單片機的發展與應用

① 新型8位單片機主要在哪些方面有所發展,給系統應用帶來什麼好處

1、運算速度大大提高，很多都是單機周指令，最高速度在51的12倍以上，最多可以達到20-25MIPS（C8051F，STM8），51是1 MIPS；
2、RAM、ROM容量，優秀的單片機片內程序存儲器可以達到62K或者64K，RAM最高達到8K，有1K、2K RAM的比比皆是；
3、精簡指令集，指令比51少很多；
4、更多的IO口；
5、更多的其他功能，比如自帶AD，自帶SPI，自帶看門狗，自帶大容量EEPROM等等，也有自帶DA的，有些AD還做得很高，普遍都是8路10位，大大節約成本；
6、中斷的種類更細更多，有20幾個中斷向量的比比皆是，定時器/計數器的功能，數量都更多。
使用STM8、ATmega8/16、PIC16F877、STC12C5A60S2這類的新型8位單片機，可以大大簡化電路，節省成本，提高系統的可靠性。

② 單片機的發展應用

單片機的應用在後PC時代得到了前所未有的發展，但對處理器的綜合性能要求也越來越高。綜觀單片機的發展，以應用需求為目標，市場越來越細化，充分突出以「單片」解決問題，而不像多年前以MCS51/96等處理器為中心，外擴各種介面構成各種應用系統。單片機系統作為嵌入式系統的一部分，主要集中在中、低端應用領域（嵌入式高端應用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能處理器構成），在這些應用中，目前也出現了一些新的需求，主要體現在以下幾個方面：
（1）以電池供電的應用越來越多，而且由於產品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、玩具等。
（2）隨著應用的復雜，對處理器的功能和性能要求不斷提高。既要外設豐富、功能靈活，又要有一定的運算能力，能做一些實時演算法，而不僅僅做一些簡單的控制。
（3）產品更新速度快，開發時間短，希望開發工具簡單、廉價、功能完善。特別是模擬工具要有延續性，能適應多種MCU，以免重復投資，增加開發費用。
（4）產品性能穩定，可靠性高，既能加密保護，又能方便升級。
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1 單片機技術的發展特點
自單片機出現至今，單片機技術已走過了近20年的發展路程。縱觀20年來單片機發
展歷程可以看出，單片機技術的發展以微處理器(MPU)技術及超大規模集成電路技術的發
展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現出較微處理器更具個性的發展趨勢。
單片機長壽命 這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發的產品可以穩定可靠地工作
十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導體技術的飛速發展，
MPU更新換代的速度越來越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時間內就被淘汰出
局，而傳統的單片機如68HC05、8051等年齡已有15歲，產量仍是上升的。這一方面是由
於其對相應應用領域的適應性，另一方面是由於以該類CPU為核心，集成以更多I/O功能
模塊的新單片機系列層出不窮。可以預見，一些成功上市的相對年輕的CPU核心，也會隨
著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當長的生存周期。新的CPU類型的加盟,使單片機隊伍
不斷壯大,給用戶帶來了更多的選擇餘地。
8位、16位、32位單片機共同發展 這是當前單片機技術發展的另一動向。長期以來，單
片機技術的發展是以8位機為主的。隨著移動通訊、網路技術、多媒體技術等高科技產品
進入家庭，32位單片機應用得到了長足發展。以Motorola 68K為CPU的32位單片機97年的
銷售量達8千萬枚。過去認為由於8位單片機功能越來越強，32位機越來越便宜，使16位
單片機生存空間有限，而16位單片機的發展無論從品種和產量方面，近年來都有較大幅
度的增長。
單片機速度越來越快 MPU發展中表現出來的速度越來越快是以時鍾頻率越來越高為標志
的。而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低雜訊，降低時鍾頻率而不犧
牲運算速度是單片機技術發展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內部時
序，在不提高時鍾頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola單片機則使用了瑣
相環技術或內部倍頻技術使內部匯流排速度大大高於時鍾產生器的頻率。68HC08單片機使
用4.9M外部振盪器而內部時鍾達32M，而M68K系列32位單片機使用32K的外部振盪器頻率
內部時鍾可達16MHz以上。
低電壓與低功耗 自80年代中期以來，NMOS工藝單片機逐漸被CMOS工藝代替，功耗得以
大幅度下降，隨著超大規模集成電路技術由3μm工藝發展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35
近而實現0.2μm工藝，全靜態設計使時鍾頻率從直流到數十兆任選，都使功耗不斷下降
。Motorola 最近推出任選的M.CORE 可在1.8V電壓下以50M/48MIPS全速工作，功率約為
20mW。幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也
越來越寬。一般單片機都能在3到6V范圍內工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采
取穩壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片
機已經問世。
低雜訊與高可靠性技術 為提高單片機系統的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工
作環境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片機商家在單片機內部電路中採取
了一些新的技術措施。如美國國家半導體NS的COP8單片機內部增加了抗EMI電路，增強了
「看門狗」的性能。Motorola也推出了低雜訊的LN系列單片機。
OTP與掩膜 OTP是一次性寫入的單片機。過去認為一個單片機產品的成熟是以投產掩膜
型單片機為標志的。由於掩膜需要一定的生產周期，而OTP型單片機價格不斷下降，使得
近年來直接使用OTP完成最終產品製造更為流行。它較之掩膜具有生產周期短、風險小的
特點。近年來，OTP型單片機需量大幅度上揚，為適應這種需求許多單片機都採用了在片
編程技術(In System Programming)。未編程的OTP晶元可採用裸片Bonding技術或表面貼
技術，先焊在印刷板上，然後通過單片機上引出的編程線、串列數據、時鍾線等對單片
機編程。解決了批量寫OTP 晶元時容易出現的晶元與寫入器接觸不好的問題。使OTP的裸
片得以廣泛使用，降低了產品的成本。編程線與I/O線共用，不增加單片機的額外引腳。
而一些生產廠商推出的單片機不再有掩膜型，全部為有ISP功能的OTP。
MTP向OTP挑戰 MTP是可多次編程的意思。一些單片機廠商以MTP的性能、OTP的價位推出
他們的單片機，如ATMEL AVR單片機，片內採用FLASH，可多次編程。華邦公司生產的與
8051兼容的單片機也採用了MTP性能，OTP的價位。這些單片機都使用了ISP技術，等安裝
到印刷線路板上以後再下載程序。
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8051類單片機 最早由Intel公司推出的8051/31類單片機也是世界上用量最大的幾種單
片機之一。由於Intel公司在嵌入式應用方面將重點放在186、386、奔騰等與PC類兼容的
高檔晶元的開發上，8051類單片機主要由Philips、三星、華邦等公司接產。這些公司都
在保持與8051單片機兼容的基礎上改善了8051許多特性(如時序特性)。提高了速度、降
低了時鍾頻率，放寬了電源電壓的動態范圍，降低了產品價格。
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http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/wjsjxx/wjsj2003/0306/030629.htm
http://lunwen.zhupao.com/Article/2005-4-10/16468.shtml

