單片機應用技術(shù)簡介
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1．2．4 32位機
隨著高技術(shù)在智能機器人、光盤、激光打印機、圖像與數(shù)據(jù)實時處理、復雜實時控制、網(wǎng)絡服務器等領域的應用發(fā)展，16位機已顯得無能為力，需要32位機才能滿足要求。80年代末推出了多種32位機產(chǎn)品 。如Motorola推出的產(chǎn)品68300、Intel的80960都是1989年出品。其共同特點是：
·尋址能力在GB級以上（存儲、處理彩色圖像需要特大存儲器）；
·高指令執(zhí)行速度。每秒M級條指令。如Intel的i960A速度為66MIPS；
·快速運算能力。有的嵌入浮點運算部件，運算能力大為增強；
·直接支持高級語言和實時多任務執(zhí)行。如支持C、Forth語言。嵌入實時多任務操作系統(tǒng)。大多數(shù)采用RISC結(jié)構(gòu)。除Motorola的MC68332、國家半導體的NS32CG160等仍用CISC外，均用RISC。
1．2．5 64位機
64位機在引擎控制、智能機器人控制、磁盤控制、語音／圖像通信、算法密集的實時控制等場合使用。但國內(nèi)仍未見有應用。下面給出一個產(chǎn)品例子。
英國Inmos公司的Transputer T800是64位高性能機。它集成有處理器、高速緩存、64位浮點運算器、存儲控制器、串行接口，適用于超高速并行處理。
中央處理器為32位，其浮點運算速度達12億次／秒。RAM 4k，I／O鏈接通道4組20Mbit／s，時鐘頻率25MHz，數(shù)據(jù)傳輸率100MB／s，可尋址外部存儲空間4GB。外存儲器傳輸率33MB／s。
2 單片機的總線
一直以來，單片機沒有自己的專門的總線標準，通常是由著名廠家推出自己產(chǎn)品時配套設計的。如MC S－51系列單片機就設計有完善的三總線結(jié)構(gòu)（地址總線AB，數(shù)據(jù)總線DB，控制總線CB），要構(gòu)成不同的單片機應用系統(tǒng)是方便的。雖然，單片機可以歸結(jié)為工控機的一種，而工控機的成熟主流總線是STD總線，但單片機卻沒有完全執(zhí)行STD總線標（IEEE961），而以控制總線差別較大。
這里只論及完全根據(jù)單片機的特點，按照控制系統(tǒng)網(wǎng)絡及多機系統(tǒng)的需要而設計的串行接口總線。有了此總線，多個單片機就能以一定的拓樸結(jié)構(gòu)組成多種系統(tǒng)，彌補了在網(wǎng)絡控制方面的不足。
單片機應用系統(tǒng)涉及多種多樣的外部設備或系統(tǒng)的互連和通信，有必要在單片機與外部芯片間插入有通信功能的接口。這樣做的好處是：1）串行總線連線少，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。在傳送速度不太高的場合，串行總線是可取的；2）總線接口部分已集成到芯片中，系統(tǒng)可以按功能模塊直接聯(lián)接；3）故障診斷排除十分簡單；4）可利用軟件庫進行安裝，減少軟件開發(fā)時間；5）取消外部接口電路，外部接線少，體積小，可靠，價廉。目前已生產(chǎn)出多種產(chǎn)品，但仍未有正式批準的國際標準。常見的有以下幾種總線〔5〕〔6〕：
·IIC總線（Inter－Integrated Circuit）。這是Philips開發(fā)的一種內(nèi)部雙向二線串行總線。一為串行數(shù)據(jù)總線。另一為串行時鐘總線。線上設備可用軟件尋址，且可自動沖突仲裁 。標準傳送速率100kbit／s，最大400kbit／s．適于非高速系統(tǒng)。
·BIT總線。這是Intel開發(fā)的一種分布式機間通信的串行總線。通過RUPI－44系列的串行接口單元，可實現(xiàn)點對點、多點主從、環(huán)形網(wǎng)三種鏈路結(jié)構(gòu)的通信。外同步速率2．4MB／s（點對點，多點），1．0MB／s（環(huán)形網(wǎng)）。
·MicroWire總線。這是國家半導體開發(fā)的一種三線串行接口總線。一為數(shù)據(jù)輸出線，二為數(shù)據(jù)輸入線，三為時鐘線。線上只有一臺機為主機，其余為從機。MicroWire／plus是增強型。各型號功能各異。
·SPI／SCI總線（串行輸入接口／串行通信口）。由Motorola開發(fā)。SPI為并行同步總線（兩條串行數(shù)據(jù)線，一條串行時鐘線）通過SPI的互連可構(gòu)成各種應用系統(tǒng)。SCI為異步通信接口。
·VESA總線（Video Electronics StandardAssociation）。由視頻電子標準協(xié)會等多家公司聯(lián)合推出的全開放模塊式的局部總線。又稱VESALocal總線，簡稱VL。此總線支持高速視頻處理，總線寬32位，數(shù)據(jù)線可擴至64位。數(shù)據(jù)傳輸率132MB／s。適于多媒體場合。
·CAN總線（Controller Area Network）。這是一種單片機外部串行總線。采用多元競爭式結(jié)構(gòu)。按設定仲裁字的方式進行總線仲裁。是網(wǎng)絡系統(tǒng)的一種重要總線型式。
此外，還有Signetics公司的芯片內(nèi)部的DDB總線等。
