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單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )，亦稱(chēng)微控制單元(Microcontroller Unit)，簡(jiǎn)稱(chēng)MCU，是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術(shù)把具有數據處理能力的中央處理器(Central Process Unit；CPU)、隨機存儲器（Random Access Memory；RAM）、只讀存儲器（Read-Only Memory；ROM）、多種I/O口和中斷系統、定時(shí)器/計數器等功能(可能還包括顯示驅動(dòng)電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個(gè)小而完善的微型計算機系統，在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應用。諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車(chē)電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達、機器手臂的控制等，都可見(jiàn)到MCU的身影。 單片機出現的歷史并不長(cháng)，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來(lái)，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段。 單片機發(fā)展的初級階段（1971年至1976年） 1971年11月Intel公司首先設計出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 構成了臺MCS—4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008, 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。 單片機發(fā)展的初級階段（1971年至1976年） 1971年11月Intel公司首先設計出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 構成了臺MCS—4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008, 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。 低性能單片機階段（1976年至1980年） 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列為代表, 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定時(shí)/計數器、RAM和ROM等集成于一塊半導體芯片上的單片結構, 雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB）, 也沒(méi)有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中斷系統也較簡(jiǎn)單, 但功能可滿(mǎn)足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。 高性能單片機階段（1980年至1990年） 這一階段推出的高性能8位單片機普遍帶有串行口, 有多級中斷處理系統, 多個(gè)16位定時(shí)器/計數器。片內RAM、 ROM的容量加大，且尋址范圍可達64 KB，個(gè)別片內還帶有A/D轉換接口。 16位單片機階段（1983年至1989年） 1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機MCS－96系列, 由于其采用了的制造工藝, 使芯片集成度高達12萬(wàn)只晶體管/片。 全方位高水平發(fā)展階段（1990年至今） 到目前為止，單片機也有從傳統的8位處理器平臺向32位RISC處理器平臺轉變的趨勢，但8位機依然難以被取代。8位單片機成本低，價(jià)格廉，便于開(kāi)發(fā)，其性能可以滿(mǎn)足大部分的需要，只有在航天、汽車(chē)、機器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數據時(shí)，才需要選用16/32位，而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機，仍然是目前應用廣的單片機。單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。 單片機的特點(diǎn)是編程、維護相對復雜，編程方式常用C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，成本較低，I/O接口相對有限。 PLC PLC，全稱(chēng)Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，通過(guò)數字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機械設備或生產(chǎn)過(guò)程。 單片機為什么不能取代PLC呢？ 1. 穩定性與可靠性 有人說(shuō)這是個(gè)偽問(wèn)題，單片機是元器件，PLC是由元器件以及龐大的軟件構成的系統，兩者在這一方面沒(méi)有可比性。