③ 當今世界單片機應用與發展有什麼不同

轉自：嵌入開發技術論壇

計算機系統的發展已明顯地朝三個方向發展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網路化。以解決復雜系統計算和高速數據處理的仍然是巨型機在起作用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現時，Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。單片機的最明顯的優勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中。這一點是巨型機和網路不可能做到的。

在本文，介紹單片機的最新技術進步，包括數字單片機的工藝及技術，模糊單片機的工藝及技術，單片機的可靠性技術，以及以單片機為核心的嵌入式系統。

數字單片機的技術發展

數字單片機的技術進步反映在內部結構、功率消耗、外部電壓等級以及製造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數字單片機的水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這四個方面說明單片機的技術進步狀況。

1、 內部結構的進步

單片機在內部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉換器，D /A轉換器，串列通信介面，Watchdog電路，LCD控制器等。

有的單片機為了構成控制網路或形成局部網，內部含有局部網路控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機C167CS-32FM中，內部還含有2個CAN。因此，這類單片機十分容易構成網路。特別是在控制，系統較為復雜時，構成一個控制網路十分有用。

為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經濟效益的嵌入式控制系統。有的單片機內部設置了專門用於變頻控制的脈寬調制控制電路，這些單片機有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機中，脈寬調制電路有6個通道輸出，可產生三相脈寬調制交流電壓，並內部含死區控制等功能。

特別引人注目的是：現在有的單片機已採用所謂的三核（TrCore）結構。這是一種建立在系統級晶元（System on a chip）概念上的結構。這種單片機由三個核組成：一個是微控制器和DSP核，一個是數據和程序存儲器核，最後一個是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機的最大特點在於把DSP和微控制器同時做在一個片上。雖然從結構定義上講，DSP是單片機的一種類型，但其作用主要反映在高速計算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統單片機結合集成大大提高了單片機的功能。這是目前單片機最大的進步之一。這種單片機最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。這些單片機都是高檔單片機，MCU都是32位的，而DSP採用16或32位結構，工作頻率一般在60MHz以上。

