intel16单片机控制输出

1. 关于单片机的种类问题

单片机的分类Ⅰ 按生产厂家分
美国的英特尔(Intel) 公司、摩托罗拉（Motorola）公司、国家办导体(NS) 公司、Atmel公司、微芯片(Microchip) 公司、洛克威尔(Rockwell)公司、莫斯特克公司(Mostek)、齐洛格(Zilog)公司、仙童(Fairchid)公司、德州仪器(TI)公司等等。日本的电气(NS)公司、东芝(Toshiba)公司、富士通(Fujitsu)公司、松下公司、日立(Hitachi)公司、日电(NEC)公司、夏普公司等等。荷兰的飞利浦(Philips)公司。德国的西门子(Siemens)公司等等。
Ⅱ 按字长分（1）4-BIT 单片机
4 位单片机的控制功能较弱,CPU 一次只能处理4 位二进制数。这类单片机常用于计算器、各种形态的智能单元以及作为家用电器中的控制器。典型产品有NEC 公司的UPD 75××系列、NS 公司的COP400 系列、松下公司的MN1400 系列、ROCKWELL 公司的PPS/1系列、富士通公司的MB88 系列、夏普公司的SM××系列、Toshiba 公司的TMP47×××系列等等。
① 华邦公司的W741系列的4位单片机带液晶驱动,在线烧录,保密性高,低操作电压(1.2V~1.8V)。
② 东芝单片机的4位机在家电领域有很大市场。
（2）8-BIT 单片机
8 位单片机 8 位单片机的控制功能较强，品种最为齐全。和4 位单片机相比，它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源、并行I/O 接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面，普遍增设了乘除指令和比较指令。特别是8 位机中的高性能增强型单片机，除片内增加了A/D 和D/A 转换器外，还集成有定时器捕捉/比较寄存器、监视定时器(Watchdog)、总线控制部件和晶体振荡电路等。这类单片机由于其片内资源丰富和功能强大，主要在工业控制、智能仪表、家用电器和办公自动化系统中应用。代表产品有Intel 公司的MCS-48 系列和MCS-51 系列 、Microchip 公司的PIC16C××系列和PIC17C××系列以及PIC1400 系列、Motorola 公司的M68HC05 系列和M68HC11 系列、Zilog 公司的Z8 系列、荷兰Philips 公司的80C51 系列(同MCS-51 兼容)、Atmel公司的AT89 系列(同MCS-51 兼容)、NEC 公司的UPD78××系列等等。
1）51系列单片机
8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。应用的早，影响很大，已成为世界上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。
8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051片内有4k ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是所编的程序无法写入到其ROM中，只有将程序交芯片厂代为写入，并是一次性的，不能改写其内容。
8751与8051基本一样，但8751片内有4k的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再写入。
在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S52更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且，AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品种，除了完全兼容8051外，还多了ISP编程和看门狗功能。
ATMEL公司的51系列还有AT89C2051、AT89C1051等品种，这些芯片是在AT89C51的基础上将一些功能精简掉后形成的精简版。AT89C2051取掉了P0口和P2口，内部的程序FLASH存储器也小到2K，封装形式也由51的P40脚改为20脚，相应的价格也低一些，特别适合在一些智能玩具，手持仪器等程序不大的电路环境下应用；AT89C1051在2051的基础上，再次精简掉了串口功能等，程序存储器再次减小到1k，当然价格也更低。
51 单片机目前已有多种型号，市场上目前供货比较足的芯片还要算ATMEL 的51、52 芯片， HYUNDAI 的GMS97 系列，WINBOND 的78e52，78e58，77e58 等。
GMS97 系列是一次性烧写，一般只有大量生产的人才买。at89c51,52 因可以很容易地解密，一般人们只用它来做实验，或者用在一些即使解了密也无关紧要的场合。89c2051 只有20 腿，体积小巧，在一些简单应用和体积有限的场合得到广泛应用。
2）PIC系列单片机
由美国Microchip公司推出的PIC单片机系列产品，首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。
现在PIC系列单片机在世界单片机市场的份额排名中已逐年升位，尤其在8位单片机市场，据称已从1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC单片机从覆盖市场出发，已有三种(又称三层次)系列多种型号的产品问世，所以在全球都可以看到PIC单片机从电脑的外设、家电控制、电讯通信、智能仪器、汽车电子到金融电子各个领域的广泛应用。现今的PIC单片机已经是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。
① PIC 8位单片机的分类
PIC 8位单片机产品共有三个系列，即基本级、中级和高级。
a基本级系列该级产品的特点是低价位，如PIC16C5X，适用于各种对成本要求严格的家电产品选用。又如PIC12C5XX是世界第一个8脚的低价位单片机，因其体积很小，完全可以应用在以前不能使用单片机的家电产品的空间。
b中级系列该级产品是PIC最丰富的品种系列。它是在基本级产品上进行了改进，并保持了很高的兼容性。外部结构也是多种的，从8引脚到68引脚的各种封装，如PIC12C6XX。该级产品其性能很高，如内部带有A/D变换器、E2PROM数据存储器、比较器输出、PWM输出、I2C和SPI等接口。PIC中级系列产品适用于各种高、中和低档的电子产品的设计中。
c高级系列该系列产品如PIC17CXX，其特点是速度快，所以适用于高速数字运算的应用场合中，加之它具备一个指令周期内(160ns)可以完成8×8(位)二进制乘法运算能力，所以可取代某些DSP产品。再有PIC17CXX具有丰富的I/O控制功能，并可外接扩展EPROM和RAM，使它成为目前8位单片机中性能最高的机种之一。所以很适用于高、中档的电子设备中使用。
上述的三层次(级)的PIC 8位单片机还具有很高的代码兼容性，用户很容易将代码从某型号转换到另一个型号中。PIC 8位单片机具有指令少、执行速度快等优点，其主要原因是PIC系列单片机在结构上与其它单片机不同。该系列单片机引入了原用于小型计算机的双总线和两级指令流水结构。这种结构与一般采用CISC(复杂指令集计算机)的单片机在结构上是有不同的。
双总线结构
