单片机应用技术综述

　　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，它以词典为核心，以堆栈为运算场所，把解释、编译、调度、设备管理等集于一体，能同时使用For th高级语言、编语言、机器语言。因Forth的内核只占2k～8k，很容易装入仪表内部。

　　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。1996年，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。