單片機(jī)的發(fā)展趨勢

本章重點(diǎn)：?什么是單片機(jī)?單片機(jī)進(jìn)展歷程?單片機(jī)的特點(diǎn)?單片機(jī)的應(yīng)用場合?單片機(jī)的進(jìn)展趨勢?主流的單片機(jī)產(chǎn)品?如何學(xué)習(xí)單片機(jī)1.1什么是單片機(jī)單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是承受超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理力量的中心處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能〔可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路〕集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根本上分為兩類：

第一類是常見的一般計(jì)算機(jī)。

其次類是嵌入式計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)往往為掌握/監(jiān)控目的而集成到另外的系統(tǒng)中。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算；技術(shù)進(jìn)展方向是總線速度的無限提升，存儲(chǔ)容量的無限擴(kuò)大。而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對(duì)象的智能化掌握力量；技術(shù)進(jìn)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)親密相關(guān)的嵌入性能、掌握力量與掌握的牢靠性。比較一般計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)的差異，說明這是由于它們應(yīng)用場合和應(yīng)用環(huán)境的不同而造成的，而單片機(jī)則屬于低端嵌入式計(jì)算機(jī)。嵌入式計(jì)算機(jī)

單片機(jī)：

硬件簡潔，字長一般為8位，也有16位的，存儲(chǔ)空間最小。

集成的片內(nèi)外設(shè)比較豐富。由于硬件的局限性，導(dǎo)致軟件上

就不能太大，采集速度低。難以完成簡單的實(shí)時(shí)運(yùn)算。單循

環(huán)式，一般沒有操作系統(tǒng)。

ARM系列：

也叫高端單片機(jī)，硬件集成度高，集成的片內(nèi)外設(shè)很多，通

常集成串口，USB，CAN等各種掌握器，通訊便利。字長一般

32位。性能高，速度快，主頻一般100M左右，ARM9可達(dá)600M

可以同時(shí)進(jìn)展簡單的實(shí)時(shí)運(yùn)算。某些DSP的運(yùn)算力量超過奔

騰計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)空間大，可以支持操作系統(tǒng)，帶操作系統(tǒng)，

多任務(wù)并發(fā)處理力量強(qiáng)，實(shí)時(shí)性高。

1.2單片機(jī)進(jìn)展歷程以8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，單片機(jī)的進(jìn)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段：第一階段〔1976-1978〕：單片機(jī)的控索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿足的效果。這就是SCM的誕生年月，“單機(jī)片”一詞即由此而來。其次階段〔1978-1982〕單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48根底上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系構(gòu)造。☆完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線構(gòu)造，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、掌握總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。☆CPU外圍功能單元的集中治理模式。☆表達(dá)工控特性的位地址空間及位操作方式?！钪噶钕到y(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了很多突出掌握功能的指令。第三階段〔1982-1990〕：8位單片機(jī)的穩(wěn)固進(jìn)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微掌握器進(jìn)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，表達(dá)了單片機(jī)的微掌握器特征。隨著MCS-51系列的廣應(yīng)用，很多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將很多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、牢靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增加了外圍電路路功能，強(qiáng)化了智能掌握的特征。第四階段〔1990—現(xiàn)在〕：微掌握器的全面進(jìn)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地進(jìn)展和應(yīng)用，消失了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算力量的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。小巧敏捷、本錢低、易于產(chǎn)品化。它能便利地組裝成各種智能式掌握設(shè)備以及各種智能儀表。面對(duì)掌握，能針對(duì)性地解決從簡潔到簡單的各類掌握任務(wù)，從而獲得最正確性價(jià)比?？垢蓴_力量強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能牢靠地工作，這是其它機(jī)型所無法比較的?？梢院鼙憷貙?shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式掌握，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和牢靠性大為提高。1.3單片機(jī)的特點(diǎn)1.4單片機(jī)的應(yīng)用場合

◆智能儀器儀表

單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡化了儀器儀表的硬件構(gòu)造，從而可以便利地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與掌握。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和掌握均可以利用單片機(jī)便利地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)掌握器，可以依據(jù)被控對(duì)象的不同特征承受不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的掌握指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速掌握、溫度掌握、自動(dòng)生產(chǎn)線等。機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、機(jī)、復(fù)印機(jī)等?！糁悄軆x器儀表

◆實(shí)時(shí)工業(yè)掌握另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子還有分布式系統(tǒng)的前端模塊等等。家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景特別寬闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等?！艏矣秒娖?/p>

