 〕

·品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用RISC技术;

·提高性能，扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。工作频率达到30MHz甚至40MHz。指令执行周期减到数十微秒。存储器容量RAM发展到1K、2K，RO M发展到32K、64K;

·增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和 I/O接口外，还有A/D、PWM、U ART、Timer/Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统;

·低功耗。供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从mA级降到μA级。在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡;

·应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品;

·系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。

1.2 单片机的性能〔3〕

单片机通常按其微处理器字长的位数来分类，如4、8、16、32、64位单片机。

1.2.1 4位机

1971年Intel首先推出了4位微处理器芯片4004。此后各厂家相继推出4位机产品。因4位机每次只能处理一位BCD码数据，故只适于简单控制场合。但因其价廉，在家电等消费类产品中仍有广泛应用。近年来，为了抵御8位机的侵蚀，4位机在结构和性能上有了很大发展。主要有：

·采用<1μm CMOS工艺，使指令执行速度达到1μs.ROM为32～64kB，RAM为4k×4位。这些增强性能已与8位机相当;

·将LED、LCD、VFD等显示驱动集成在单片中。这种增强的I/O功能甚至比一般的8位机还强;

·降低功耗。低于2.2V电压和μA级电流也能运行。这比一般8位机还低一些;

·采用类似于RISC的结构。使4位机的性能大幅度提高;

·针对特定的应用加入特定的功能。如A/D、D/A、过零检测、比较器、计数器、定时器、图形显示、遥控等。

但即使如此，4位机的市场占有率仍然较小。

1.2.2 8位机

由于8位机可以一次处理一个ASCII字符，因而用途十分广泛。如显示、终端键盘、打印、字处理、工业控制等。市场占有率70%以上。功能丰富，品种齐全，通用性强。1972年Intel首先推出了8位微处理器8008，随后于1976年率先推出8位机MCS-48系列。1980年又推出MCS-51系列产品，其性能大大超过48系列产品。如计算速度为48系列的10倍，时钟12MHz时指令周期可为1μs等。Motorola到78年才推出第一个单片机MC6801系列，不过，功能已相当丰富，如嵌入有EEPROM、A/D、LED驱动、PWM输出等，成为功能很强的工业控制器。Zilog也在78年推出Z8系列单片机，它一开始就以一种新面貌出现，不单可用作单片机，还可作为微处理器用于微计算机系统中。值得特别提出的是，Atmel公司推出的 89C系列单片机〔4〕，其内核与工业标准的80C51同，即指令集与管脚分布与MCS51产品兼容。它的特点是时钟频率更高，可达33MHz，最高可达40MHz，因而运算速度更快。我国单片机主要应用领域之一为工业测控，用于此领域的单片机多为8位机，而以MCS-51系列和AT89C5系列用得最多。不少高校的微机原理或单片机原理课程都以这种机型为背景机。

生产8位机的厂家相当多，品种型号很多。在我国，主流则是上述几家公司的派系产品。而每一派系又有多个厂家及其多种型号产品。如属于Intel派系的有 Philips/Signetics，Siemens，AMD，OKI，MARTRA-MHS等公司型号的产品。属于Motorola派系的有 Hitachi，Mitsubish，Rockwell，WDC等公司型号产品。属于Zilog派系的有NEC，Hitachi,SGS-Thomson 等公司型号的产品。在这几个派系中以Intel的市场占有率最高，Motorola居中，Zilog最低。为了占领市场，Motorola还研制了 6804/68HC04芯片，它是介于4位机与8位机之间的系列，CPU处理8位数据，运行8位指令，但数据则是每次串行输出一位，设计目标是4位机的价格，很适于质高价廉的场合。

1.2.3 16位机

1978年Intel最先推出16位微处理器868系列，与随后Motorola的M68000，Zilog的Z8000成为当时的三大系列16位微处理器。由于8位机应用广泛而且能解决问题，使16位单片机进入市场较晚，到1988年Inte l才推出MCS-96系列机。此机具有高速运算及高速处理和控制能力,具有16位的CPU，8位的外部总线( 因此又称准16位机)，丰富高效的指令系统，性能价格比优异，其售价只比8位机稍微高一些。片内有A /D、PWM、Watchdog及灵活的中断系统。在工作频率12MHz时指令执行时间为1～2μs。由于性能功能均良好，一出现便引起工业界广泛注意。在我国，早年以MCS-96应用最多，近年来，Intel80C196、80C25 1、80C51XA等有广泛的应用。生产16位机的厂家还有Motorola，MATRA-MHS，Mostek(Thomson)，NEC ，OKI，Phil ips/Signetic，Sieme ns等。但到目前总产量仍不大，远低于8位机。不过由于采取了增强功能、提高性能、品种多样化和不断降低价格等措施，近年来发展迅速，估计90年代末期可望赶上8位机。所采取的措施主要有：