2、 功耗、封裝及電源電壓的進步

現在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節電等工作方式。Philips公司的單片機P87LPC762是一個很典型的例子，在空閑時，其功耗為1.5 mA，而在節電方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機MSP430系列，它是一個 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當電源為3V時，如果工作於 LMP1方式，即使外圍電路處於活動，由於CPU不活動，振盪器處於1～4MHz，這時功耗只有50?A。在LPM3 時，振盪器處於32kHz，這時功耗只有1.3?A。在LPM4時，CPU、外圍及振盪器32kHz都不活動，則功耗只有0.1?A。

現在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現，單片機也大量採用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現，以大量減少體積。在這種形勢中，Microchip公司推出的8引腳的單片機特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。它含有0.5～2K程序存儲器，25～128位元組數據存儲器，6個I/O埠以及一個定時器，有的還含4道A/D ，完全可以滿足一些低檔系統的應用。擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發展的目標之一。目前，一般單片機都可以在3.3～5.5V的條件下工作。而一些廠家，則生產出可以在2.2～6V的條件下工作的單片機。這些單片機有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，應該說該公司的F2MC-8L系列單片機絕大多數都滿足2.2～6V的工作電壓條件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作電壓也是低達2.2V的。

3、 工藝上的進步

現在的單片機基本上採用CMOS技術，但已經大多數採用了0.6?m以上的光刻工藝，有個別的公司，如Motorola公司則已採用0.35?m甚至是0.25?m技術。這些技術的進步大大地提高了單片機的內部密度和可靠性。

以單片機為核心的嵌入式系統

單片機的另外一個名稱就是嵌入式微控制器，原因在於它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設備中。目前，把單片機嵌入式系統和Internet連接已是一種趨勢。但是，Internet一向是一種採用肥伺服器，瘦用戶機的技術。這種技術在互聯上存儲及訪問大量數據是合適的，但對於控制嵌入式器件就成了"殺雞用牛刀"了。要實現嵌入式設備和Int ernet連接，就需要把傳統的Internet理論和嵌入式設備的實踐都顛倒過來。為了使復雜的或簡單的嵌入式設備，例如單片機控制的機床、單片機控制的門鎖，能切實可行地和Internet連接，就要求專門為嵌入式微控制器設備設計網路伺服器，使嵌入式設備可以和Internet相連，並通過標准網路瀏覽器進行過程式控制制。

目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統和Internet相連，已有多家公司在進行這方面的較多研究。這方面較為典型的有emWare公司和TASKING公司。

EmWare公司提出嵌入式系統入網的方案--EMIT技術。這個技術包括三個主要部分：即emMicro， emGateway和網路瀏覽器。其中，emMicro是嵌入設備中的一個只佔內存容量1K位元組的極小的網路伺服器； emGateway作為一個功能較強的用戶或伺服器，它用於實現對多個嵌入式設備的管理，還有標準的Internet 通信接入以及網路瀏覽器的支持。網路瀏覽器使用emObjicts進行顯示和嵌入式設備之間的數據傳輸。

如果嵌入式設備的資源足夠，則emMicro和emGateway可以同時裝入嵌入式設備中，實現Inter net的直接接入。否則，將要求emGateway和網路瀏覽器相互配合。EmWare的EMIT軟體技術使用標準的 Internet協議對8位和16位嵌入式設備進行管理，但比傳統上的開銷小得多。

目前，單片機應用中提出了一個新的問題：這就是如何使8位、16位單片機控制的產品，也即嵌入式產品或設備能實現和互聯網互連？

TASKING公司目前正在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把emWare的EMIT軟體包和有關的軟體配套集成，形成一個集成開發環境，向用戶提供開發方便。嵌入互聯網聯盟ETI（embed the Internet Consortium）正在緊密合作，共同開發嵌入式Internet的解決方案。在不久將會有成果公布。

單片機應用的可靠性技術發展

在單片機應用中，可靠性是首要因素為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機的生產廠家在單片機設計上採用了各種提高可靠性的新技術，這些新技術表現在如下幾點：

