单片机的发展趋势课件

第一章单片机发展介绍硅谷芯微技术贡献网址：

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。

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。☆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。

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。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

☆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：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、siemens、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FlashROM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1.6.1AT89S与AVR单片机ATMEL公司生产的具有FlashROM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。1.6.2PIC单片机

MicroChip单片机的主要产品是PIC16C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。

1.6.3STC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.1.6.4Motorola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劣的环境。1.6.8Scenix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

1.6.9LG公司GMS90系列单片机

与IntelMCS-51系列，Atmel89C51/52，89C2051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WatchDogTimer,6组外部中断源,2组UART,2组Datapointer及Waitstatecontrolpin。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。1.6.11Zilog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。1.6.12NS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。1.6.13AX1001单片机由珠海建荣科技公司推出,它是100MIPS高性能8位RISC微控制器,采用了先进的CMOSOTP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？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