1995年末，世界上最新開發(fā)的Intel公司的總線產(chǎn)品compact PCI被介紹給我國的工控〔7〕 〔8〕，而該類產(chǎn)品在我國目前仍處于初創(chuàng)研發(fā)階段。作為歸結(jié)為工控機類的單片機，如何徹底解決設備共享問題 ，從而加入現(xiàn)場控制系統(tǒng)（FCS）中，一直是工控界關(guān)注的問題。
3 單片機的軟件
通常單片機開發(fā)中用的程序設計語言是匯編語言。編寫程序后用PE、EDLIN等軟件在計算機上編輯，然后編譯成機器碼文件，再由通信軟件將機器碼文件送入單片機聯(lián)機調(diào)試。隨著單片機系統(tǒng)規(guī)模的擴大和功能的復雜，用匯編語言編制程序的方法有明顯的缺點。主要是效率低，程序不易維護，不能移植，很不適應要求。有必要尋求一種高效率的結(jié)構(gòu)化的高級程序設計語言。這些語言現(xiàn)在有C、PL／M、Forth 、Pascal、Modula－2等〔9〕。
C語言是一種介于高級語言和匯編語言之間的適于單片機開發(fā)用的語言。它既有高級語言的特點，又易與匯編語言接口。原來用匯編語言寫的程序現(xiàn)在可以用C語言編寫。只是在體現(xiàn)速度的場合如信息的實時處理、實時控制，以及和硬件打交道的場合如接口驅(qū)動程序，才會插入?yún)R編語言程序。一些開發(fā)系統(tǒng)都配有C語言調(diào)試程序、編譯器等。
PL／M是Intel開發(fā)的一種結(jié)構(gòu)化高級語言。如PL／M－96是其中一種。其編譯生成的機器碼就是MCS－96系列單片機的機器碼。其編譯、連接、定位程序可以在80386及其兼容機上運行。
Forth語言原來是60年代美國人CharlesMoore發(fā)明的一種中級計算機語言，用于控制天文望遠鏡，1986年移植到單片機中。它具有速度快、程序簡單、結(jié)構(gòu)精巧、擴充方便、空間節(jié)省等特點。適宜向工控、設備管理、數(shù)據(jù)處理、智能機器人、儀表等領域推廣應用。Forth語言別具一格，與其它高級語言不同，它以詞典為核心，以堆棧為運算場所，把解釋、編譯、調(diào)度、設備管理等集于一體，能同時使用For th高級語言、編語言、機器語言。因Forth的內(nèi)核只占2k～8k，很容易裝入儀表內(nèi)部。
因Modula－2是基于Pascal開發(fā)系統(tǒng)移植來的，具有Pascal的特點，它們都比C差些。在此不再敘述。
4 單片機的開發(fā)工具
因單片機本身不具備開發(fā)功能，因此，在開發(fā)單片機時必須借助某些開發(fā)工具。這些開發(fā)工具通常稱為仿真器或開發(fā)系統(tǒng)。可供采用的有〔10〕：
·在線仿真器。簡稱仿真器。仿真器通過RS－232接口（或并行口）與宿主機相連。又用電纜線把仿真器與目標系統(tǒng)相接。用仿真器中的“仿真單片機”取代目標系統(tǒng)的同類型的“目標單片機”。然后在宿主機上進行各種操作，從而獲得對仿真單片機也即對目標單片機的仿真和控制功能。這是我國用得最多的一種，其操作平臺由DOS系統(tǒng)發(fā)展到WINDOWS。
·在位仿真式的在線仿真器。與在線仿真器不同的是，把仿真器與目標系統(tǒng)間的連接電纜歸并到仿真器的負載之中，從而不會影響目標系統(tǒng)的性能（如噪聲干擾、穩(wěn)定性等）。北京東方計算機技術(shù)研究所開發(fā)的UD－96／C196仿真器采用了這種技術(shù)。
·綜合開發(fā)系統(tǒng)。把在線仿真器、邏輯分析儀、信息發(fā)生器、EPROM寫入器等原來分開的功能部分有機地結(jié)合在一起。使開發(fā)工作更有效、方便，但價格昂貴。
·自開發(fā)系統(tǒng)。與在線仿真器不同的是取消用電纜連接另外的目標系統(tǒng)。開發(fā)完畢后就將自身作為目標系統(tǒng)使用。開發(fā)價格較低。
下面介紹一下國內(nèi)外的幾種Forth語言開發(fā)系統(tǒng)。
·英國Triangle DigitalServices公司的TDS－9090跟蹤數(shù)據(jù)仿真器（Track Data Simulato r）。通過RS－232與計算機相連，即可用Forth語言編程。然后將程序代碼存入PROM中，生成一個獨立的系統(tǒng)。在非易失性RAM支持下獨立運行。TDS的硬件是CMOSHatchi的HD63A03Y 8位單片機，指令與Motorola的680 0兼容。RAM 30K，ROM16K，EPROM 16K，EEPROM 256B。包含有一個寫機器語言的符號匯編器，可同時使用Forth及匯編語言。具有全屏幕編輯、多任務、時鐘、看門狗、低電源運行功能。
·加拿大SDS電子技術(shù)公司的SDSForth－51開發(fā)系統(tǒng)。其硬件為Intel的8051系列8位單片機。包括For th－51軟件和SL－51Kit開發(fā)工具兩部分。將Kit與PC機連接，即可用Forth或匯編語言編程?？捎肞C聯(lián)機調(diào)試。最后生成二進制文件裝入仿真器。
·MCS96－Forth 1．0開發(fā)系統(tǒng)。1996年，國內(nèi)有人在MCS－96系列單片機上開發(fā)出一種Fort h系統(tǒng)，命名為MCS96－Forth 1．0，提供一個實用的Forth開發(fā)工具，已經(jīng)通過鑒定。已具備正式投入運行條件 。Forth語言已經(jīng)漢化。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/170947.htm
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