☆制作工藝CMOS化。☆更小的光刻工藝提高了集成度，從而使芯片更小、本錢更低、工作電壓更低、功耗更低?！頒PU的改進(jìn)。承受雙CPU構(gòu)造，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和力量；承受流水線構(gòu)造，提高處理和運(yùn)算速度，以適應(yīng)實(shí)時(shí)掌握和處理的需要。☆增大存儲(chǔ)容量，片內(nèi)EPROM的E2PROM化，程序的保密化?！钐岣卟⑿锌隍?qū)動(dòng)力量，以削減外圍驅(qū)動(dòng)芯片，增加外圍I/O口的規(guī)律功能和掌握的敏捷性。☆以串行方式為主的外圍擴(kuò)展?！钔鈬娐返膬?nèi)裝化?！詈突ヂ?lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向☆牢靠性及應(yīng)用水平越來越高☆8位機(jī)的主流地位。MCS51單片機(jī)生產(chǎn)工藝有兩種：1、HMOS工藝〔高密度短溝道MOS工藝〕。2、CHMOS工藝〔互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝〕。CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，既保持了HMOS高速度和高密度的特點(diǎn)，還具有CMOS的低功耗的特點(diǎn)。在產(chǎn)品型號(hào)中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。1.5單片機(jī)目前狀況及進(jìn)展趨勢8051單片機(jī)最早由Intel公司推出,隨后Intel公司將80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出讓給世界很多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、華邦、LG等。在保特與8051單片機(jī)兼容的根底上，這些公司容入了自身的優(yōu)勢，擴(kuò)展了針對(duì)滿足不同測控對(duì)象要求的外圍電路，如滿足模擬量輸入的A/D、滿足伺服驅(qū)動(dòng)的PWM、滿足高速輸入/輸出掌握的HSL/HSO、滿足串行擴(kuò)展總線I2C、保證程序牢靠運(yùn)行的的WDT、引入使用便利且價(jià)廉的FlashROM等，開發(fā)出上百種功能各異的新品種。這樣8051單片機(jī)就變成了眾多芯片制造廠商支持的大家族，統(tǒng)稱為8051系列單片機(jī)，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)。客觀事實(shí)說明，8051已成為8位單片機(jī)的主流，成了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。由于應(yīng)用中的單片機(jī)品種繁多，現(xiàn)選擇幾種主要的單片機(jī)介紹進(jìn)展介紹：1.6主流的單片機(jī)產(chǎn)品1.6.1AT89S與AVR單片機(jī)ATMEL公司生產(chǎn)的具有FlashROM的增加型51系列單片機(jī)目前在市場上仍舊特別流行，其中AT89S系列特別活潑。AVR單片機(jī)是ATMEL在90年月推出的精簡指令集RISC的單片機(jī),跟PIC類似。使用哈佛構(gòu)造。是增加型RISC內(nèi)載Flash的單片機(jī)。AVR的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,工業(yè)實(shí)時(shí)掌握,儀器儀表,通訊設(shè)備,家用電器,宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。1.6.2PIC單片機(jī)

MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC16C系列和17C系列8位單片機(jī),CPU承受RISC構(gòu)造,分別僅有33,35,58條指令,承受Harvard雙總線構(gòu)造,運(yùn)行速度快,低工作電壓,低功耗,較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)力量,價(jià)格低,一次性編程,小體積。適用于用量大,檔次低,價(jià)格敏感的產(chǎn)品.在辦公自動(dòng)化設(shè)備,消費(fèi)電子產(chǎn)品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車電子,金融電子,工業(yè)掌握不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場份額排名中逐年提高。

1.6.3STC單片機(jī)

STC單片機(jī)是深圳宏晶科技生產(chǎn)的系列單片機(jī)，目前國內(nèi)市場占有率50%以上，STC單片機(jī)承受馮諾依曼構(gòu)造，指令為簡單指令集。其優(yōu)點(diǎn)是加密性強(qiáng),很難解密或破解,解密費(fèi)用很高、國內(nèi)能解密的人少,一般的仿制者望而退步.超強(qiáng)抗干擾，三大降低單片機(jī)時(shí)鐘對(duì)外部電磁輻射的措施，超低功耗，適用于供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設(shè)備等.1.6.4Motorola單片機(jī)

Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商.從M6800開頭,開發(fā)了廣泛的品種,4位,8位,16位32位的單片機(jī)都能生產(chǎn),其中典型的代表有:8位機(jī)M6805,M68HC05系列,8位增加型M68HC11,M68HC12,16位機(jī)M68HC16,32位機(jī)M683XX.Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多,因而使得高頻噪聲低,抗干擾力量強(qiáng),更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。1.6.6臺(tái)灣MDT20XX系列單片機(jī)

MDT單片機(jī)是臺(tái)灣MICON麥肯公司設(shè)計(jì)的OTP/MASK掩膜型8位單片機(jī)，自1997年推向市場以來，深受寬闊用戶歡送，MDT系列單片機(jī)與PIC相比最大特點(diǎn)是溫度范圍為工業(yè)級(jí)，最大工作頻率可到達(dá)20MHz，不分型號(hào)和后綴，及售價(jià)特別廉價(jià)，同時(shí)只需將PIC的HEX文件作特別簡潔的轉(zhuǎn)換即可，不用作任何修改。工業(yè)級(jí)OTP單片機(jī),與PIC單片機(jī)管腳完全全都,海爾集團(tuán)的電冰箱掌握器,TCL通信產(chǎn)品,長安奧拓鈴木小轎車功率安排器就承受這種單片機(jī)。1.6.7EM78系列OTP型單片機(jī)臺(tái)灣義隆電子股份生產(chǎn),直接替換PIC16CXX，管腳兼容,功能更強(qiáng),程序可用專業(yè)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換。適用范圍：家電產(chǎn)品、IC卡終端產(chǎn)品〔水表電表、煤氣表〕、保密系統(tǒng)〔軟件狗、報(bào)警器、監(jiān)控器〕、遙控器、儀表儀器,通信產(chǎn)品〔多功能、交換機(jī)、密碼鎖〕、電子醫(yī)療器械等。1.6.5MSP430單片機(jī)

