Ⅰ 單片機的詳細發張歷史
單片機發展史
【摘要】單片機誕生於20世紀70年代末，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段。單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發展很快。自單片機誕生至今，已發展為上百種系列的近千個機種。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向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。關鍵詞 微型計算機 8位單片機 發展趨勢一、單片機發展歷程
（1）SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）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。「創新模式」獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。（2）MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與介面電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的廠家當數Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。（3）單片機是嵌入式系統的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在晶元上的最大化解決；因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基於SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。二、以8位單片機為起點
（1）第一階段（1976-1978）：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。 （2）第二階段（1978-1982）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。 （3）第三階段（1982-1990）：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A/D轉換部件、可靠性技術等應用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特徵。 （4）第四階段（1990—）：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。三、單片機的發展趨勢
（1）CMOS化 近年，由於CHMOS技術的進小，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。CHMOS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）低功耗化 單片機的功耗已從Ma級，甚至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。（3）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。（4）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，各單片廠家在單片機內部電路中都採用了新的技術措施。大容量化 以往單片機內的ROM為1KB~4KB，RAM為64~128B。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求，須運用新的工藝，使片內存儲器大容量化。目前，單片機內ROM最大可達64KB，RAM最大為2KB。（5）高性能化 主要是指進一步改進CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統控制的可靠性。採用精簡指令集（RISC）結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度。現指令速度最高者已達100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），並加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出10倍以上。由於這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟體模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設的新概念。（6）小容量、低價格化 與上述相反，以4位、8位機為中心的小容量、低價格化也是發展動向之一。這類單片機的用途是把以往用數字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用於家電產品。外圍電路內裝化 這也是單片機發展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內。除了一般必須具有的CPU、ROM、RAM、定時器/計數器等以外，片內集成的部件還有模/數轉換器、DMA控制器、聲音發生器、監視定時器、液晶顯示驅動器、彩色電視機和錄像機用的鎖相電路等。串列擴展技術 在很長一段時間里，通用型單片機通過三匯流排結構擴展外圍器件成為單片機應用的主流結構。隨著低價位OTP（One Time Programble）及各種類型片內程序存儲器的發展，加之處圍介面不斷進入片內，推動了單片機「單片」應用結構的發展。特別是I C、SPI等串列匯流排的引入，可以使單片機的引腳設計得更少，單片機系統結構更加簡化及規范化。四、總結
隨著半導體集成工藝的不斷發展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。在單片機家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的80C51內核使用權以專利互換或出售形式轉讓給全世界許多著名IC製造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機兼容的基礎上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多製造廠商支持的、發展出上百品種的大家族，現統稱為80C51系列。80C51單片機已成為單片機發展的主流。專家認為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發裝置也互不兼容，但是客觀發展表明，80C51可能最終形成事實上的標准MCU晶元。
Ⅱ 為止單片機經過了哪幾個發展階段
（1）第一階段（1974—1976年）：製造工藝落後，集成度低，而且採用了雙片形式。典型的代表產品有Fairchild公司的F8系列。
（2）第二階段（1977—1978年）：在單片晶元內集成CPU、並行口、定時器/計數器、RAM和ROM等功能部件，但性能低，品種少，應用范圍也不是很廣。典型的產品有Intel公司的MCS-48系列。
（3）第三階段（1979—1982年）： 8位單片機成熟的階段。其存儲容量和定址范圍增大，而且中斷源、並行I/O口和定時器/計數器個數都有了不同程度的增加，並且集成有全雙工串列通信介面。在指令系統方面增設了乘除法、位操作和比較指令。
（4）第四階段（1983年至今）： 16位單片機和8位高性能單片機並行發展的時代。16位機的工藝先進，集成度高，內部功能強，運算速度快，而且允許用戶採用面向工業控制的專用語言。
近年來出現的32位單片機，是單片機的頂級產品，具有較高的運算速度。代表產品有Motorola公司的M68300系列和Hitachi（日立）公司的SH系列、ARM等。
Ⅲ 單片機的發展分為幾個階段
單片機的發展歷程可以分為四個關鍵階段。
在第一個階段，從1974年開始，單片機技術尚處於初級階段。受限於當時的製造工藝，單片機通常以雙片形式出現，且功能較為單一。例如，仙童公司的F8單片機僅包含8位CPU、64位元組RAM和2個並行I/O口，需額外加一塊3851（包含1K ROM、定時/計數器和2個並行I/O口）才能構成完整微型計算機系統。
進入1976年後，單片機進入低性能階段。以Intel公司的MCS-48為代表，這一時期的單片機採用了單片結構，集成了8位CPU、並行I/O口、8位定時/計數器、RAM和ROM等組件。但其缺乏串列I/O口，中斷處理能力也相對簡單，片內RAM和ROM容量較小，通常不超過4K位元組。
1978年，單片機發展至高性能階段。這類單片機配備了串列I/O，支持多級中斷處理，16位定時/計數器，片內RAM和ROM容量顯著增加，定址范圍可達64K位元組。一些代表性的單片機包括Intel的MCS-51、Motorola的6801和Zilog的Z8等。
1982年，16位單片機階段開啟，進一步提升了處理能力。Intel公司的MCS-96是這一階段的代表，其CPU位寬為16位，集成度高達120000管子/片，主振幅為12MHz，片內RAM容量為232位元組，ROM容量為8K位元組，支持8級中斷處理。此外，該單片機還集成了多通道10位A/D轉換器和高速輸入/輸出部件（HSIO），極大地增強了實時處理能力。
隨著時間的推移，高性能單片機不斷改進和發展，其應用領域也在不斷擴大。
Ⅳ 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。
Ⅳ 單片機的發展分為（ ）幾個階段
單片機的發展分為三個階段：
一、SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段；
1）主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。
2）「創新模式」獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。
二、MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段；
1）主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與介面電路，突顯其對象的智能化控制能力。
2）它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。
3）從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的廠家當數Philips公司。
4）Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。
三、單片機是嵌入式系統的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在晶元上的最大化解決；
1）因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基於SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。
2）因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。