·增强运算能力，加大容量。片内有健全的乘除指令，RAM容量加大到2k，ROM到64k，可直接支持C和Forth语言;

·提高数据处理与传输能力。一般都增加了DMA传输和快速I/O功能;

·提高速度。如80C51XA工作频率达30MHz，HPC系列达40MHz。指令周期降至数μs。

·采用RISC结构。如Waterscale的PSC1000，Harris的RTX等均采用RISC结构。

现今16位机以Intel的8096系列的产量最大，准16位机8098已停产。CMOS工艺的单片机以国家半导体的HPC系列的性能价格比最高，Hitachi的H8/500则是目前综合性能最好的单片机。

1.2.4 32位机

随着高技术在智能机器人、光盘、激光打印机、图像与数据实时处理、复杂实时控制、网络服务器等领域的应用发展，16位机已显得无能为力，需要32位机才能满足要求。80年代末推出了多种32位机产品。如Motorola推出的产品68300、Intel的80960都是1989年出品，

其共同特点是：

·寻址能力在GB级以上(存储、处理彩色图像需要特大存储器);

·高指令执行速度。每秒M级条指令。如Intel的i960A速度为66MIPS;

·快速运算能力。有的嵌入浮点运算部件，运算能力大为增强;

·直接支持高级语言和实时多任务执行。如支持C、Forth语言。嵌入实时多任务操作系统。大多数采用RISC结构。除Motorola的MC68332、国家半导体的NS32CG160等仍用CISC外，均用RISC。

1.2.5 64位机

64位机在引擎控制、智能机器人控制、磁盘控制、语音/图像通信、算法密集的实时控制等场合使用。但国内仍未见有应用。下面给出一个产品例子。

英国Inmos公司的Transputer T800是64位高性能机。它集成有处理器、高速缓存、64位浮点运算器、存储控制器、串行接口，适用于超高速并行处理。

中央处理器为32位，其浮点运算速度达12亿次/秒。RAM 4k，I/O链接通道4组20Mbit/s，时钟频率25MHz，数据传输率100MB/s，可寻址外部存储空间4GB。外存储器传输率33MB/s。

2 单片机的总线

一直以来，单片机没有自己的专门的总线标准，通常是由著名厂家推出自己产品时配套设计的。如MC S-51系列单片机就设计有完善的三总线结构(地址总线AB，数据总线DB，控制总线CB)，要构成不同的单片机应用系统是方便的。虽然，单片机可以归结为工控机的一种，而工控机的成熟主流总线是STD总线，但单片机却没有完全执行STD总线标(IEEE961)，而以控制总线差别较大。

这里只论及完全根据单片机的特点，按照控制系统网络及多机系统的需要而设计的串行接口总线。有了此总线，多个单片机就能以一定的拓朴结构组成多种系统，弥补了在网络控制方面的不足。

单片机应用系统涉及多种多样的外部设备或系统的互连和通信，有必要在单片机与外部芯片间插入有通信功能的接口。这样做的好处是：1)串行总线连线少，结构简单，安装调整方便。在传送速度不太高的场合，串行总线是可取的;2)总线接口部分已集成到芯片中，系统可以按功能模块直接联接;3)故障诊断排除十分简单;4)可利用软件库进行安装，减少软件开发时间;5)取消外部接口电路，外部接线少，体积小，可靠，价廉。目前已生产出多种产品，但仍未有正式批准的国际标准。常见的有以下几种总线〔5〕〔6〕：

·IIC总线(Inter-Integrated Circuit)。这是Philips开发的一种内部双向二线串行总线。一为串行数据总线。另一为串行时钟总线。线上设备可用软件寻址，且可自动冲突仲裁。标准传送速率100kbit/s，最大400kbit/s.适于非高速系统。