具有CISC结构的单片机均在同一存储空间取指令和数据，片内只有一种总线。这种总线既要传送指令又要传送数据(如图1－a所示)。因此，它不可能同时对程序存储器和数据存储器进行访问。因与CPU直接相连的总线只有一种，要求数据和指令同时通过，显然“乱套”，这正如一个“瓶颈”，瓶内的数据和指令要一起倒出来，往往就被瓶颈卡住了。所以具有这种结构的单片机，只能先取出指令，再执行指令(在此过程中往往要取数)，然后，待这条指令执行完毕，再取出另一条指令，继续执行下一条。这种结构通常称为冯•诺依曼结构，又称普林斯顿结构。
在这里PIC系列单片机采用了一种双总线结构，即所谓哈佛结构。这种结构有两种总线，即程序总线和数据总线。这两种总线可以采用不同的字长，如PIC系列单片机是八位机，所以其数据总线当然是八位。但低档、中档和高档的PIC系列机分别有12位、14位和16位的指令总线。这样，取指令时则经指令总线，取数据时则经数据总线，互不冲突。
② 两级指令流水线结构
由于PIC系列单片机采用了指令空间和数据空间分开的哈佛结构，用了两种位数不同的总线。因此，取指令和取数据有可能同时交叠进行，所以在PIC系列微控制器中取指令和执行指令就采用指令流水线结构。当第一条指令被取出后，随即进入执行阶段，这时可能会从某寄存器取数而送至另一寄存器，或从一端口向寄存器传送数等，但数据不会流经程序总线，而只是在数据总线中流动，因此，在这段时间内，程序总线有空，可以同时取出第二条指令。当第一条指令执行完毕，就可执行第二条指令，同时取出第3条指令，……如此等等。这样，除了第一条指令的取出，其余各条指令的执行和下一条指令的取出是同时进行的，使得在每个时钟周期可以获得最高效率。
在大多数微控制器中，取指令和指令执行都是顺序进行的，但在PIC单片机指令流水线结构中，取指令和执行指令在时间上是相互重叠的，所以PIC系列单片机才可能实现单周期指令。
只有涉及到改变程序计数器PC值的程序分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要两个周期。
此外，PIC的结构特点还体现在寄存器组上，如寄存器I/O口、定时器和程序寄存器等都是采用了RAM结构形式，而且都只需要一个周期就可以完成访问和操作。而其它单片机常需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。上述各项，就是PIC系列单片机能做到指令总数少，且大都为单周期指令的重要原因。
3）AVR系列单片机
AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
①AVR单片机的优势及特点
a AVR单片机易于入手、便于升级、费用低廉。 单片机初学者只需一条ISP下载线，把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入AVR单片机，即可以开发AVR单片机系列中的各种封装的器件。AVR单片机因此在业界号称“一线打天下”。 AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。AVR单片机可使用ISP在线下载编程方式(即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中)，不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等，即可进行所有AVR单片机的开发应用，这可节省很多开发费用。程序存储器擦写可达10000次以上，不会产生报废品。
b高速、低耗、保密。首先，AVR单片机是高速嵌入式单片机： AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。
c I/O口功能强,具有A/D转换等电路。AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流(灌电流)10mA～40mA,可直接驱动可控硅SSR或继电器，节省了外围驱动器件。AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。AVR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱(飞),提高了产品的抗干扰能力。
d 有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。
②AVR 8-Bit MCU的最大特点
与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特点是：
• 哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；
• 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；
• 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；
• 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；
• 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；
• 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；
• 大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。
（3）16-BIT 单片机
16 位单片机是在1983 年以后发展起来的。这类单片机的特点是：CPU是16 位的，运算速度普遍高于8 位机，有的单片机的寻址能力高达1MB，片内含有A/D 和D/A转换电路，支持高级语言。这类单片机主要用于过程控制、智能仪表、家用电器以及作为计算机外部设备的控制器等。典型产品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。
其中，以MSP430系列最为突出。它采用了精简指令集（ RISC ）结构，具有丰富的寻址方式（ 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
在运算速度方面， MSP430 系列单片机能在 8MHz 晶体的驱动下，实现 125ns 的指令周期。 16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。
MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用 6us 。
超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先， MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在 200~400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA 。