1、 EFT（Ellectrical Fast Transient）技術

EFT技術是一種抗干擾技術，它是指在振盪電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發信號干擾正常的時鍾，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統的時鍾信號正常工作。這樣，就提高了單片機工作的可靠性。Motorola公司的 MC68HC08系列單片機就採用了這種技術。

2、 低雜訊布線技術及驅動技術

在傳統的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源雜訊穿過整塊晶元，對單片機的內部電路造成干擾。現在，很多單片機都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個晶元的電流，另外還在印製電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統的雜訊。

現在為了適應各種應用的需要，很多單片機的輸出能力都有了很大提高，Motorola公司的單片機I/O口的灌拉電流可達8mA以上，而Microchip公司的單片機可達25mA。其它公司：AMD，Fujitsu，NEC ，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可達8～20mA的水平。這些電流較大的驅動電路集成到晶元內部在工作時帶來了各種雜訊，為了減少這種影響，現在單片機採用多個小管子並聯等效一個大管子的方法，並在每個小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低di/dt，這也就是所謂"跳變沿軟化技術"，從而消除大電流瞬變時產生的雜訊。

3、 採用低頻時鍾

高頻外時鍾是雜訊源之一，不僅能對單片機應用系統產生干擾，還會對外界電路產生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對於要求可靠性較高的系統，低頻外時鍾有利於降低系統的雜訊。在一些單片機中採用內部瑣相環技術，則在外部時鍾較低時，也能產生較高的內部匯流排速度，從而保證了速度又降低了雜訊。Motorola公司的MC68HC08系列及其1 6/32位單片機就採用了這種技術以提高可靠性。

結束語

單片機在目前的發展形勢下，表現出幾大趨勢：

·可靠性及應用越來越水平高和互聯網連接已是一種明顯的走向。

·所集成的部件越來越多；NS（美國國家半導體）公司的單片機已把語音、圖象部件也集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在於單片集成電路，而不在於其功能了；如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內部已集成上各種應用電路。