·BIT总线。这是Intel开发的一种分布式机间通信的串行总线。通过RUPI-44系列的串行接口单元，可实现点对点、多点主从、环形网三种链路结构的通信。外同步速率2.4MB/s(点对点，多点)，1.0MB/s(环形网)。

·MicroWire总线。这是国家半导体开发的一种三线串行接口总线。一为数据输出线，二为数据输入线，三为时钟线。线上只有一台机为主机，其余为从机。MicroWire/plus是增强型。各型号功能各异。

·SPI/SCI总线(串行输入接口/串行通信口)。由Motorola开发。SPI为并行同步总线(两条串行数据线，一条串行时钟线)通过SPI的互连可构成各种应用系统。SCI为异步通信接口。

·VESA总线(Video Electronics StandardAssociation)。由视频电子标准协会等多家公司联合推出的全开放模块式的局部总线。又称VESALocal总线，简称VL。此总线支持高速视频处理，总线宽32位，数据线可扩至64位。数据传输率132MB/s。适于多媒体场合。

·CAN总线(Controller Area Network)。这是一种单片机外部串行总线。采用多元竞争式结构。按设定仲裁字的方式进行总线仲裁。是网络系统的一种重要总线型式。

此外，还有Signetics公司的芯片内部的DDB总线等。

1995年末，世界上最新开发的Intel公司的总线产品compact PCI被介绍给我国的工控〔7〕〔8〕，而该类产品在我国目前仍处于初创研发阶段。作为归结为工控机类的单片机，如何彻底解决设备共享问题，从而加入现场控制系统(FCS)中，一直是工控界关注的问题。

3 单片机的软件

通常单片机开发中用的程序设计语言是汇编语言。编写程序后用PE、EDLIN等软件在计算机上编辑，然后编译成机器码文件，再由通信软件将机器码文件送入单片机联机调试。随着单片机系统规模的扩大和功能的复杂，用汇编语言编制程序的方法有明显的缺点。主要是效率低，程序不易维护，不能移植，很不适应要求。有必要寻求一种高效率的结构化的高级程序设计语言。这些语言现在有C、PL/M、Forth 、Pascal、Modula-2等〔9〕。

C语言是一种介于高级语言和汇编语言之间的适于单片机开发用的语言。它既有高级语言的特点，又易与汇编语言接口。原来用汇编语言写的程序现在可以用C语言编写。只是在体现速度的场合如信息的实时处理、实时控制，以及和硬件打交道的场合如接口驱动程序，才会插入汇编语言程序。一些开发系统都配有C语言调试程序、编译器等。

PL/M是Intel开发的一种结构化高级语言。如PL/M-96是其中一种。其编译生成的机器码就是MCS-96系列单片机的机器码。其编译、连接、定位程序可以在80386及其兼容机上运行。

Forth语言原来是60年代美国人CharlesMoore发明的一种中级计算机语言，用于控制天文望远镜，1986年移植到单片机中。它具有速度快、程序简单、结构精巧、扩充方便、空间节省等特点。适宜向工控、设备管理、数据处理、智能机器人、仪表等领域推广应用。Forth语言别具一格，与其它高级语言不同，它以

因Modula-2是基于Pascal开发系统移植来的，具有Pascal的特点，它们都比C差些。在此不再叙述。

4 单片机的开发工具

因单片机本身不具备开发功能，因此，在开发单片机时必须借助某些开发工具。这些开发工具通常称为仿真器或开发系统。可供采用的有〔10〕：

·在线仿真器。简称仿真器。仿真器通过RS-232接口(或并行口)与宿主机相连。又用电缆线把仿真器与目标系统相接。用仿真器中的“仿真单片机”取代目标系统的同类型的“目标单片机”。然后在宿主机上进行各种操作，从而获得对仿真单片机也即对目标单片机的仿真和控制功能。这是我国用得最多的一种，其操作平台由DOS系统发展到WINDOWS。

·在位仿真式的在线仿真器。与在线仿真器不同的是，把仿真器与目标系统间的连接电缆归并到仿真器的负载之中，从而不会影响目标系统的性能(如噪声干扰、稳定性等)。北京东方计算机技术研究所开发的UD-96/C196仿真器采用了这种技术。