其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（ FLL 和 FLL+ ）时钟系统或 DCO 数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（ 32768Hz ） , 有的使用两个晶体振荡器）。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显着的不同。在系统中共有一种活动模式（ AM ）和五种低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗电为 0.7uA ，在节电方式下，最低可达 0.1uA 。
系统工作稳定 上电复位后，首先由 DCOCLK 启动 CPU ，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做 CPU 时钟 MCLK 时发生故障， DCO 会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
丰富的片上外围模块 MSP430 系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（ WDT ）、模拟比较器 A 、定时器 A （ Timer_A ）、定时器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 总线直接数据存取（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定时器（ Basic Timer ）等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器； 16 位定时器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕获 / 比较功能，大量的捕获 / 比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、 PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，最多达 6*8 条 I/O 口线； P0 、 P1 、 P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入； 12/14 位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达 200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件 I 2 C 串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（ DMA ）模块。 MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
方便高效的开发环境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片；对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 JTAG 调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到 FLASH 内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和 C 语言。
MSP430 单片机目前主要以 FLASH 型为主。
（4）32-BIT 单片机
32 位单片机的字长为32 位，是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。近年来，随着家用电子系统的新发展，32 位单片机的市场前景看好。
继16 位单片机出现后不久，几大公司先后推出了代表当前最高性能和技术水平的32 位单片微机系列。32 位单片机具有极高的集成度，内部采用新颖的RISC（精简指令系统计算机）结构，CPU 可与其他微控制器兼容，主频频率可达33MHz 以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时/事件控制系统、同步/异步通信控制系统。代表产品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H(简称SH)系列等等。
这类单片机主要应用于汽车、航空航天、高级机器人、军事装备等方面。它代表着单片机发展中的高、新技术水平。
ARM在32位MCU中的主流地位是毫无疑问的。ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术智能财产（IP）核心的处理器，即我们通常所说的ARM处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场，ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面，我们甚至可以说，ARM于人类的生活环境中，已经是不可或缺的一环。
目前市面上常见的ARM处理器架构，可分为ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在进行开发验证，市面上还未有相关产品推出。ARM也是嵌入式处理器中首先推出多核心架构的厂商。
ARM首个多核心架构为ARM11 MPCore，架构于原先的ARM11处理器核心之上。ARM11核心是发布于2002年10月份，为了进一步提升效能，其管线长度扩展到8阶，处理单元则增加为预取、译码、发送、转换／MAC1、执行／MAC2、内存存取／MAC3和写入等八个单元，体系上属于ARM V6指令集架构。ARM11采用当时最先进的0.13μm制造制程，运行频率最高可达500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作频率能够轻松达到1GHz以上—对于嵌入式处理器来说，这显然是个相当惊人的程度，不过显然1GHz在ARM11体系中不算是个均衡的设定，因此几乎没有厂商推出达到1GHz的ARM11架构处理器。
ARM11的逻辑核心也经过大量的改进，其中最重要的当属“静／动态组合转换的预测功能”。ARM11的执行单元包含一个64位、4种状态的地址转换缓冲，它主要用来储存最近使用过的转换地址。当采用动态转换预测机制而无法在寻址缓冲内找到正确的地址时，静态转换预测功能就会立刻接替它的位置。在实际测试中，单纯采用动态预测的准确率为88％，单纯采用静态预测机制的准确率只有77％，而ARM11的静／动态预测组合机制可实现92％的高准确率。针对高时脉速度带来功耗增加的问题，ARM11采用一项名为“IEM（Intelligent Energy Manager）”的智能电源管理技术，该技术可根据任务负荷情况动态调节处理器的电压，进而有效降低自身的功耗。这一系列改进让ARM11的功耗效能比得以继续提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取时为0.8mW）的电力，处理器的最高效能可达到660 Dhrystone MIPS，远超过上一代产品。
Ⅲ 按制造工艺分
① HMOS 工艺 高密度短沟道MOS 工艺,具有高速度、高密度的特点。
② CHMOS(或HCMOS)工艺 互补的金属氧化物的HMOS 工艺，是CMOS 和HMOS 的结合，具有高密度、高速度、低功耗的特点。Intel 公司产品型号中若带有字母“C” ，Motorola 公司产品型号中若带有字母“HC”或“L” ，通常为CHMOS 工艺。