這話(huà)沒(méi)有錯，大多PLC的控制芯片實(shí)際上就是單片機，也就是說(shuō)可以將PLC看成是單片機的二次開(kāi)發(fā)，單論工業(yè)防護等級，單片機的穩定性和可靠性能根本比不了PLC這種IP67類(lèi)的產(chǎn)品（ IP為標記字母，標記數字表示接觸保護和外來(lái)物保護等級，第二標記數字表示防水保護等級）。而且就PLC這種能應對工業(yè)惡劣環(huán)境的產(chǎn)品還開(kāi)發(fā)出一套冗余系統。如果穩定性與可靠性對比沒(méi)有意義，那么我們就從其他方面分析。 2. I/O功能 單片機的I/O點(diǎn)實(shí)在有限，而反觀(guān)PLC呢？針對不同的現場(chǎng)信號，均有相應的I/O點(diǎn)可與工業(yè)現場(chǎng)的器件(如按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感電流變送器、電機啟動(dòng)器或控制閥等)直接連接，并通過(guò)總線(xiàn)與CPU主板連接。工業(yè)里幾乎任意一條生產(chǎn)線(xiàn)，都有上百甚至上千I/O點(diǎn)，就這點(diǎn)單片機完全無(wú)法比擬。 3. 擴展功能 一條完整的工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)除了控制，還有通信、上位、組態(tài)、運動(dòng)控制與顯示等等，這些東西都需要依靠完整的工業(yè)體系與通信協(xié)議去做，例如西門(mén)子公司的PROFIBUS-DP通信、三菱重工的CC-LINK等等。而單片機和PC、單片機和單片機之間的通信大都用串口。單片機的串口是全雙工異步通信串口，那么像MODBUS、PROFIBUS、CAN open、以太網(wǎng)等通信協(xié)議單片機是否能一一實(shí)現？或許單片機可以做到，但是這就涉及到下一個(gè)分析點(diǎn)，開(kāi)發(fā)周期。 4. 開(kāi)發(fā)周期 PLC的品牌多達200多種，幾乎每個(gè)品牌都有不同編程軟件，而且都在不斷完善自己的編程軟件，使之能夠越來(lái)越簡(jiǎn)單的服務(wù)于電氣工程師，而各種程序塊也是越來(lái)越方便人性化的任意去調用，比如PID模塊、運動(dòng)控制模塊等，大大減輕了工程師的開(kāi)發(fā)壓力也縮短了開(kāi)發(fā)周期。那單片機要如何實(shí)現？沒(méi)有現成的模塊使用，那就只能開(kāi)發(fā)，那么做過(guò)非標自動(dòng)化設備的工程師都會(huì )遇到一個(gè)問(wèn)題——工期不足。PLC這種高度集成化模塊化的產(chǎn)品在達到滿(mǎn)足設備所需的開(kāi)發(fā)周期，在工期面前也是抓襟見(jiàn)肘，更不用說(shuō)如同白紙一張的單片機。 5. 通信距離 現在大多數流水線(xiàn)是要跨區域整合與監視的，所用的通訊方式多為以太網(wǎng)加中繼器，或者直接走民用寬帶光纖，所用的東西到很可能是用的就是微軟的IE瀏覽器，很明顯PLC是有RJ-45接口，即使本體沒(méi)有RJ-45也可以配備以太網(wǎng)模塊，可單片機搭載的PCB板能加上這個(gè)接口然后開(kāi)發(fā)出以太網(wǎng)通信嗎？開(kāi)發(fā)需要多久？ 6. 編程語(yǔ)言 這點(diǎn)對單片機來(lái)講是一個(gè)優(yōu)勢，同時(shí)也是一個(gè)劣勢。上面提到PLC的品牌有兩百多種，編程軟件更多，盡管大多數PLC的編程語(yǔ)言都大同小異，但是每接觸一款不同品牌的PLC，電氣工程師就要從PLC的硬件參數、軟元件、編程軟件等等各個(gè)方面從頭了解才能使用的得心應手。而單片機的編程語(yǔ)言用的是C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，這對于任何單片機都是通用的。換句話(huà)說(shuō)，學(xué)會(huì )C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，便可以應用任何單片機開(kāi)發(fā)想要的功能（前提是要有相關(guān)的電工電子學(xué)基礎）。但話(huà)又說(shuō)回來(lái)，電氣工程師不是電子工程師，他們的工作不是單單考慮單片機如何驅動(dòng)繼電器來(lái)控制機床的，甚至有的電氣工程師都不會(huì )C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言之類(lèi)的MCU開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。近些年，IEC-61131-3標準的推廣，越來(lái)越多的PLC支持多種編程語(yǔ)言，如類(lèi)似C語(yǔ)言的ST語(yǔ)言，類(lèi)似電路圖的CFC語(yǔ)言。這種便利的功能是傳統單片機開(kāi)發(fā)環(huán)境真的無(wú)法實(shí)現。 結論 經(jīng)過(guò)上面闡述，我們可以看出，PLC實(shí)際上可以看成是單片機的二次應用開(kāi)發(fā)，但是它又有自己鮮明的特點(diǎn)。到目前為止，中國的單片機應用和嵌入式系統開(kāi)發(fā)走過(guò)了二十余年的歷程，國民經(jīng)濟建設、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是手機、汽車(chē)自動(dòng)導航設備、PDA、智能玩具、智能家電、醫療設備等行業(yè)都是應用了單片機。行業(yè)高端目前有超過(guò)10余萬(wàn)名從事單片機開(kāi)發(fā)應用的工程師。 AO-Electronics 傲 壹 電 子 官網(wǎng)：http://www.aoelectronics.com 中文網(wǎng)：http://www.aoelectronics.cn 
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