·功耗越來越低和模擬電路結合越來越多。

隨著半導體工藝技術的發展及系統設計水平的提高，單片機還會不斷產生新的變化和進步，最終人們可能發現：單片機與微機系統之間的距離越來越小，甚至難以辨認。

※ 作 者: lovexuan 2000-10-30 9:47:20 ※

④ 單片機在世界發達國家各個行業的廣泛應用(舉例說明)和國內的應用現狀和趨勢

一、單片機的發展過程
單片機誕生於20世紀70年代末,單片機的發展歷史可劃分
為以下幾個階段:
第一階段(1974年~1976年):為單片機初級階段,即SCM
單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)階段。主要是尋求
最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。因受工藝和集成
度的限制,單片機採用雙片形式。例如:仙童公司的F8必須外接
一塊3851電路才能構成一個完整的微型計算機。
第二階段(1976年~1978年):為低性能單片機階段,即單
片機的控索階段。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
機片」一詞即由此而來。此時的單片機由一塊晶元構成,但性能
低、品種少。它具有CPU、並行口、定時器、RAM及ROM。這是
一個真正的單片機,但CPU功能不強,IO口種類和數量很少,
其ROM和RAM也很有限。只能應用於比較簡單的場合。例如,
90年代中期以前的PC機鍵盤幾乎無一例外地使用MCS-48
系列單片機作為控制部件。
第三階段(1978年~1982年):單片機的完善階段。Intel公
司在MCS—48基礎上推出了完善的、典型的單片機系列MCS—
51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用匯流排型單片機體系結
構。①完善的外部匯流排。MCS-51設置了經典的8位單片機的
匯流排結構,包括8位數據匯流排、16位地址匯流排、控制匯流排及具有
很多機通信功能的串列通信介面。②CPU外圍功能單元的集
中管理模式。③體現工控特性的位地址空間及位操作方式。④
指令系統趨於豐富和完善,並且增加了許多突出控制功能的指
令。
第四階段(1982年~1990年):8位單片機的鞏固發展及16
位單片機的推出階段,也是單片機向微控制器發展的階段。Intel
公司推出的MCS—96系列單片機,將一些用於測控系統的模數
轉換器、程序運行監視器、脈寬調制器等納入片中,體現了單片
機的微控制器特徵。隨著MCS—51系列的廣應用,許多電氣廠
商競相使用80C51為內核,將許多測控系統中使用的電路技術、
介面技術、多通道AD轉換部件、可靠性技術等應用到單片機
中,增強了外圍電路功能,強化了智能控制的特徵。
第五階段(1990年~):微控制器的全面發展階段。隨著單
片機在各個領域全面深入地發展和應用,出現了高速、大定址范
圍、強運算能力的8位16位32位通用型單片機,以及小型廉
價的專用型單片機。
二、單片機的發展趨勢
90年代後期至今單片機的發展可以說是進入了一個新的
階段,單片機正朝著高性能和多品種方向發展,發展趨勢將是進
一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和
外圍電路內裝化等幾個方面發展。其發展趨勢主要有以下幾個
方面:
1、CMOS化:近年,由於CHMOS技術的進步,大大地促進
了單片機的CMOS化。CMOS晶元除了低功耗特性之外,還具
有功耗的可控性,使單片機可以工作在功耗精細管理狀態。這也
是今後以80C51取代8051為標准MCU晶元的原因。因為單片
機晶元多數是採用CMOS(金屬柵氧化物)半導體工藝生產。
CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。採用雙
極型半導體工藝的TTL電路速度快,但功耗和晶元面積較大。
隨著技術和工藝水平的提高,又出現了HMOS(高密度、高速度
MOS)和CHMOS工藝,CMOS和HMOS工藝的結合。目前生產
的CHMOS電路已達到LSTTL的速度,傳輸延遲時間小於2ns,
它的綜合優勢已在於TTL電路。因而,在單片機領域CMOS正
在逐漸取代TTL電路。
2、低功耗:單片機的功耗已到mA級,甚至到1uA以下;使
用電壓在3~6V之間,完全適應電池工作。低功耗化的效應不僅
是功耗低,而且帶來了產品的高可靠性、高抗干擾能力以及產品
的便攜化、低電壓化。幾乎所有的單片機都有WAIT、STOP等
省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬,一般在3~6V范
圍內工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達1~2V。目前0.
8V供電的單片機已經問世。低雜訊與高可靠性為提高單片機
的抗電磁干擾能力,使產品能適應惡劣的工作環境,滿足電磁兼
容性方面更高標準的要求,各單片機廠家在單片機內部電路中
都採用了新的技術措施。
3、大容量化:傳統的單片機片內程序存儲器一般為1K~
8K,片內數據存儲器為256位元組以下。在某些復雜的應用上,片
內不論是程序存儲器還是數據存儲器都是容量不夠,必須採用
外接方式進行擴充。而新型單片機(例如PHILIPSP89C66x)片
內程序存儲器可達64K,片內數據存儲器可達8K。今後,隨著工
藝技術的不斷發展,單片機片內存儲器容量將進一步擴大。
4、單片機的高性能化:主要是指進一步提高CPU的性能,
加快指令運算速度,並加強了位處理功能、中斷、定時功能。其主
頻從4MHz~12MHz向0MHz(全靜態)~40MHz以上發展。
同時採用流水線結構,讓指令以隊列形式出現在CPU中,從而
進一步提高運算速度。有的單片機基本採用了多流水線結構,這
類單片機的運算速度要比標準的單片機高出10倍以上。
5、外圍電路內裝化:這也是單片機發展的一個主流方面。隨
著集成度的不斷提高,使將各種功能器件集成在片內成為可能。
除了一般必須具有的CPU、ROM、RAM、定時器計數器等外,
片內還可以根據需要集成如串列口、AD、DA,EEPROM、
PWM、看門狗(WatchDog)、液晶顯示(LCD)驅動器等多種功
能部件。
6、增強IO口功能:為了減少外部驅動晶元,進一步增加單
片機並行口的驅動能力,現在有的單片機可直接輸出較大電流
(20mA)和高電壓,以便直接驅動顯示器。為進一步加快IO的
傳輸速度,有的單片機設置了高速IO口,能以最快的速度捕捉
外部數據的變化,同時以最快的速度向片外輸出數據。以適合數
據高速改變的場合。
隨著集成工藝的不斷發展,單片機一方面向集成度更高、體
積更小、功能更強、功耗更低方向發展,另一方面向32位以上及
雙CPU方向發展。

⑤ 單片機有何作用，發展前景如何

單片機是指一個集成在一塊晶元上的完整計算機系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小晶元上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部匯流排系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊介面、定時器，實時時鍾等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網路、復雜的輸入輸出系統集成在一塊晶元上。

單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業控制領域。單片機由晶元內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個晶元中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以後，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣。