2. CPU和单片机区别在哪

随着嵌入式科技的发展 CPU 和 单片机 无明显的界限，单片机外形有DIP封装 也有 SMT 封装的，CPU一般都是 SMT封装的。
其实在单片机系统里，单片机就是CPU。单片机就是在一块硅片上集成了中央处理器，随机存储器，程序存储器，定时器和各种I/O接口，也就是说集成在一块芯片上的计算机。单片机的主要特点是体积比较小，重量轻，再加上良好的抗干扰性和可靠性，单片机已经成为工业控制的不可缺少的器件之一处理能力上单片机肯定赶不上CPU

3. MCU简介及详细资料

发展历渗液史

​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只电晶体/片的4位微处理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位暂存器, 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晶片上的单片结构, 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慧型化仪器、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, 使晶片集成度高达12万只电晶体/片。

1990年代

单片机在集成度、功能、速度、可靠性、套用领域等全方位向更高水平发展。

按照单片机的特点，单片机的套用分为单机套用与多机套用。在一个套用系统中，只使用一片单片机称为单机套用。单片机的单机套用的范围包括:

(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) 智慧型仪表。 用单片机改造原有的测量、誉宽控制仪表, 促进仪表向数位化、智慧型化、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, 控制智慧型化。

(4) 智慧型接口。 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) 智慧型民用产品。 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。