·综合开发系统。把在线仿真器、逻辑分析仪、信息发生器、EPROM写入器等原来分开的功能部分有机地结合在一起。使开发工作更有效、方便，但价格昂贵。

·自开发系统。与在线仿真器不同的是取消用电缆连接另外的目标系统。开发完毕后就将自身作为目标系统使用。开发价格较低。

下面介绍一下国内外的几种Forth语言开发系统。

·英国Triangle DigitalServices公司的TDS-9090跟踪数据仿真器(Track Data Simulato r)。通过RS-232与计算机相连，即可用Forth语言编程。然后将程序代码存入PROM中，生成一个独立的系统。在非易失性RAM支持下独立运行。 TDS的硬件是CMOSHatchi的HD63A03Y 8位单片机，指令与Motorola的680 0兼容。RAM 30K，ROM16K，EPROM 16K，EEPROM 256B。包含有一个写机器语言的符号汇编器，可同时使用Forth及汇编语言。具有全屏幕编辑、多任务、时钟、看门狗、低电源运行功能。

·加拿大SDS电子技术公司的SDSForth-51开发系统。其硬件为Intel的8051系列8位单片机。包括For th-51软件和SL-51Kit开发工具两部分。将Kit与PC机连接，即可用Forth或汇编语言编程。可用PC联机调试。最后生成二进制文件装入仿真器。

·MCS96-Forth 1.0开发系统。19，国内有人在MCS-96系列单片机上开发出一种Fort h系统，命名为MCS96-Forth 1.0，提供一个实用的Forth开发工具，已经通过鉴定。已具备正式投入运行条件。Forth语言已经汉化。

篇2：单片机原理及应用技术课程设计论文

《单片机原理及应用技术》是机电一体化技术专业的一门必修专业技术核心课程。该课程是根据“机电一体化技术”专业职业岗位要求设置的一门实践性和综合性非常强的专业技能课程，是基于职业标准和工作过程开发的理实一体化的学习领域课程，是属于职业学习领域课程之一，它担负着帮助毕业生在未来职业生涯中从担任单片机程序的编制、控制系统的自动化控制等岗位的重任。通过本课程的学习，旨在培养学生学习单片机的结构和原理、单片机的指令系统、程序设计、单片机的硬件结构及其扩展、单片机的应用等，培养学生具有单片机的编程、硬件的结构设计的能力及团队协作、沟通表达等综合素质，这对提高机电一体化专业人才培养质量、提升毕业生就业能力与就业质量具有重要意义。

一、课程整体设计理念与思路

（一）设计理念

打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为基于工作过程的项目课程开发与设计，工作任务为中心、项目课程为主体，让学生在完成具体项目的`过程中来构建相关理论知识，并发展职业能力。（二）设计思路

本课程从应用的角度出发，依据由简到难的原则，以典型工作任务为主线，设立教学项目，通过教师指导学生开展自立学习完成工作任务或项目，实现对工作过程的认识和对完成工作任务的体验，从而形成职业能力。共设置9个学习项目, 每个学习项目均应从知识技能等方面达到教学的标准。

二、课程整体设计

（一）课程目标设计

确定课程目标的依据是根据人才培养方案中岗位具体工作对能力、知识、素质的基本要求。通过教学，本课程总体目标是实现学生能力、知识、情感态度与价值观等不同层面职业素养的综合提升和协调发展，培养可持续发展的满足企业需求的高技能人才的目标。 2、知识目标：理解单片机的结构及其工作原理，了解单片机的特点及其发展过程；掌握单片机的指令格式、寻址方式、数据传送类指令、算术运算类指令等各种指令系统。掌握单片机软件编程的方法；掌握单片机的硬件结构及其硬件扩展的方法。

3、态度目标：具有实事求是的科学态度和吃苦耐劳的实践意识；具有开拓和创新精神，具有良好的职业道德和职业素质。

（二）课程内容设计

为了保证学生毕业后能够胜任有关岗位的要求，我们依据专业人才培养方案经过反复研讨后，选择了贴近实际的5个典型项目作为教学内容，以保证学生可持续发展能力的培养。并根据学生的认知规律以及职业能力成长规律，将教学项目组织为5个对应的能力训练项目。

