单片机的发展趋势

1、单片机的发展趋势第1页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二 本章重点： 什么是单片机 单片机发展历程 单片机的特点 单片机的应用场合 单片机的发展趋势 主流的单片机产品 如何学习单片机第2页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二1.1 什么是单片机 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 计算机系统基本上分

2、为两类： 第一类是常见的普通计算机。 第二类是嵌入式计算机，这种计算机往往为控制/监控目的而集成到另外的系统中。 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。 比较普通计算机和嵌入式计算机的差异，说明这是由于它们应用场合和应用环境的不同而造成的，而单片机则属于低端嵌入式计算机。 第3页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二嵌入式计算机单片机：硬件简单，字长一般为8位，也有16位的，存储空间最小。 集成

3、的片内外设比较丰富。由于硬件的局限性，导致软件上 就不能太大，采集速度低。难以完成复杂的实时运算。单循 环式，一般没有操作系统。ARM系列： 也叫高端单片机，硬件集成度高，集成的片内外设很多，通 常集成串口，USB，CAN等各种控制器，通讯方便。字长一般 32位。性能高，速度快，主频一般100M左右，ARM9可达600M 可以同时进行复杂的实时运算。某些DSP的运算能力超过奔 腾计算机。存储空间大，可以支持操作系统，带操作系统， 多任务并发处理能力强，实时性高。第4页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二 1.2 单片机发展历程以8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可

4、分为以下几个阶段： 第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。

5、CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS-51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 第四阶

6、段（1990现在）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 第5页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二 小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能式控制设备以及各种智能仪表。面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，从而获得最佳性价比。抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣条件下都能可靠地工作，这是其它机型所无法比拟的。可以很方便地实现多机和分布式控制，使整个系统的效率和可靠性大为提高。1.3 单片机的特点1.4 单片机的应用场

7、合 智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。第6页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二 单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等 。 机电一体化产品是集机械技

8、术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。智能仪器仪表 实时工业控制 第7页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子还有分布式系统的前端模块等等 。 家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。家用电器 第8页，共18页，2022年，5月20

9、日，2点55分，星期二 制作工艺 CMOS 化。 更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低 。 CPU 的改进。采用双 CPU 结构，增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力；采用流水线结构，提高处理和运算速度，以适应实时控制和处理的需要。 增大存储容量，片内 EPROM 的 E2PROM 化，程序的保密化。 提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片，增加外围 I/O 口的逻辑功能和控制的灵活性。 以串行方式为主的外围扩展。 外围电路的内装化。 和互联网连接已是一种明显的走向 可靠性及应用水平越来越高 8 位机的主流地位。MCS51单片机生产工艺有两种：

10、1、HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。 2、CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。1.5 单片机目前状况及发展趋势第9页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二 8051单片机最早由Intel公司推出,随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、s

11、iemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG等。在保特与8051单片机兼容的基础上，这些公司容入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路，如满足模拟量输入的A/D、满足伺服驱动的PWM、满足高速输入/输出控制的HSL/HSO、满足串行扩展总线I2C、保证程序可靠运行的的WDT、引入使用方便且价廉的Flash ROM等，开发出上百种功能各异的新品种。这样8051单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为8051系列单片机，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。客观事实表明，8051已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。由于应用中的单片机品种繁

12、多，现选择几种主要的单片机介绍进行介绍：1.6 主流的单片机产品1.6.1 AT89S与AVR单片机 ATMEL公司生产的具有Flash ROM的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活跃。AVR单片机是ATMEL在90年代推出的精简指令集RISC的单片机 ,跟PIC类似。使用哈佛结构。是增强型RISC内载Flash的单片机。AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。第10页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二1.6.2 PIC单片机 MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C

13、系列和17C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,分别仅有33,35,58条指令,采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积。适用于用量大,档次低,价格敏感的产品.在办公自动化设备,消费电子产品,电讯通信,智能仪器仪表,汽车电子,金融电子,工业控制不同领域都有广泛的应用,PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高。1.6.3 STC单片机 STC单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的系列单片机，目前国内市场占有率50%以上，STC单片机采用冯诺依曼结构，指令为复杂指令集。其优点是加密性强,很难解密或破解,解密费用很

14、高、国内能解密的人少,一般的仿制者望而退步. 超强抗干扰，三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施，超低功耗，适用于供电系统,如水表、气表、便携设备等.1.6.4 Motorola单片机 Motorola是世界上最大的单片机厂商.从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,其中典型的代表有:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型M68HC11,M68HC12 ,16位机M68HC16, 32位机M683XX. Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶

