论文部分内容阅读
摘要：单片机发展极为迅速，当前世界上个大芯片制造公司都推出了自己的单片机，本文对单片机的发展历史与应用情况以及未来的发展趋势进行了深入的讨论和探究。
关键词：单片机；发展特点；发展趋势。
中图分类号：TB855+.3
一、单片机的定义。
单片机是一种集成电路芯片，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微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。目前，单片机的发展速度较迅速，市场竞争非常激烈，各种类型的单片机都有，主要是由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机，各有各的特点，互相补充，扩大了单片机的应用范围。
二、单片机的类型。
通常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。
2.1低端单片机
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。
2.2 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。
三、单片机的发展历程
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：
1）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。
2）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。
（1） 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。
（2） CPU外围功能单元的集中管理模式。
（3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
（4）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。
3）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。
4）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
四、单片机的特点
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。
五、单片机的发展趋势
5.1 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 。
5.2 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。
参考文献：
[1] 居水荣. 单片机及其发展趋势[J]. 半导体情报， 2001， 38（2）： 15-18.
[2] 单片机原理及应用技术[M]. 高等教育出版社， 2001.
[3] 沈红卫. 单片机应用系统设计实例与分析[M]. 北京航空航天大学出版社， 2003.
[4] 万光毅， 严义， 邢春香. 单片机实验与实践教程[M]. 北京航空航天大学出版社， 2006.
[5] 单片机原理与应用技术[M]. 北京大学出版社， 2006.
[6] 陳卫兵. 单片机自身的可靠性技术发展[J]. 微电子技术， 2003， 4： 16-18.
关键词：单片机；发展特点；发展趋势。
中图分类号：TB855+.3
一、单片机的定义。
单片机是一种集成电路芯片，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微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。目前，单片机的发展速度较迅速，市场竞争非常激烈，各种类型的单片机都有，主要是由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机，各有各的特点，互相补充，扩大了单片机的应用范围。
二、单片机的类型。
通常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。
2.1低端单片机
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。
2.2 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。
三、单片机的发展历程
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：
1）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。
2）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。
（1） 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。
（2） CPU外围功能单元的集中管理模式。
（3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
（4）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。
3）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。
4）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
四、单片机的特点
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。
五、单片机的发展趋势
5.1 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 。
5.2 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。
参考文献：
[1] 居水荣. 单片机及其发展趋势[J]. 半导体情报， 2001， 38（2）： 15-18.
[2] 单片机原理及应用技术[M]. 高等教育出版社， 2001.
[3] 沈红卫. 单片机应用系统设计实例与分析[M]. 北京航空航天大学出版社， 2003.
[4] 万光毅， 严义， 邢春香. 单片机实验与实践教程[M]. 北京航空航天大学出版社， 2006.
[5] 单片机原理与应用技术[M]. 北京大学出版社， 2006.
[6] 陳卫兵. 单片机自身的可靠性技术发展[J]. 微电子技术， 2003， 4： 16-18.