单片机的发展与应用

① 新型8位单片机主要在哪些方面有所发展,给系统应用带来什么好处

1、运算速度大大提高，很多都是单机周指令，最高速度在51的12倍以上，最多可以达到20-25MIPS（C8051F，STM8），51是1 MIPS；
2、RAM、ROM容量，优秀的单片机片内程序存储器可以达到62K或者64K，RAM最高达到8K，有1K、2K RAM的比比皆是；
3、精简指令集，指令比51少很多；
4、更多的IO口；
5、更多的其他功能，比如自带AD，自带SPI，自带看门狗，自带大容量EEPROM等等，也有自带DA的，有些AD还做得很高，普遍都是8路10位，大大节约成本；
6、中断的种类更细更多，有20几个中断向量的比比皆是，定时器/计数器的功能，数量都更多。
使用STM8、ATmega8/16、PIC16F877、STC12C5A60S2这类的新型8位单片机，可以大大简化电路，节省成本，提高系统的可靠性。

② 单片机的发展应用

单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：
（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。
（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。
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1 单片机技术的发展特点
自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发
展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发
展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
单片机长寿命 这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作
十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展，
MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出
局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁，产量仍是上升的。这一方面是由
于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能
模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随
着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟,使单片机队伍
不断壮大,给用户带来了更多的选择余地。
8位、16位、32位单片机共同发展 这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来，单
片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品
进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。以Motorola 68K为CPU的32位单片机97年的
销售量达8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强，32位机越来越便宜，使16位
单片机生存空间有限，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅
度的增长。
单片机速度越来越快 MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志
的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺
牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时
序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多，Motorola单片机则使用了琐
相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08单片机使
用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M，而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡器频率
内部时钟可达16MHz以上。
低电压与低功耗 自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺代替，功耗得以
大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由3μm工艺发展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35
近而实现0.2μm工艺，全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选，都使功耗不断下降
。Motorola 最近推出任选的M.CORE 可在1.8V电压下以50M/48MIPS全速工作，功率约为
20mW。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也
越来越宽。一般单片机都能在3到6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采
取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的单片
机已经问世。
低噪声与高可靠性技术 为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工
作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取
了一些新的技术措施。如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了
“看门狗”的性能。Motorola也推出了低噪声的LN系列单片机。
OTP与掩膜 OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜
型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得
近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的
特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片
编程技术(In System Programming)。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴
技术，先焊在印刷板上，然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片
机编程。解决了批量写OTP 芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。使OTP的裸
片得以广泛使用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。
而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型，全部为有ISP功能的OTP。
MTP向OTP挑战 MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价位推出
他们的单片机，如ATMEL AVR单片机，片内采用FLASH，可多次编程。华邦公司生产的与
8051兼容的单片机也采用了MTP性能，OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，等安装
到印刷线路板上以后再下载程序。
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8051类单片机 最早由Intel公司推出的8051/31类单片机也是世界上用量最大的几种单
片机之一。由于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与PC类兼容的
高档芯片的开发上，8051类单片机主要由Philips、三星、华邦等公司接产。这些公司都
在保持与8051单片机兼容的基础上改善了8051许多特性(如时序特性)。提高了速度、降
低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。
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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 当今世界单片机应用与发展有什么不同

转自：嵌入开发技术论坛

计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。

在本文，介绍单片机的最新技术进步，包括数字单片机的工艺及技术，模糊单片机的工艺及技术，单片机的可靠性技术，以及以单片机为核心的嵌入式系统。

数字单片机的技术发展

数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。

1、 内部结构的进步

单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D /A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。

有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。

为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。

特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。

2、 功耗、封装及电源电压的进步

现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于 LMP1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于1～4MHz，这时功耗只有50?A。在LPM3 时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3?A。在LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1?A。

现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.5～2K程序存储器，25～128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D ，完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.3～5.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.2～6V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.2～6V的工作电压条件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。

3、 工艺上的进步

现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6?m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35?m甚至是0.25?m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。

以单片机为核心的嵌入式系统

单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是，Internet一向是一种采用肥服务器，瘦用户机的技术。这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的，但对于控制嵌入式器件就成了"杀鸡用牛刀"了。要实现嵌入式设备和Int ernet连接，就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可以和Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。

目前，为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连，已有多家公司在进行这方面的较多研究。这方面较为典型的有emWare公司和TASKING公司。

EmWare公司提出嵌入式系统入网的方案--EMIT技术。这个技术包括三个主要部分：即emMicro， emGateway和网络浏览器。其中，emMicro是嵌入设备中的一个只占内存容量1K字节的极小的网络服务器； emGateway作为一个功能较强的用户或服务器，它用于实现对多个嵌入式设备的管理，还有标准的Internet 通信接入以及网络浏览器的支持。网络浏览器使用emObjicts进行显示和嵌入式设备之间的数据传输。