（三）教学方法设计

另外，还充分利用现代化多媒体教学手段，提高教学效率。充分利用网络教学手段，提供了网络教学平台，提高学生自主学习的能力。

三、课程资源设计

使用高等职业教育时空技术专业“双证课程”培养方案规划教材、高职高专系列教材等作为教学参考教材，实行以多媒体技术为主的网络教学环境；推荐优秀网站，建立包括课程标准、教学内容、课件等内容的教学资源库。鼓励、引导学生利用网络自主学习，利用校内实验实训教学条件，让学生有目的的，主动地去学习。

四、小结

文章介绍了《单片机原理及应用技术》课程设计的理念、思想，对课程的目标设计、内容设计、方法设计、资源设计也进行了探讨，实现了课程的初步整体设计，这对《单片机原理及应用技术》课程的教学具有一定的指导意义。

篇3：SOC与单片机应用技术的发展

SOC与单片机应用技术的发展

摘要：本文讨论SOC和单片机应用技术的发展；介绍SOC的基本技术特点和应用概念；分析作为IP家庭重要成员的单片机在SOC应用设计中的特点。通过讨论指出以嵌入技术为基础，单片机再次成为现代电子应用技术的核心之一，为SOC应用技术提供了坚实的基础。

关键词：SOC 单片机嵌入式系统

引言

现场电子技术应用中包含了硬件（HW）、硬件加软件（HW+SW）、固件（FW）3个层次。这3个层次也可以说是现代电子技术应用的3人发展阶段。自以来，电子技术应用又增加了一个新的层次――片上系统（SOC）层次。SOC技术概念和应用技术层次的出现，标志着现代电子技术应用进入了SOC阶段。

从各个发展阶段看，自HW+SW阶段开始，电子技术应用就与单片机紧密地联系在一起。在FW阶段，作为固件系统的重要核心技术，单片机又以嵌入式技术为基础，再次成为现代电子应用技术的核心技术之一，并为SOC应用技术提供了紧实的基础。

SOC为各种应用提供了一个新的实现技术。这种新的电子系统实现技术促使工业界在近3年中发生了巨大的变化，为信息技术的应用提供坚实的基础，因此，完全可以称之为SOC革命。同时，SOC也为单片机技术提供了更广阔的应用领域，使单片机应用技术发生了革命性的变化。

本文根据几年来对SOC技术和单片机应用技术发展的研究，对SOC的基本技术概念以及单片机与SOC技术的关系进行了讨论，指出了SOC中单片机嵌入式应用的技术特点。

一、SOC技术与应用概念

所谓SOC技术，是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。

1.系统功能集成是SOC的核心技术

在传统的应用电子系统设计中，须要根据设计要求的功能模块对整个系统进行综合，即根据设计要求的功能，寻找相应的集成电路，再根据设计要求的技术指标设计所选电路的连接形式和参数。这种设计的结果是一个以功能集成电路为基础，器件分布式的应用电子系统结构。设计结果能否满足设计要求不仅取决于电路芯片的技术参数，而且与整个系统PCB版图的电磁兼容特性有关。同时，对于须要实现数字化的系统，往往还须要有单片机等参与，所以，还必须考虑分布式系统对电路固件特性的影响。很明显，传统应用电子系统的实现，采用的是分布功能综合技术。

对于SOC来说，应用电子系统的设计也是根据功能和参数要求设计系统，但与传统方法有着本质的差别。SOC不是以功能电路为基础的分布式系统综合技术。而是以功能IP为基础的系统固件和电路综合技术。首先，功能的实现不再针对功能电路进行综合，而是针对系统整体固件实现进行电路综合，也就是利用IP技术对系统整体进行电路结合。其次，电路设计的最终结果与IP功能模块和固件特性有关，而与PCB板上电路分块的方式和连线技术基本无关。因此，使设计结果的电磁兼容特性得到极大提高。换句话说，就是所设计的结果十分接近理想设计目标。

2.固件集成是SOC的基础设计思想

在传统分布式综合设计技术中，系统的固件特性往往难以达到最优，原因是所使用的是分布式功能综合技术。一般情况下，功能集成电路为了满足尽可能多的使用面，必须考虑两个设计目标：一个是能满足多种应用领域的功能控制要求目标；另一个是要考虑满足较大范围应用功能和技术指标。因此，功能集成电路（也就是定制式集成电路）必须在I/O和控制方面附加若干电路，以使一般用户能得到尽可能多的开发性能。但是，定制式电路设计的应用电子系统不易达到最佳，特别是固件特性更是具有相当大的分散性。

