1、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)第1頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二 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)第2頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二1.1 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

2、為兩類： 第一類是常見(jiàn)的普通計(jì)算機(jī)。 第二類是嵌入式計(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)。 第3頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二嵌入式計(jì)算機(jī)單片機(jī)：硬件簡(jiǎn)單，字長(zhǎng)一般為8位，也有16位的，存儲(chǔ)空間最小。 集成

3、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。難以完成復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算。單循 環(huán)式，一般沒(méi)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等各種控制器，通訊方便。字長(zhǎng)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)行復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算。某些DSP的運(yùn)算能力超過(guò)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)處理能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性高。第4頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二 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

4、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型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。 完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。

5、CPU外圍功能單元的集中管理模式。 體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 指令系統(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

6、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)的專用型單片機(jī)。 第5頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二 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)雜的各類控制任務(wù)，從而獲得最佳性價(jià)比。抗干擾能力強(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。可以很方便地實(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)

7、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。第6頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二 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)線等 。 機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技

8、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。智能儀器儀表 實(shí)時(shí)工業(yè)控制 第7頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二 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(cè)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，前景十分廣闊。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。家用電器 第8頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20

9、日，2點(diǎn)55分，星期二 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、成本更低、工作電壓更低、功耗更低 。 CPU 的改進(jìn)。采用雙 CPU 結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和能力；采用流水線結(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。 增大存儲(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。 以串行方式為主的外圍擴(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：

10、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)第9頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二 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許多著名IC制造廠商，如 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、s

11、iemens、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)滿足不同測(cè)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/輸出控制的HSL/HSO、滿足串行擴(kuò)展總線I2C、保證程序可靠運(yùn)行的的WDT、引入使用方便且價(jià)廉的Flash ROM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)稱為8051系列單片機(jī)，所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS51系列單片機(jī)。客觀事實(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

12、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1.6.1 AT89S與AVR單片機(jī) ATMEL公司生產(chǎn)的具有Flash ROM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。第10頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二1.6.2 PIC單片機(jī) MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC 16C

13、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。1.6.3 STC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

14、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.1.6.4 Motorola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

15、劣的環(huán)境 。第11頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二1.6.6 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(chǎng)以來(lái)，深受廣大用戶歡迎，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)，最大工作頻率可達(dá)到 20MHz，不分型號(hào)和后綴，及售價(jià)十分便宜，同時(shí)只需將PIC的HEX文件作十分簡(jiǎn)單的轉(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)管腳完全一致,海爾集團(tuán)的電冰箱控制器,TCL通信產(chǎn)品,長(zhǎng)安奧拓鈴木小轎車功率分配器就采用這種單片機(jī)。1.6.7 EM78系列OTP型單

16、片機(jī) 臺(tái)灣義隆電子股份有限公司生產(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（多功能電話、交換機(jī)、密碼鎖）、電子醫(yī)療器械等。1.6.5 MSP430單片機(jī) TI公司生產(chǎn)的MSP430單片機(jī)，采用馮-諾依曼架構(gòu)，通過(guò)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 RISC CPU、多種外設(shè)以及高度靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行完美結(jié)合。MSP430能夠?yàn)楫?dāng)前與未來(lái)的混合信號(hào)應(yīng)用提供很好的解決方案。所有 MSP430 外設(shè)都只需最少量的軟

17、件服務(wù)。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)。第12頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二1.6.8 Scenix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)在線系統(tǒng)編程.支持在線仿真1.6.9 LG公司GMS90系列單片機(jī) 與Intel MCS-51系列，Atmel 89C51

18、/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,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WatchDog Timer,6組外部中斷源,2組UART,2組Data pointer及Wait state control pin。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。第13頁(yè)，

19、共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二1.6.11 Zilog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。1.6.12 NS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。1.6.13 AX1001單片機(jī) 由珠海建榮科技公司推出 , 它是 100MIPS 高性能 8 位

20、 RISC 微控制器 , 采用了先進(jìn)的 CMOS OTP 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？第14頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)55分，星期二1.7.1 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，然后再去學(xué)開(kāi)大卡車，很多東西（譬如交通規(guī)則，譬如油門(mén)控制、剎車等等）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)有讓初學(xué)者完全摸不著頭腦的復(fù)雜配置，是初學(xué)者學(xué)習(xí)單片機(jī)和編程最好的對(duì)象。如果零基礎(chǔ)直接學(xué)習(xí)其他較為復(fù)雜的單片機(jī)，很可能忙碌一陣后心力交瘁還感覺(jué)入不了門(mén)。 51單片機(jī)有廣泛的群眾基礎(chǔ)，資料最為豐富，獲取最為容