一种实用的微控制器
王新社(西安微电机研究所)
【摘 要】 单片机(微控制器)经历了四个阶段的发展过程，广泛用于电机控制、工业机器人、数字控制、航天导航等领域。文中介绍近年来出现的8098单片机的性能，并与其它系列单片机、微处理器进行全面的比较，指出8098单片机是一种实用的实时控制微控制器。
【叙 词】 微型控制器，性能，微处理机，评价，’实时控制
引言
单片微型计算机(Single chipmicrocomputer简称单片机)，又称微控制器(microcontroller)。它在一块芯片内集成了CPU、RAM、ROM和多功能I／0口，具有体积小、功能多、使用方便和抗干扰能力强等优点，特别适合用于自动控制、智能仪器等。
单片机的发展与微处理器大体同步，已经历了四代。第一代(197l～1974年)，四位单片机，主要用于家用电器；第二代(1974～1978年)，低档八位机，代表产品MCS一48系列，不带串行I／0口与A／D转换口，寻址范围较小，一般小于4KB，主要用于工业控制，仪器仪表、家用电器；第三代(1978~1983年)，高性能八位单片机，这类单片机不但有并行I／0功能，还有串行I／0口，多个16位定时器／计数器与多级中断功能，RAM和ROM都比较大，典型代表产品美国Intel公司MCS一5l系列，应用广泛。第四代(1983~1989年)，16位单片机，功能最强，典型代表产品Intel公司MCS-96系列，它的产量占16位单片机的90％。目前发展很快，到1990年16位单片机将达到8位单片机同样数量。Intel公司1984年推出8096单片机，1987年推出80C196单片机，其性能是8096单片机的两倍，如16x 16位乘法仅为2．3|μs。为了更好的推广16位单片机，Intel公司1988年又推出了8位机的价格、16位机性能的8098单片机，它类似于8088微处理器，内部CPU寄存器都为16位，对外数据总线为8位，可以充分利用现有的8位机外围芯片资源。
1 8098单片机性能
8098单片机属MCS-96系列，其主要特点为
·232字节片内寄存器
·20个中断源
·寄存器到寄存器直接操作
·两个16位计数／计时器
·具有采样保持的4路I／010位A／D通道
·4个16位软件定时
·2×8位和2×4位I／O接口
·16位程序监视计时器
·一路脉宽调制输出(可用作8位D／A转换)
·具有字、字节、位操作的指令系统
·高速输入输出子系统
·全双I串行口
·6．25ps完成16x 16位乘法操作或32+16位除法操作
1．1 8098芯片封装
8098芯片为48脚封装，片内无ROM，48脚封装的引脚排列如附图所示，它是一种双列封装。
Vcc——+5V主电源
Vss——数字电路地，有两个yss，两者都必须接地
VPD——RAM备用电压(5V)，在正常工作期间这个电压也必须存在
Vref——A/D转换器的参考电压(5V)，该电压同时向A／D转换器的模拟接口和接口0的逻辑供电，因此该引脚也必须连接好
ANGND——+A／D转换器的参考地，必须与Vss保持相同电位
Vpp——带EPROM芯片的编程电压
XTALl一振荡反向器和内部时钟发生器的输入端
XTAL2一振荡反向器的输出端
RESET——芯片的复位输入端
NMI——非屏蔽中断
EA-存储器外部访问选择出入端，EA接高电平则直接访问片内ROM，EA接TTL低电平则访问片外存储器单元
ALE／ADV一地址锁存允许或地址有．效输出，由CCR寄存器选择
RD——向外部存储输出读信号，仅在读外部存储器间有效
WR——向外部存储器输出写信号，仅在写外部存储器期间有效
READY——就绪输入端用以延长外部存储器周期，降低接口速度，使用在动态存储或总线分时等场合
HSI一高速输入单元的输入端。HSI有4个引脚，HSIO-3，其中HS04和HS05与HSI单元共用
接口O-4位高阻输入口，它们可用作数字量输入或片内A／D转换器的模拟输入口，接口2—4位多功能口，在8098中这些引脚与其它功能共用接口3和接口4——漏极开路输出的8位双向I／O口，这些引脚用作地址／数据复用总线
1．2 CPU的结构
8098的程序存储器和数据存储器使用相同的地址空间，但是从OOH到FFH的地址除外，在这个地址范围内数据存取总是在寄存器文件中进行，而这个范围内
取指令是直接采自外部存储器的。