(本网网收集整理)

对于SOC来说，从SOC的核心技术可以看出，使用SOC技术设计应用电子系统的基本设计思想就是实现全系统的固件集成。用户只须根据需要选择并改进各部分模块和嵌入结构，就能实现充分优化的固件特性，而不必花时间熟悉定制电路的开发技术。固件基础的突发优点就是系统能更接近理想系统，更容易实现设计要求。

3.嵌入式系统是SOC的基本结构

在使用SOC技术设计的应用电子系统中，可以十分方便地实现嵌入式结构。各种嵌入结构的实现十分简单，只要根据系统需要选择相应的内核，再根据设计要求选择之相配合的IP模块，就可以完成整个系统硬件结构。尤其是采用智能化电路综合技术时，可以更充分地实现整个系统的固件特性，使系统更加接近理想设计要求。必须指出，SOC的这种嵌入式结构可以大大地缩短应用系统设计开发周期。

4.IP是SOC的设计基础

传统应用电子设计工程师面对的是各种定制式集成电路，而使用SOC技术的电子系统设计工程师所面对的是一个巨大的IP库，所有设计工作都是以IP模块为基础。SOC技术使应用电子系统设计工程师变成了一个面向应用的电子器件设计工程师。由此可见，SOC是以IP模块为基础

的设计技术，IP是SOC应用的基础。

5.SOC技术中的不同阶段

用SOC技术设计应用电子系统的几个阶段如图1所示。在功能设计阶段，设计者必须充分考虑系统的固件特性，并利用固件特性进行综合功能设计。当功能设计完成后，就可以进入IP综合阶段。IP综合阶段的任务利用强大的IP库实现系统的功能I。P结合结束后，首先进行功能仿真，以检查是否实现了系统的设计功能要求。功能仿真通过后，就是电路仿真，目的是检查IP模块组成的电路能否实现设计功能并达到相应的设计技术指标。设计的最后阶段是对制造好的SOC产品进行相应的测试，以便调整各种技术参数，确定应用参数。

二、SOC的应用概念

现代科学技术应用的重要特点之一，就是技术多样性、智能多变性和面向对象的系统设计性。所谓技术多样性，就是实现同一个应用电子系统可以有许多不同的设计方案供选择；而不同的设计方案就意味着必须使用不同的设计和生产技术。所谓知识多变性，是指在现代电子技术应用系统中，实现系统目标的基础理论和方法随着新知识的出现不断地在变化。这种变化不仅使应用电子系统技术指标发生变化，甚至改变了系统的整体结构。

随着现代信息和电子技术应用领域的不断拓宽，越来越多的应用领域提出了各种特殊要求。例如，航空航天领域要求的小体积大系统，信息应用领域提出的个性化等要求，都使得一般固件技术难以胜任。特别是在民用领域，重视个性化的产品设计概念使应用电子产品的更新速度极快，而且小批量多品种的要求也越来越高。这就是提出了小批量产品与成本、集成化与成本、产品研制周期与成本等一系列的问题。

SOC正是成为满足现代科学和工程技术发展的要求而产生的现代应用电子技术。传统的观念认为，只有大批量的产品才有集成的可能，才具有价格竞争优势。因此，到目前为止，大多数小批量产品，特别是研究性质的应用电子系统，一般都采用HW，HW+SW或FW技术实现。但随着SOC的出现、发展和成熟，这种现状已经发生极大的变化。SOC为现代电子工程师提供了一个快捷经济的系统设计方法，使那么传统观念上认为高性能、高复杂度、高成本的嵌入式结构，能够通过低成本的单片芯片实现。

1.SOC的设计观念

SOC的设计观念与传统设计观念完全不同。在SOC设计中，设计者面对的不再是电路芯片；而是能实现设计功能的IP模块库。设计者不必要在众多的模块电路中搜索所须要的电路芯片，只需要根据设计功能和固件特性，选择相应的IP模块。这种电路的设计技术和综合方法，基本上消除了器件信息障碍，因为每一个应用设计都是一个专用的集成系统，都是一个专用的集成电路。换句话说，SOC的设计观念是“设计自己的专用集成电路”。从某种意义上讲，就是把用户变成了集成电路制造商。