单片机的多机套用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网路系统。

(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定的多机系统。

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

(3) 局部网路系统。

单片机按套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。在通用型的单片庆喊亮机中，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，仍然是目前套用最广的单片机。

到目前为止，中国的单片机套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、智慧型玩具、智慧型家电、医疗设备等行业都是国内急需单片机人才的行业。行业高端目前有超过10余万名从事单片机开发套用的工程师，但面对嵌入式系统工业化的潮流和我国大力推动建设"嵌入式软体工厂"的机遇，我国的嵌入式产品要溶入国际市场，形成产业，则必将急需大批单片机套用型人才，这为高职类学生从事这类高技术行业提供了巨大机会。

主要分类

按用途分类:

通用型:将可开发的资源(ROM、RAM、I/O、 EPROM)等全部提供给用户。

专用型:其硬体及指令是按照某种特定用途而设计，例如录音机机芯控制器、印表机控制器、电机控制器等。

按其基本操作处理的数据位数分类:

根据汇流排或数据暂存器的宽度，单片机又分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位单片机。4位MCU大部份套用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD播放器、LCD驱动控制器、LCD游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等;8位MCU大部份套用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器(CallerID)、电话录音机、CRT显示器、键盘及USB等;8位、16位单片机主要用于一般的控制领域，一般不使用作业系统， 16位MCU大部份套用在行动电话、数字相机及摄录放影机等;32位MCU大部份套用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN电话、雷射印表机与彩色传真机; 32位用于网路操作、多媒体处理等复杂处理的场合，一般要使用嵌入式作业系统。64位MCU大部份套用在高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器(如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy)及高级终端机等。

8位MCU工作频率在16~50MHz之间，强调简单效能、低成本套用，在目前MCU市场总值仍有一定地位，而不少MCU业者也持续为8bit MCU开发频率调节的节能设计，以因应绿色时代的产品开发需求。

16位MCU，则以16位运算、16/24位寻址能力及频率在24~100MHz为主流规格，部分16bit MCU额外提供32位加/减/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出现并持续降价及8bit MCU简单耐用又便宜的低价优势下，夹在中间的16bit MCU市场不断被挤压，成为出货比例中最低的产品。

32位MCU可说是MCU市场主流，单颗报价在1.5~4美元之间，工作频率大多在100~350MHz之间，执行效能更佳，套用类型也相当多元。但32位MCU会因为运算元与记忆体长度的增加，相同功能的程式代码长度较8/16bit MCU增加30~40%，这导致内嵌OTP/FlashROM记忆体容量不能太小，而晶片对外脚位数量暴增，进一步局限32bit MCU的成本缩减能力。

内嵌程式存储器类型

下面以51单片机为例(MCS-51系列MCU是我国使用最多的单片机)，根据其内部存储器的类型不同可以分为以下几个基本型:

1.无ROM型 :8031

2.ROM型:8051

3.EPROM型:8751

4.EEPROM 型:8951

5.增强型:8032/8052/8752/8952/C8051F

MCU按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。对于无片内ROM型的晶片，必须外接EPROM才能套用(典型晶片为8031)。带片内ROM型的晶片又分为片内EPROM型(典型晶片为87C51)、MASK片内掩模ROM型(典型晶片为8051)、片内FLASH型(典型晶片为89C51)等类型，一些公司还推出带有片内一次性可程式ROM(One Time Programming, OTP)的晶片(典型晶片为97C51)。MASKROM的MCU价格便宜，但程式在出厂时已经固化，适合程式固定不变的套用场合;FLASH ROM的MCU程式可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的套用场合或做开发用途;OTPROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可程式能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的套用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。

由于MCU强调是最大密集度与最小晶片面积，以有限的程式代码达成控制功能，因此当今MCU多半使用内建的MaskROM、OTP ROM、EEPROM或Flash记忆体来储存韧体码，MCU内建Flash记忆体容量从低阶4~64KB到最高阶512KB~2MB不等。

