單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)課件

第一章單片機(jī)發(fā)展介紹硅谷芯微技術(shù)貢獻(xiàn)網(wǎng)址：

本章重點(diǎn)：?

什么是單片機(jī)

?單片機(jī)發(fā)展歷程?單片機(jī)的特點(diǎn)

?單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合

?單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

?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，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器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)基本上分為兩類(lèi)：

第一類(lèi)是常見(jiàn)的普通計(jì)算機(jī)。

第二類(lèi)是嵌入式計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)往往為控制/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)發(fā)展方向是總線(xiàn)速度的無(wú)限提升，存儲(chǔ)容量的無(wú)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)象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。比較普通計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)的差異，說(shuō)明這是由于它們應(yīng)用場(chǎng)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)。

1.2單片機(jī)發(fā)展歷程以8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段：

第一階段（1976-1978）：?jiǎn)纹瑱C(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(mǎn)意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來(lái)。

第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)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(xiàn)型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)?！钔晟频耐獠靠偩€(xiàn)。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)、16位地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口?！頒PU外圍功能單元的集中管理模式?！铙w現(xiàn)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，并且增加了許多突出控制功能的指令。

第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)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，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS-51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競(jìng)相使用80C51為內(nèi)核，將許多測(cè)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、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。

第四階段（1990—現(xiàn)在）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專(zhuān)用型單片機(jī)。

小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀表。面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類(lèi)控制任務(wù)，從而獲得最佳性?xún)r(jià)比?？垢蓴_能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機(jī)型所無(wú)法比擬的?？梢院芊奖愕貙?shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。1.3單片機(jī)的特點(diǎn)1.4單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)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(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x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控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類(lèi)系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(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)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)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(kāi)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)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等?！糁悄軆x器儀表

◆實(shí)時(shí)工業(yè)控制

☆制作工藝CMOS化?！罡〉墓饪坦に囂岣吡思啥龋瑥亩剐酒?、成本更低、工作電壓更低、功耗更低?！頒PU的改進(jìn)。采用雙CPU結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和能力；采用流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)，提高處理和運(yùn)算速度，以適應(yīng)實(shí)時(shí)控制和處理的需要?！钤龃蟠鎯?chǔ)容量，片內(nèi)EPROM的E2PROM化，程序的保密化。☆提高并行口驅(qū)動(dòng)能力，以減少外圍驅(qū)動(dòng)芯片，增加外圍I/O口的邏輯功能和控制的靈活性?！钜源蟹绞綖橹鞯耐鈬鷶U(kuò)展。☆外圍電路的內(nèi)裝化。☆和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向☆可靠性及應(yīng)用水平越來(lái)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)目前狀況及發(fā)展趨勢(shì)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(zhuān)利互換或出讓給世界許多著名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)兼容的基礎(chǔ)上，這些公司容入了自身的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展了針對(duì)滿(mǎn)足不同測(cè)控對(duì)象要求的外圍電路，如滿(mǎn)足模擬量輸入的A/D、滿(mǎn)足伺服驅(qū)動(dòng)的PWM、滿(mǎn)足高速輸入/輸出控制的HSL/HSO、滿(mǎn)足串行擴(kuò)展總線(xiàn)I2C、保證程序可靠運(yùn)行的的WDT、引入使用方便且價(jià)廉的FlashROM等，開(kāi)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(chēng)為8051系列單片機(jī)，所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱(chēng)呼MCS51系列單片機(jī)?？陀^事實(shí)表明，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)行介紹：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的增強(qiáng)型51系列單片機(jī)目前在市場(chǎng)上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活躍。AVR單片機(jī)是ATMEL在90年代推出的精簡(jiǎn)指令集RISC的單片機(jī),跟PIC類(lèi)似。使用哈佛結(jié)構(gòu)。是增強(qiáng)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)控制,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采用RISC結(jié)構(gòu),分別僅有33,35,58條指令,采用Harvard雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu),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)能力,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(chē)電子,金融電子,工業(yè)控制不同領(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(chǎng)份額排名中逐年提高。

1.6.3STC單片機(jī)

STC單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的系列單片機(jī)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率50%以上，STC單片機(jī)采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，指令為復(fù)雜指令集。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(guó)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(kāi)始,開(kāi)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位增強(qiáng)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(lèi)單片機(jī)低得多,因而使得高頻噪聲低,抗干擾能力強(qiáng),更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。1.6.8Scenix單片機(jī)

Scenix公司推出的8位RISC結(jié)構(gòu)SX系列單片機(jī)，具有虛擬外設(shè)功能,柔性化I/O端口,所有的I/O端口都可單獨(dú)編程設(shè)定,公司提供各種I/O的庫(kù)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.采用EEPROM/FLASH程序存儲(chǔ)器,可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)系統(tǒng)編程.支持在線(xiàn)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:多功能電話(huà),智能傳感器,電度表,工業(yè)控制,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(xiàn)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,采用多累加器結(jié)構(gòu),有較強(qiáng)的中斷處理能力,開(kāi)發(fā)工具價(jià)廉物美.Z8單片機(jī)以低價(jià)位面向低端應(yīng)用.我想很多人都知道Z80單板機(jī),直到90年代后期,很多大學(xué)的微機(jī)原理還是講述Z80。1.6.12NS單片機(jī)COP8單片機(jī)是NS(美國(guó)國(guó)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(jiàn)的,在看門(mén)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微控制器,采用了先進(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)控制系統(tǒng)、讀卡器等等。該款芯片性能比很高。1.7我們發(fā)現(xiàn)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，至今仍然活躍在各種應(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)域仍然很受歡迎。

◆51單片機(jī)是所有單片機(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)就比較容易了。就好像你先學(xué)會(huì)了開(kāi)小轎車(chē)，然后再去學(xué)開(kāi)大卡車(chē)，很多東西（譬如交通規(guī)則，譬如油門(mén)控制、剎車(chē)等等）都是共通的，很容易上手。

◆51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)果相對(duì)簡(jiǎn)單，寄存器較少，也沒(méi)有讓初