15、劣的环境 。第11页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二1.6.6 台湾MDT20XX系列单片机 MDT单片机是台湾 MICON 麦肯公司设计的 OTP/MASK掩膜型8位单片机，自1997年推向市场以来，深受广大用户欢迎，MDT系列单片机与 PIC 相比最大特点是温度范围为工业级，最大工作频率可达到 20MHz，不分型号和后缀，及售价十分便宜，同时只需将PIC的HEX文件作十分简单的转换即可，不用作任何修改。工业级OTP单片机,与PIC单片机管脚完全一致,海尔集团的电冰箱控制器,TCL通信产品,长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机。1.6.7 EM78系列OTP型单

16、片机 台湾义隆电子股份有限公司生产, 直接替换PIC16CXX，管脚兼容,功能更强,程序可用专业转换软件转换。适用范围：家电产品、IC卡终端产品（水表电表、煤气表）、保密系统（软件狗、报警器、监控器）、遥控器、 仪表仪器,通信产品（多功能电话、交换机、密码锁）、电子医疗器械等。1.6.5 MSP430单片机 TI公司生产的MSP430单片机，采用冯-诺依曼架构，通过通用存储器地址总线（MAB）与存储器数据总线（MDB）将 16 位 RISC CPU、多种外设以及高度灵活的时钟系统进行完美结合。MSP430能够为当前与未来的混合信号应用提供很好的解决方案。所有 MSP430 外设都只需最少量的软

17、件服务。近几年使用量很大。主要应用范围：计量设备、便携式仪表、智能传感系统。第12页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二1.6.8 Scenix单片机 Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机，具有虚拟外设功能,柔性化I/O端口,所有的I/O端口都可单独编程设定,公司提供各种I/O的库函数,用于实现各种I/O模块的功能,如多路UART,多路A/D,PWM,SPI,DTMF,FS,LCD驱动等等. 采用EEPROM/FLASH程序存储器,可以实现在线系统编程.支持在线仿真1.6.9 LG公司GMS90系列单片机 与Intel MCS-51系列，Atmel 89C51

18、/52，89C2051等单片机兼容，CMOS技术，高达40MHZ的时钟频率，应用于: 多功能电话,智能传感器,电度表,工业控制,防盗报警装置,各种计费器,各种IC卡装置,DVD,VCD,CD-ROM。1.6.10 华邦单片机 华邦公司的W77,W78系列8位单片机的脚位和指令集与8051兼容, 但每个指令周期只需要4个时钟周期,速度提高了三倍,工作频率最高可达 40MHz.同时增加了WatchDog Timer,6组外部中断源,2组UART,2组Data pointer及Wait state control pin。W741系列的4位单片机带液晶驱动,在线烧录,保密性高,低操作电压。第13页，

19、共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二1.6.11 Zilog单片机 Z8单片机是Zilog公司的产品,采用多累加器结构,有较强的中断处理能力,开发工具价廉物美.Z8单片机以低价位面向低端应用.我想很多人都知道Z80单板机,直到90年代后期,很多大学的微机原理还是讲述Z80。1.6.12 NS单片机 COP8单片机是NS(美国国家半导体公司)的产品,内部集成了16位A/D,这是不多见的,在看门狗多路及STOP方式下单片机的唤醒方式上都有独到之处.此外,COP8的程序加密也做得比较好。1.6.13 AX1001单片机 由珠海建荣科技公司推出 , 它是 100MIPS 高性能 8 位

20、 RISC 微控制器 , 采用了先进的 CMOS OTP 技术 , 应用于税控机、条形码扫描仪、打印机、网络控制系统、读卡器等等。该款芯片性能比很高。 1.7 我们发现这么多单片机该从何学起？第14页，共18页，2022年，5月20日，2点55分，星期二1.7.1 平台选择：51还是PIC、AVR？不明真相的读者认为： 51单片机都快淘汰了，现在都流行PIC、AVR、ARM了，还学51跟不上时代了。 我们公司用的是PIC（或者易隆、NEC、PHILIPS）啊，我学了51又用不上。作者观点： 51单片机还有很强的生命力，至今仍然活跃在各种应用领域。如STC51，C8051F等51系列单片机与时俱进的融入了很多现代MCU特有的元素，在常规单片机应用领域仍然很受欢迎。 51单片机是所有单片机的一个典型代表，学会了51单片机再引申到其他单片机就比较容易了。就好像你先学会了开小轿车，然后再去学开大卡车，很多东西（譬如交通规则，譬如油门控制、刹车等等）都是共通的，很容易上手。 51单片机内部结果相对简单，寄存器较少，也没有让初学者完全摸不着头脑的复杂配置，是初学者学习单片机和编程最好的对象。如果零基础直接学习其他较为复杂的单片机，很可能忙碌一阵后心力交瘁还感觉入不了门。 51单片机有广泛的群众基础，资料最为丰富，获取最为容