存储器结构

MCU根据其存储器结构可分为哈佛(Harvard)结构和冯▪诺依曼(Von Neumann)结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分:一个中央处理器核心，程式存储器(唯读存储器或者快闪记忆体)、数据存储器(随机存储器)、一个或者更多的定时/计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出连线端口，所有这些都被集成在单个积体电路晶片上。

指令结构

MCU根据指令结构又可分为CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)和RISC(Reced Instruction Set Comuter,精简指令集计算机微控制器)

技术原理

MCU同温度感测器之间通过I2C汇流排连线。I2C汇流排占用2条MCU输入输出口线，二者之间的通信完全依靠软体完成。温度感测器的地址可以通过2根地址引脚设定，这使得一根I2C汇流排上可以同时连线8个这样的感测器。本方案中，感测器的7位地址已经设定为1001000。MCU需要访问感测器时，先要发出一个8位的暂存器指针，然后再发出感测器的地址(7位地址，低位是WR信号)。感测器中有3个暂存器可供MCU使用，8位暂存器指针就是用来确定MCU究竟要使用哪个暂存器的。本方案中，主程式会不断更新感测器的配置暂存器，这会使感测器工作于单步模式，每更新一次就会测量一次温度。

要读取感测器测量值暂存器的内容，MCU必须首先传送感测器地址和暂存器指针。MCU发出一个启动信号，接着发出感测器地址，然后将RD/WR管脚设为高电平，就可以读取测量值暂存器。

为了读出感测器测量值暂存器中的16位数据，MCU必须与感测器进行两次8位数据通信。当感测器上电工作时，默认的测量精度为9位，分辨力为0.5 C/LSB(量程为-128.5 C至128.5 C)。本方案采用默认测量精度，根据需要，可以重新设定感测器，将测量精度提高到12位。如果只要求作一般的温度指示，比如自动调温器，那么分辨力达到1 C就可以满足要求了。这种情况下，感测器的低8位数据可以忽略，只用高8位数据就可以达到分辨力1 C的设计要求。由于读取暂存器时是按先高8位后低8位的顺序，所以低8位数据既可以读，也可以不读。唯读取高8位数据的好处有二，第一是可以缩短MCU和感测器的工作时间，降低功耗;第二是不影响分辨力指标。

MCU读取感测器的测量值后，接下来就要进行换算并将结果显示在LCD上。整个处理过程包括:判断显示结果的正负号，进行二进制码到BCD码的转换，将数据传到LCD的相关暂存器中。

数据处理完毕并显示结果之后，MCU会向感测器发出一个单步指令。单步指令会让感测器启动一次温度测试，然后自动进入等待模式，直到模数转换完毕。MCU发出单步指令后，就进入LPM3模式，这时MCU系统时钟继续工作，产生定时中断唤醒CPU。定时的长短可以通过编程调整，以便适应具体套用的需要。

主要区别

在20世纪最值得人们称道的成就中，就有积体电路和电子计算机的发展。20世纪70年代出现的微型计算机，在科学技术界引起了影响深远的变革。在70年代中期，微型计算机家族中又分裂出一个小小的派系--单片机。随着4位单片机出现之后，又推出了8位的单片机。MCS48系列，特别是MCS51系列单片机的出现，确立了单片机作为微控制器(MCU)的地位，引起了微型计算机领域新的变革。在当今世界上，微处理器(MPU)和微控制器(MCU)形成了各具特色的两个分支。它们互相区别，但又互相融合、互相促进。与微处理器(MPU)以运算性能和速度为特征的飞速发展不同，微控制器(MCU)则是以其控制功能的不断完善为发展标志的。

CPU(Central Processing Unit，中央处理器)发展出来三个分枝，一个是DSP(Digital Signal Processing/Processor，数位讯号处理)，另外两个是MCU(Micro Control Unit，微控制器单元)和MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)。

MCU集成了片上外围器件;MPU不带外围器件(例如存储器阵列)，是高度集成的通用结构的处理器，是去除了集成外设的MCU;DSP运算能力强，擅长很多的重复数据运算，而MCU则适合不同信息源的多种数据的处理诊断和运算，侧重于控制，速度并不如DSP。MCU区别于DSP的最大特点在于它的通用性，反应在指令集和寻址模式中。DSP与MCU的结合是DSC，它终将取代这两种晶片。