2.高效便利的.设计工具

由于IP是SOC的基础，所以，必须采用相应的EDA软件才能完成设计技术。如果没有高效便利的设计工具，SOC设计就是一句空话。实际上，传统应用电子系统设计工作对EDA和其他相应的设计软件并没很高的要求，只要求能提供相应的便利条件；而SOC设计则必须建立在EDA基础之上。例如，使用SOC技术设计一个智能温度控制系统，由于整个系统集成在一个芯片中，用户就必须能对其中的CPU核、存储器、A/D、模拟放大器等电路进行综合仿真，显然，必须要有一个高效便利的EDA工具才能完成这些工作。

三、SOC技术中的单片机

单片机现代电子技术应用中的主流技术，特别是在工业和民用的独立电子系统中，单片机起着系统核心的作用。由于单片机系统特有的固件特性，使单片机在SOC技术中占有重要的地位。

1.SOC中的单片机嵌入技术

随着电子技术的发展，特别是应用技术的飞速发展，单片机应用系统已经形成了常用的、独特的嵌入式结构。如不同系列的单片机，都是通过嵌入不同的CPU和其他辅助电路而形成的。目前，单片机已经成为CPU和其他辅助电路而形成的。目前，单片机已经成为IP库中的重要成员，而其嵌入式结构正是SOC的一种重要实现技术和方法。

用SOC设计单片机系统嵌入式结构，为设计者提供了现有技术所无法比拟的优越条件。设计者必在选择单片机的型号上下功夫；只须要根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应的单片机CPU内核，再根据需要选择其他的IP模块，就可以实现完整的系统。从某种意义上看，SOC为单片机应用提供了更广阔的应用技术，并赋予了单片机更强大的生命力。试想，如果整个SOC目标系统的核心是一个单片机CPU，那么，这个系统设计成功之后就不仅是真正意义上的单片机，而且还实现了真正的系统单片机。这正是单片机强大生命力的根源。

2.SOC中单片机系统优化

目前在单片机应用中，有相当一部分实际上并不能叫做单片机。因为许多应用中需要形成单片机的外部系统总线。因此，单片机资源的充分利用和避免形成外部总线，往往是单片机应用设计的主要追求目标。换句话说，优化问题是单片机应用中的一个重要问题。

例如，设计一个具有多个传感器的测试系统，往往须要根据单片机的特点设计相应的外部总线，应用系统由此而庞大。采用SOC技术后，系统不再需要外部总线，所选用单片机中不需要的资源也可以去除掉，只保留所需要的CPU等功能模块。这两种设计方法的方框图如图2所示。

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sp; 从图2中可以看出，设计人员不必为如何最大限度地利用单片机资源而发愁，可以根据自己的需要选择所需的电路，并与所熟悉单片机的CPU内核相结合。同时还把现有技术需要精密调整的前置电路（模拟信号处理部分）也全部安放在一块芯片中，从而避免了大量的PCB板调试工作。从“单片机必须实现系统单片化”的角度看，这种系统正是用户自己设计的专用单片机系统，而且是一个能实现全部系统功能的优化系统。这种系统的调试、测试方法与传统的单片机系统完全不同，已经成为一个能处理模块-数字混合信号的全新系统。因此，SOC技术使单片机应用系统实现了更高层次上的集成。

概括地说，SOC使单片机应用技术发生了革命性的变化，这个变化就是应用电子系统的设计技术，从选择厂家提供的定制产品时代进入了用户自行开发设计器件的时代。这标志着单片机应用的历史性变化，一个全新的单片机应用时代已经到来。

结束语

SOC成为新一代应用电子技术的核心已经成为不争的事实，这不仅是电子技术本身的革命性标志，也是电子技术应用的重大历史变化。SOC并不是凭空产生的；而是几十年应用技术积累和电子技术发展的必然结果，IP是SOC的基础就是有利的证明。

作为IP家庭中的一个重要分支，单片机应用也从定制系统应用技术发展成为SOC嵌入式应用技术。这对单片机应用工程师来说，不仅是用户技术发生了重大变化，更主要的是应用工程师面临着新的挑战。同时，SOC也向单片机应用技术展示了更为广阔的发展前景。