早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此後在8031上發展出了MCS51系列單片機系統。基於這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想並未得到很廣泛的應用。90年代後隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是後來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，並且進入主流市場。而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統。

單片機比專用處理器最適合應用於嵌入式系統，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及滑鼠等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業控制系統上甚至可能有數百台單片機在同時工作！單片機的數量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數量還要多。
單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的晶元,而是把一個計算機系統集成到一個晶元上。概括的講：一塊晶元就成了一台計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。
單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，並行匯流排，還有和硬碟作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可....用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電裡面都可以看到它的身影！....它主要是作為控制部分的核心部件。
它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區別。

單片機是靠程序的，並且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬體來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！

由於單片機對成本是敏感的，所以目前占統治地位的軟體還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什麼還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什麼不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬碟那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序裡面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對於家用PC的硬碟來講沒什麼，可是對於單片機來講是不能接受的。 單片機在硬體資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統和應用軟體拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。

可以說，二十世紀跨越了三個「電」的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎麼熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的「肚子」里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——「智能型」，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業余電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿製。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。

單片機的應用領域

目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網路通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程式控制玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。

單片機廣泛應用於儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程式控制制等領域，大致可分如下幾個范疇：

1.在智能儀器儀表上的應用
單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用於儀器儀表中，結合不同類型的感測器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。採用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起採用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。

2.在工業控制中的應用
用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據採集系統。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統，與計算機聯網構成二級控制系統等。

3.在家用電器中的應用
可以這樣說，現在的家用電器基本上都採用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。

4.在計算機網路和通信領域中的應用
現代的單片機普遍具備通信介面，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網路和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程式控制交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的行動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

5.單片機在醫用設備領域中的應用
單片機在醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫用呼吸機，各種分析儀，監護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統等等。

此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。

單片機學習：

目前，很多人對匯編語言並不認可。可以說，掌握用C語言單片機編程很重要，可以大大提高開發的效率。不過初學者如果不了解一下單片機的匯編語言，在單片機領域是比較致命的。如果不考慮單片機硬體資源，在KEIL中用C胡亂編程，結果只能是出了問題無法解決！可以肯定的說，最好的C語言單片機工程師都是從匯編走出來的編程者因為單片機的C語言雖然是高級語言，但是它不同於台式機個人電腦上的VC++什麼的單片機的硬體資源不是非常強大，不同於我們用VC、VB等高級語言在台式PC上寫程序畢竟台式電腦的硬體非常強大，所以才可以不考慮硬體資源的問題。

⑥ 單片機的發展歷程和應用

MCU也叫微控制單元，又稱作單片微型計算機或者單片機，是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減，並將內存（memory）、計數器（Timer）、USB、A／D轉換、UART、PLC、DMA等周邊介面，甚至LCD驅動電路都整合在單一晶元上，形成晶元級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。

單片機發展史及應用特點介紹

如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。本文將為大家講解單片機的發展史及在很多領域的運用。

單片機出現的歷史 並不長，但發展十分迅猛。 它的產生與發展和微處理器的產生與發展大體同步，自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來，它的發展到目前為止大致可分為5個階段。下面以Intel公司的單片機發展為代表加以介紹。

1971－1976

單片機發展的初級階段。 1971年11月Intel公司首先設計出集成度為2000隻晶體管／片的4位微處理器Intel 4004， 並配有RAM、 ROM和移位寄存器， 構成了第一台MCS—4微處理器， 而後又推出了8位微處理器Intel 8008， 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。

1976－1980

低性能單片機階段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列為代表， 採用將8位CPU、 8位並行I／O介面、8位定時／計數器、RAM和ROM等集成於一塊半導體晶元上的單片結構， 雖然其定址范圍有限（不大於4 KB）， 也沒有串列I／O， RAM、 ROM容量小， 中斷系統也較簡單， 但功能可滿足一般工業控制和智能化儀器、儀表等的需要。

1980－1983

高性能單片機階段。 這一階段推出的高性能8位單片機普遍帶有串列口， 有多級中斷處理系統， 多個16位定時器／計數器。片內RAM、 ROM的容量加大，且定址范圍可達64 KB，個別片內還帶有A／D轉換介面。

1983－80年代末

16位單片機階段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機MCS－96系列， 由於其採用了最新的製造工藝， 使晶元集成度高達12萬只晶體管／片。