1.对密集的乘法运算的支持

GPP不是设计来做密集乘法任务的，即使是一些现代的GPP，也要求多个指令周期来做一次乘法。而DSP处理器使用专门的硬体来实现单周期乘 法。DSP处理器还增加了累加器暂存器来处理多个乘积的和。累加器暂存器通常比其他暂存器宽，增加称为结果bits的额外bits来避免溢出。同时，为了 充分体现专门的乘法-累加硬体的好处，几乎所有的DSP的指令集都包含有显式的MAC指令。

2. 存储器结构

传统上，GPP使用冯.诺依曼存储器结构。这种结构中，只有一个存储器空间通过一组汇流排(一个地址汇流排和一个数据汇流排)连线到处理器核。通常，做一次乘法会发生4次存储器访问，用掉至少四个指令周期。

大多数DSP采用了哈佛结构，将存储器空间划分成两个，分别存储程式和数据。它们有两组汇流排连线到处理器核，允许同时对它们进行访问。这种安排将处理器存储器的频宽加倍，更重要的是同时为处理器核提供数据与指令。在这种布局下，DSP得以实现单周期的MAC指令。

典型的高性能GPP实际上已包含两个片内高速快取，一个是数据，一个是指令，它们直接连线到处理器核，以加快运行时的访问速度。从物理上说，这种片内的双存储器和汇流排的结构几乎与哈佛结构的一样了。然而从逻辑上说，两者还是有重要的区别。

GPP使用控制逻辑来决定哪些数据和指令字存储在片内的高速快取里，其程式设计师并不加以指定(也可能根本不知道)。与此相反，DSP使用多个片内 存储器和多组汇流排来保证每个指令周期记忆体储器的多次访问。在使用DSP时，程式设计师要明确地控制哪些数据和指令要存储在片记忆体储器中。程式设计师在写程式时，必 须保证处理器能够有效地使用其双汇流排。

此外，DSP处理器几乎都不具备数据高速快取。这是因为DSP的典型数据是数据流。也就是说，DSP处理器对每个数据样本做计算后，就丢弃了，几乎不再重复使用。

3.零开销循环

如果了解到DSP算法的一个共同的特点，即大多数的处理时间是花在执行较小的循环上，也就容易理解，为什么大多数的DSP都有专门的硬体，用于 零开销循环。所谓零开销循环是指处理器在执行循环时，不用花时间去检查循环计数器的值、条件转移到循环的顶部、将循环计数器减1。

与此相反，GPP的循环使用软体来实现。某些高性能的GPP使用转移预报硬体，几乎达到与硬体支持的零开销循环同样的效果。

4.定点计算

大多数DSP使用定点计算，而不是使用浮点。虽然DSP的套用必须十分注意数字的精确，用浮点来做应该容易的多，但是对DSP来说，廉价也是非 常重要的。定点机器比起相应的浮点机器来要便宜(而且更快)。为了不使用浮点机器而又保证数字的准确，DSP处理器在指令集和硬体方面都支持饱和计算、舍 入和移位。

5.专门的寻址方式

DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模组(循环)寻址(对实现数字滤波器延时线很有用)、位倒序寻址(对FFT很有用)。这些非常专门的寻址模式在GPP中是不常使用的，只有用软体来实现。

6.执行时间的预测

大多数的DSP套用(如蜂窝电话和数据机)都是严格的实时套用，所有的处理必须在指定的时间内完成。这就要求程式设计师准确地确定每个样本需要多少处理时间，或者，至少要知道，在最坏的情况下，需要多少时间。如果打算用低成本的GPP去完成实时信号处理的任务，执行时间的预测大概不会成为什么问题，应为低成本GPP具有相对直接的结构，比较容易预测执行时间。然而，大多数实时DSP套用所要求的处理能力是低成本GPP所不能提供的。 这时候，DSP对高性能GPP的优势在于，即便是使用了高速快取的DSP，哪些指令会放进去也是由程式设计师(而不是处理器)来决定的，因此很容易判断指令是从高速快取还是从存储器中读取。DSP一般不使用动态特性，如转移预测和推理执行等。因此，由一段给定的代码来预测所要求的执行时间是完全直截了当的。从而使程式设计师得以确定晶片的性能限制。