TI公司生產(chǎn)的MSP430單片機(jī)，承受馮-諾依曼架構(gòu)，通過通用存儲(chǔ)器地址總線〔MAB〕與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線〔MDB〕將16位RISCCPU、多種外設(shè)以及高度敏捷的時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)展完善結(jié)合。MSP430能夠?yàn)楫?dāng)前與將來的混合信號(hào)應(yīng)用供給很好的解決方案。全部MSP430外設(shè)都只需最少量的軟件效勞。近幾年使用量很大。主要應(yīng)用范圍：計(jì)量設(shè)備、便攜式儀表、智能傳感系統(tǒng)。1.6.8Scenix單片機(jī)

Scenix公司推出的8位RISC構(gòu)造SX系列單片機(jī)，具有虛擬外設(shè)功能,柔性化I/O端口,全部的I/O端口都可單獨(dú)編程設(shè)定,公司供給各種I/O的庫函數(shù),用于實(shí)現(xiàn)各種I/O模塊的功能,如多路UART,多路A/D,PWM,SPI,DTMF,FS,LCD驅(qū)動(dòng)等等.承受EEPROM/FLASH程序存儲(chǔ)器,可以實(shí)現(xiàn)在線系統(tǒng)編程.支持在線仿真

1.6.9LG公司GMS90系列單片機(jī)

與IntelMCS-51系列，Atmel89C51/52，89C2051等單片機(jī)兼容，CMOS技術(shù)，高達(dá)40MHZ的時(shí)鐘頻率，應(yīng)用于:多功能,智能傳感器,電度表,工業(yè)掌握,防盜報(bào)警裝置,各種計(jì)費(fèi)器,各種IC卡裝置,DVD,VCD,CD-ROM。

1.6.10華邦單片機(jī)

華邦公司的W77,W78系列8位單片機(jī)的腳位和指令集與8051兼容,但每個(gè)指令周期只需要4個(gè)時(shí)鐘周期,速度提高了三倍,工作頻率最高可達(dá)40MHz.同時(shí)增加了WatchDogTimer,6組外部中斷源,2組UART,2組Datapointer及Waitstatecontrolpin。W741系列的4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動(dòng),在線燒錄,保密性高,低操作電壓。1.6.11Zilog單片機(jī)Z8單片機(jī)是Zilog公司的產(chǎn)品,承受多累加器構(gòu)造,有較強(qiáng)的中斷處理力量,開發(fā)工具價(jià)廉物美.Z8單片機(jī)以低價(jià)位面對(duì)低端應(yīng)用.我想很多人都知道Z80單板機(jī),直到90年月后期,很多大學(xué)的微機(jī)原理還是表達(dá)Z80。1.6.12NS單片機(jī)COP8單片機(jī)是NS(美國國家半導(dǎo)體公司)的產(chǎn)品,內(nèi)部集成了16位A/D,這是不多見的,在看門狗多路及STOP方式下單片機(jī)的喚醒方式上都有獨(dú)到之處.此外,COP8的程序加密也做得比較好。1.6.13AX1001單片機(jī)由珠海建榮科技公司推出,它是100MIPS高性能8位RISC微掌握器,承受了先進(jìn)的CMOSOTP技術(shù),應(yīng)用于稅控機(jī)、條形碼掃描儀、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)掌握系統(tǒng)、讀卡器等等。該款芯片性能比很高。1.7我們覺察這么多單片機(jī)該從何學(xué)起？1.7.1平臺(tái)選擇：51還是PIC、AVR？不明真相的讀者認(rèn)為：

◆51單片機(jī)都快淘汰了，現(xiàn)在都流行PIC、AVR、ARM了，還學(xué)51跟不上時(shí)代了。

◆我們公司用的是PIC〔或者易隆、NEC、PHILIPS〕啊，我學(xué)了51又用不上。

作者觀點(diǎn)：

◆51單片機(jī)還有很強(qiáng)的生命力，至今仍舊活潑在各種應(yīng)用領(lǐng)域。如STC51，C8051F等51系列單片機(jī)與時(shí)俱進(jìn)的融入了很多現(xiàn)代MCU特有的元素，在常規(guī)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域仍舊很受歡送。

◆51單片機(jī)是全部單片機(jī)的一個(gè)典型代表，學(xué)會(huì)了51單片機(jī)再引申到其他單片機(jī)就比較簡潔了。就似乎你先學(xué)會(huì)了開小轎車，然后再去學(xué)開大卡車，很多東西〔譬如交通規(guī)章，譬如油門掌握、剎車等等〕都是共通的，很簡潔上手。

◆51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)果相對(duì)簡潔，存放器較少，也沒有讓初學(xué)者完全摸不著頭腦