1990年代

單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等全方位向更高水平發展。

單片機的應用特點分析

單片機發展史及應用特點介紹

按照單片機的特點，單片機的應用分為單機應用與多機應用。在一個應用系統中，只使用一片單片機稱為單機應用。

（1） 測控系統。 用單片機可以構成各種不太復雜的工業控制系統、自適應控制系統、數據採集系統等， 達到測量與控制的目的。

（2） 智能儀表。 用單片機改造原有的測量、控制儀表， 促進儀表向數字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發展。

（3） 機電一體化產品。單片機與傳統的機械產品相結合， 使傳統機械產品結構簡化， 控制智能化。

（4） 智能介面。 在計算機控制系統， 特別是在較大型的工業測、控系統中， 用單片機進行介面的控制與管理， 加之單片機與主機的並行工作， 大大提高了系統的運行速度。

（5） 智能民用產品。 如在家用電器、玩具、游戲機、聲像設備、電子秤、收銀機、辦公設備、廚房設備等許多產品中， 單片機控制器的引入， 不僅使產品的功能大大增強， 性能得到提高， 而且獲得了良好的使用效果。

（1） 功能集散系統。 多功能集散系統是為了滿足工程系統多種外圍功能的要求而設置的多機系統。

（2） 並行多機控制系統。 並行多機控制系統主要解決工程應用系統的快速性問題， 以便構成大型實時工程應用系統。

（3） 局部網路系統。

單片機按應用范圍又可分成通用型和專用型。專用型是針對某種特定產品而設計的，例如用於體溫計的單片機、用於洗衣機的單片機等等。在通用型的單片機中，又可按字長分為4位、8位、16／32位，雖然計算機的微處理器現在幾乎是32／64位的天下，8位、16位的微處理器已趨於萎縮，但單片機情況卻不同，8位單片機成本低，價格廉，便於開發，其性能能滿足大部分的需要，只有在航天、汽車、機器人等高技術領域，需要高速處理大量數據時，才需要選用16／32位，而在一般工業領域，8位通用型單片機，仍然是目前應用最廣的單片機。

單片機發展史及應用特點介紹

總結：到目前為止，中國的單片機應用和嵌入式系統開發走過了二十餘年的歷程，隨著嵌入式系統逐漸深入社會生活各個方面，單片機課程的教學也有從傳統的8位處理器平台向32位高級RISC處理器平台轉變的趨勢，但8位機依然難以被取代。國民經濟建設、軍事及家用電器等各個領域，尤其是手機、汽車自動導航設備、PDA、智能玩具、智能家電、醫療設備等行業都是國內急需單片機人才的行業。

⑦ 單片機主要用途是什麼

單片機的應用

1、單片機在智能儀表中的應用單片機廣泛地用於各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，並可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬體結構，提高其性能價格比。

2、單片機在機電一體化中的應用機電一體化是械工業發展的方向。機電一體化產品是指集成機械技術、微電子技術、計算機技術於一體，具有智能化特徵的機電產品。

例如微機控制的車床、鑽床等。單片機作為產品中的控制器，能充分發揮它的體積小、可靠性高、功能強等優點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。

3、單片機在實時控制中的應用單片機廣泛地用於各種實時控制系統中。例如，在工業測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數據處理能力和控制功能，可使系統保持在最佳工作狀態，提高系統的工作效率和產品質量。

4、單片機在分布式多機系統中的應用在比較復雜的系統中，常採用分布式多機系統。多機系統一般由若乾颱功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務，它們通過串列通信相互聯系、協調工作。

單片機在這種系統中往往作為一個終端機，安裝在系統的某些節點上，對現場信息進行實時的測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置於惡劣環境的前端工作。

5、單片機在人類生活中的應用自從單片機誕生以後，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機後，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。

綜合所述，單片機已成為計算機發展和應用的一個重要方面。另一方面，單片機應用的重要意義還在於，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。

從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟體方法來實現了。這種軟體代替硬體的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。

(7)單片機的發展與應用擴展閱讀

單片機的組成：

它通過內部匯流排把計算機的各主要部件接為一體，其內部匯流排包括地址匯流排、數據匯流排和控制匯流排。其中，地址匯流排的作用是在進行數據交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O介面；數據匯流排的作用是在CPU與存儲器或I/O介面之間。

或存儲器與外設之間交換數據；控制匯流排包括CPU發出的控制信號線和外部送入CPU的應答信號線等。

單片機的特點由於單片機的這種結構形式及它所採取的半導體工藝，使其具有很多顯著的特點，因而在各個領域都得到了迅猛的發展。