如果嵌入式设备的资源足够，则emMicro和emGateway可以同时装入嵌入式设备中，实现Inter net的直接接入。否则，将要求emGateway和网络浏览器相互配合。EmWare的EMIT软件技术使用标准的 Internet协议对8位和16位嵌入式设备进行管理，但比传统上的开销小得多。

目前，单片机应用中提出了一个新的问题：这就是如何使8位、16位单片机控制的产品，也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连？

TASKING公司目前正在为解决这个问题提供了途径。该公司已把emWare的EMIT软件包和有关的软件配套集成，形成一个集成开发环境，向用户提供开发方便。嵌入互联网联盟ETI（embed the Internet Consortium）正在紧密合作，共同开发嵌入式Internet的解决方案。在不久将会有成果公布。

单片机应用的可靠性技术发展

在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：

1、 EFT（Ellectrical Fast Transient）技术

EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。Motorola公司的 MC68HC08系列单片机就采用了这种技术。

2、 低噪声布线技术及驱动技术

在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。

现在为了适应各种应用的需要，很多单片机的输出能力都有了很大提高，Motorola公司的单片机I/O口的灌拉电流可达8mA以上，而Microchip公司的单片机可达25mA。其它公司：AMD，Fujitsu，NEC ，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可达8～20mA的水平。这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在工作时带来了各种噪声，为了减少这种影响，现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法，并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻，以降低di/dt，这也就是所谓"跳变沿软化技术"，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。

3、 采用低频时钟

高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部琐相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。Motorola公司的MC68HC08系列及其1 6/32位单片机就采用了这种技术以提高可靠性。

结束语

单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：

·可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。

·所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。

·功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。

随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。

※ 作 者: lovexuan 2000-10-30 9:47:20 ※

④ 单片机在世界发达国家各个行业的广泛应用(举例说明)和国内的应用现状和趋势

一、单片机的发展过程
单片机诞生于20世纪70年代末,单片机的发展历史可划分
为以下几个阶段:
第一阶段(1974年~1976年):为单片机初级阶段,即SCM
单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段。主要是寻求
最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。因受工艺和集成
度的限制,单片机采用双片形式。例如:仙童公司的F8必须外接
一块3851电路才能构成一个完整的微型计算机。
第二阶段(1976年~1978年):为低性能单片机阶段,即单
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。此时的单片机由一块芯片构成,但性能
低、品种少。它具有CPU、并行口、定时器、RAM及ROM。这是
一个真正的单片机,但CPU功能不强,IO口种类和数量很少,
其ROM和RAM也很有限。只能应用于比较简单的场合。例如,
90年代中期以前的PC机键盘几乎无一例外地使用MCS-48
系列单片机作为控制部件。
第三阶段(1978年~1982年):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。②CPU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。
第四阶段(1982年~1990年):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AD转换部件、可靠性技术等应用到单片机
中,增强了外围电路功能,强化了智能控制的特征。
第五阶段(1990年~):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32位通用型单片机,以及小型廉
价的专用型单片机。
二、单片机的发展趋势
90年代后期至今单片机的发展可以说是进入了一个新的
阶段,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,发展趋势将是进
一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和
外围电路内装化等几个方面发展。其发展趋势主要有以下几个
方面:
1、CMOS化:近年,由于CHMOS技术的进步,大大地促进
了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具
有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也
是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。因为单片
机芯片多数是采用CMOS(金属栅氧化物)半导体工艺生产。
CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双
极型半导体工艺的TTL电路速度快,但功耗和芯片面积较大。
随着技术和工艺水平的提高,又出现了HMOS(高密度、高速度
MOS)和CHMOS工艺,CMOS和HMOS工艺的结合。目前生产
的CHMOS电路已达到LSTTL的速度,传输延迟时间小于2ns,
它的综合优势已在于TTL电路。因而,在单片机领域CMOS正
在逐渐取代TTL电路。
2、低功耗:单片机的功耗已到mA级,甚至到1uA以下;使
用电压在3~6V之间,完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅
是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品
的便携化、低电压化。几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等
省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽,一般在3~6V范
围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。目前0.
8V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性为提高单片机
的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼
容性方面更高标准的要求,各单片机厂家在单片机内部电路中
都采用了新的技术措施。
3、大容量化:传统的单片机片内程序存储器一般为1K~
8K,片内数据存储器为256字节以下。在某些复杂的应用上,片
内不论是程序存储器还是数据存储器都是容量不够,必须采用
外接方式进行扩充。而新型单片机(例如PHILIPSP89C66x)片
内程序存储器可达64K,片内数据存储器可达8K。今后,随着工
艺技术的不断发展,单片机片内存储器容量将进一步扩大。
4、单片机的高性能化:主要是指进一步提高CPU的性能,
加快指令运算速度,并加强了位处理功能、中断、定时功能。其主
频从4MHz~12MHz向0MHz(全静态)~40MHz以上发展。
同时采用流水线结构,让指令以队列形式出现在CPU中,从而
进一步提高运算速度。有的单片机基本采用了多流水线结构,这
类单片机的运算速度要比标准的单片机高出10倍以上。
5、外围电路内装化:这也是单片机发展的一个主流方面。随
着集成度的不断提高,使将各种功能器件集成在片内成为可能。
除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器计数器等外,
片内还可以根据需要集成如串行口、AD、DA,EEPROM、
PWM、看门狗(WatchDog)、液晶显示(LCD)驱动器等多种功
能部件。
6、增强IO口功能:为了减少外部驱动芯片,进一步增加单
片机并行口的驱动能力,现在有的单片机可直接输出较大电流
(20mA)和高电压,以便直接驱动显示器。为进一步加快IO的
传输速度,有的单片机设置了高速IO口,能以最快的速度捕捉
外部数据的变化,同时以最快的速度向片外输出数据。以适合数
据高速改变的场合。
随着集成工艺的不断发展,单片机一方面向集成度更高、体
积更小、功能更强、功耗更低方向发展,另一方面向32位以上及
双CPU方向发展。