篇4：SOC与单片机应用技术的发展

SOC与单片机应用技术的发展

关键词：SOC 单片机嵌入式系统

引言

现场电子技术应用中包含了硬件（HW）、硬件加软件（HW+SW）、固件（FW）3个层次。这3个层次也可以说是现代电子技术应用的3人发展阶段。自19以来，电子技术应用又增加了一个新的层次――片上系统（SOC）层次。SOC技术概念和应用技术层次的出现，标志着现代电子技术应用进入了SOC阶段。

SOC为各种应用提供了一个新的实现技术。这种新的电子系统实现技术促使工业界在近3年中发生了巨大的变化，为信息技术的应用提供坚实的基础，因此，完全可以称之为SOC革命。同时，SOC也为单片机技术提供了更广阔的应用领域，使单片机应用技术发生了革命性的`变化。

一、SOC技术与应用概念

1.系统功能集成是SOC的核心技术

[1] [2] [3] [4]

篇5：SST89C54/58系列单片机的IAP应用技术

SST89C54/58系列单片机的IAP应用技术

摘要：SST89C54/58j Silicon Storage Technology公司推出的带有20KB/36KB Flash的单片机。芯片内部集成了可以对Flash进行操作的功能模块。通过对Flash的分区实现在应用中可编程的功能。本文介绍它们的IAP功能，并给出IAP功能的一些子程序。

关键词：SST89C54/58 IAP Flash存储器

SST89C54/58单片机是MCS-51系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，只是加大了内部程序存储器Flash的容量。

SST89C54/58的特色：

*256×8位内部RAM；

*3个16位定时/计数器（T0、T1、T2）；

*1个全双工、可编程串行通信口（UART）；

*6个中断源，2 个优先级；

*4个8位I/O口（32位I/O引脚）；

*TTL和CMOS电平全兼容；

*5（1±0.1）V供电时，工作频率为0～33MHz；

*3（1±0.1）V供电时，工作频率为0～12MHz；

*内部看门狗定时器（WDT）；

*支持3种省电模式：空闲、下电和等待，并且支持外部低电平中断退出下电模式。

1 SST89C54/58的存储器结构

1.1 程序存储器

89C54与89C58之间仅有存储器容量大小的不同；前者20KB，后者为36KB。程序存储器分为block0和block1两块：block0前者为16KB，后者为32KB，都分成了128字节大小的区段；block1均为4KB，分为64字节大小的区段。它们的程序存储器结构如图1所示。

(本网网收集整理)

block0和block1的地址不是连续的。Block1从F000H开始。SST89C54/58允许block0映射到block1，上电后程序既可以从block0（0000H）开始执行，也可以从block1(F000H)开始执行。程序从哪个块开始执行由单片机的Re-Map[1:0]位决定。在这2位都为1的时候程序从0000开始执行，否则，从F000H开始执行。Re-Map[1:0]位是非易失性的，可以用编程器对其编程。

1.2 数据存储器

SST89C54/58有256字节的内部数据存储器，其中低128字节RAM（00H～FFH）与8052完全相同；在高128字节中增加了一些针对IAP功能的特殊功能寄存器（SFR）。新增加的SFR的定义及设置如表1所列。

表1 新增特殊功能寄存器

标识符名称地址初始化值SFSTFlash状态B6Hxxx00000bSFCFFlash定义B1H000000xxbSFCMFlash命令B2H00hSFDTFlash数据B5H00hSFALFlash地址低字节B3H00hSFALFlash地址高字节B4H00h

2 SST89C54/58在应用中可编程（IAP）

IAP是指在用户的应用程序中对Flash块、Flash寄存器、加密位等实现擦降和编程等操作。SST89C54/58通过对SFCF.6的置位和清0而启动和介绍IAP功能。程序在block0时可以启动IAP对block1进行编程，也可以在block1对block0进行编程，但是每均都不能对自己进行编程。SST89C54/58r IAP功能主要有以下几个命令（以block0对block1进行编程为例）：

（1）片擦除

命令格式如下：

MOV SFCF，#0C0H ；启动IAP

MOV SFDT，#55H

MOV SFCM，#01H ；写入命令字

；查询SFST.2，等待芯片擦除结束，

；用MOVC校验是否每个单元均为FFH。

（2）块擦除

命令格式如下：

MOV SFCF，#0C0H ；启动IAP

MOV SFAH，#0F0H/#00H ；擦队block1/block0

MOV SFDT，#55H