在寄存器文件中，地址从OOH到17H为I／O控制寄存器，也叫做专用寄存器(SFR)，其余的寄存器文件(从18H．到FFH)含有232个字节RAM。这232个寄存器都具有累加器的特殊功能，使CPIJ可对运算前后数据进行迅速变换，同时提供高速的数据处理能力和频繁的输入／输出访问能力，而不存在象其它CPU那样使用累加器出现“瓶颈现象”，可作为字节、字、双字使用。这部分寄存器空间允许用户把频繁使用的变量保持在片内RAM中。片内RAM的存取速度比外部存储器快。
在存储器文件以外，程序存储器、数据存储器和外设的地址可混编放置。
寄存器l运算逻辑单元由17位运算逻辑单元，程序状态字，程序指针和寄存器组成，是8098一个重要特点。有一寄存器文件都能进行累加器操作，省去了数据向累加器移进移出的过程，这个特点显著改善了运行速度。
有关8098单片机高速输入输出单元、串行口、PWM输出口、中断源、指令系统请参阅参考文献。
2几种常见的单片机微处理器的比较
Intel8086系列微处理器适用于大型计算机，中断源多，直接寻址内存大，计算速度快。主要用于管理科学、计算科学、数据处理等领域。而单片机的推出主要是满足实时性强、计算速度快、体积小，智能化一类控制系统。Z80微处理器的设计主要是满足一般系统要求，它介于单片机与16位微处理器之间。在单片机没有推广之前，广泛使用。单片机的推出显然它用于实时性系统是不太适合的。目前国内市场上流行的单片机有MCS一5l系列的803 l，MCS一96系列的8096、8098，其它类型的单片机由于性能价格不理想而较少见。MCS一48系列单片机已进入淘汰期，针对上述情况仅对流行的几种型号进行比较(见附表)，就可知道8098是一种理想的控制器。
在乘除法运算方面，8086CP[J进行32÷16位无符号数计算115个脉冲数，按5MHz时钟计算需32~so 16x 16位无符号乘法144个时钟脉冲需29／μs，目前市场上多数单片机采用6MHz时钟，8031单片机一个机器周期12个时钟脉冲，执行一条逻辑指令需要一个机器周期，即2／as时间。8098、8096每个状态需要3个时钟脉冲执行一条逻辑指令需要4个状态，即12个时钟脉冲折合2#s时间，可是在多数逻辑指令运算方面MCS一5 l与MCS一96系列速度相同。但8098寄存器多，在逻辑运算复杂的前提下，8098比803l速度快。对于32÷16位计算，6MHz8098单片机需12．5／μs时间，8086需要3lμs，由此看来它比8096CP[J还要快约3倍，若8098单片机采用12 MHz晶振则快5～6倍。803 l单片机****字节乘、除计算指令，更是无法和它相比。再加上它不需要从累加器移人移出准备操作，在实际中还会更快。
8098单片机有4路10位A／D转换，8096有8路10位A／D转换，在许多应用场合4路A／D转换已够用，而8031无A／D转换，但在许多过程如电机调速等方面确需要A／D转换，这就给8098提供了市场。
8098有一路PWM信号(可用作D／A转换)，而803l无PWM信号，8098又比803l多两路16位计数器多了3个中断矢量。总之，8098性能明显优于803l，问题就在于价格，8098略贵于803l，8096性能基本与8098相同，但价格太高，推广应用有一定困难。显然，8098将会得到广泛的应用，正如专家们所说，它具有16位机的性能，8位机的价格。随着推广应用，8098单片机的价格还会更加便宜。
3结论
8098单片机可取代MCS-5 l系列单片机，它适用于电机控制、工业机器人、离散与连续过程控制、数字控制、智能传感器、仪器仪表、消费类商品、导弹制导、鱼雷制导控制、航天导航系统、数据处理等领域，特别是电机调速控制，实时性强。国外一些公司，已把它用于电机的速度、位置控制系统，取得了满意的效果。目前国内不少厂家提供性能优良的8098开发系统。如启东电子仪器厂，北京金钟电子有限公司。英特尔计算机技术公司上海分公司可提供8098芯片。无疑8098单片机是一种理想实用的微型控制器，将会广泛应用于各个领域。
参考文献
1、复旦大学计算机科学系微型机开发应用研究室编，十六位单片机8096的原理和设计．科学技术出版社重庆分社。1988；12
2 8098单片机手册．北京金钟电子有限公司．1989
3江苏启东计算机厂。MCS一51八位高档单片机及其应用。1987；54白素怀．十六位微型计算机硬件软件及接口技术。陕西科学技术出版社，1985
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