⑤ 单片机有何作用，发展前景如何

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可....用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！....它主要是作为控制部分的核心部件。
它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。

单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。

可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

单片机的应用领域

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

2.在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3.在家用电器中的应用
可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

4.在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

5.单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

单片机学习：

目前，很多人对汇编语言并不认可。可以说，掌握用C语言单片机编程很重要，可以大大提高开发的效率。不过初学者如果不了解一下单片机的汇编语言，在单片机领域是比较致命的。如果不考虑单片机硬件资源，在KEIL中用C胡乱编程，结果只能是出了问题无法解决！可以肯定的说，最好的C语言单片机工程师都是从汇编走出来的编程者因为单片机的C语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电脑上的VC++什么的单片机的硬件资源不是非常强大，不同于我们用VC、VB等高级语言在台式PC上写程序毕竟台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑硬件资源的问题。

⑥ 单片机的发展历程和应用

MCU也叫微控制单元，又称作单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存（memory）、计数器（Timer）、USB、A／D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

单片机发展史及应用特点介绍

如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。本文将为大家讲解单片机的发展史及在很多领域的运用。

单片机出现的历史 并不长，但发展十分迅猛。 它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来，它的发展到目前为止大致可分为5个阶段。下面以Intel公司的单片机发展为代表加以介绍。

1971－1976

单片机发展的初级阶段。 1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管／片的4位微处理器Intel 4004， 并配有RAM、 ROM和移位寄存器， 构成了第一台MCS—4微处理器， 而后又推出了8位微处理器Intel 8008， 以及其它各公司相继推出的8位微处理器。

1976－1980

低性能单片机阶段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表， 采用将8位CPU、 8位并行I／O接口、8位定时／计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构， 虽然其寻址范围有限（不大于4 KB）， 也没有串行I／O， RAM、 ROM容量小， 中断系统也较简单， 但功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。

1980－1983

高性能单片机阶段。 这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口， 有多级中断处理系统， 多个16位定时器／计数器。片内RAM、 ROM的容量加大，且寻址范围可达64 KB，个别片内还带有A／D转换接口。

1983－80年代末

16位单片机阶段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS－96系列， 由于其采用了最新的制造工艺， 使芯片集成度高达12万只晶体管／片。

1990年代

单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。

单片机的应用特点分析

单片机发展史及应用特点介绍

按照单片机的特点，单片机的应用分为单机应用与多机应用。在一个应用系统中，只使用一片单片机称为单机应用。

（1） 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等， 达到测量与控制的目的。

（2） 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表， 促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。

（3） 机电一体化产品。单片机与传统的机械产品相结合， 使传统机械产品结构简化， 控制智能化。

（4） 智能接口。 在计算机控制系统， 特别是在较大型的工业测、控系统中， 用单片机进行接口的控制与管理， 加之单片机与主机的并行工作， 大大提高了系统的运行速度。

（5） 智能民用产品。 如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中， 单片机控制器的引入， 不仅使产品的功能大大增强， 性能得到提高， 而且获得了良好的使用效果。

（1） 功能集散系统。 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。

（2） 并行多机控制系统。 并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题， 以便构成大型实时工程应用系统。

（3） 局部网络系统。

单片机按应用范围又可分成通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的，例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中，又可按字长分为4位、8位、16／32位，虽然计算机的微处理器现在几乎是32／64位的天下，8位、16位的微处理器已趋于萎缩，但单片机情况却不同，8位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能能满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用16／32位，而在一般工业领域，8位通用型单片机，仍然是目前应用最广的单片机。

单片机发展史及应用特点介绍

总结：到目前为止，中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程，随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面，单片机课程的教学也有从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势，但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域，尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内急需单片机人才的行业。

⑦ 单片机主要用途是什么

单片机的应用

1、单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

2、单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。

例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。

3、单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。

4、单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。

单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。

5、单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。

综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

(7)单片机的发展与应用扩展阅读

单片机的组成：

它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间。

或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。

单片机的特点由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显着的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。