7.定点DSP指令集

定点DSP指令集是按两个目标来设计的:使处理器能够在每个指令周期内完成多个操作，从而提高每个指令周期的计算效率。将存贮DSP程式的存储器空间减到最小(由于存储器对整个系统的成本影响甚大，该问题在对成本敏感的DSP套用中尤为重要)。为了实现这些目标，DSP处理器的指令集通常都允许程式设计师在一个指令内说明若干个并行的操作。例如，在一条指令包含了MAC操作，即同时的一个或两个数据移动。在典型的例子里，一条指令就包含了计算FIR滤波器的一节所需要的所有操作。这种高效率付出的代价是，其指令集既不直观，也不容易使用(与GPP的指令集相比)。 GPP的程式通常并不在意处理器的指令集是否容易使用，因为他们一般使用象C或C++等高级语言。而对于DSP的程式设计师来说，不幸的是主要的DSP应用程式都是用汇编语言写的(至少部分是汇编语言最佳化的)。这里有两个理由:首先，大多数广泛使用的高级语言，例如C，并不适合于描述典型的DSP算法。其次， DSP结构的复杂性，如多存储器空间、多汇流排、不规则的指令集、高度专门化的硬体等，使得难于为其编写高效率的编译器。 即便用编译器将C原始码编译成为DSP的汇编代码，最佳化的任务仍然很重。典型的DSP套用都具有大量计算的要求，并有严格的开销限制，使得程式的最佳化必不可少(至少是对程式的最关键部分)。因此，考虑选用DSP的一个关键因素是，是否存在足够的能够较好地适应DSP处理器指令集的程式设计师。

8.开发工具的要求

因为DSP套用要求高度最佳化的代码，大多数DSP厂商都提供一些开发工具，以帮助程式设计师完成其最佳化工作。例如，大多数厂商都提供处理器的仿真工具，以准确地仿真每个指令周期内处理器的活动。无论对于确保实时操作还是代码的最佳化，这些都是很有用的工具。 GPP厂商通常并不提供这样的工具，主要是因为GPP程式设计师通常并不需要详细到这一层的信息。GPP缺乏精确到指令周期的仿真工具，是DSP套用开发者所面临的的大问题:由于几乎不可能预测高性能GPP对于给定任务所需要的周期数，从而无法说明如何去改善代码的性能。

套用大会

MCU技术创新与嵌入式套用大会是伴随着高交会电子展一起开展的一个有关MCU技术的交流套用论坛。由深圳市创意时代会展有限公司承办，内容上安排通常是上午由国内专业人士对mcu知识和创新套用进行演讲，下午论坛，自由畅谈交流技术及行业趋势等。

第四届

时间: 2012年8月21日

地点: 深圳会展中心

相关展会: 2012年嵌入式系统展

大会全称: 第四届MCU技术创新与嵌入式套用大会

支持媒体: 电子展览网

主题演讲(上午):

从MCU到SoC

MCU技术的融合、开放与创新

将嵌入式系统无缝升级32位MCU

更绿色可靠的嵌入式设计，等

分论坛(下午)深入更多嵌入式套用市场:

分论坛1: 家用电器/智慧型家居

分论坛2: 人机界面/IPC

分论坛3: 电机控制

第三届

将重点呈现:嵌入式世界创新关键 及 中国企业产品升级转型所需MCU与嵌入式方案。

时间:2011年11月18日

地点:深圳

主办单位:第十三届深圳高交会电子展组委会

承办单位:创意时代会展 电子展览网

主题演讲(上午)内容包括:

多核MCU发展趋势

MCU到SoC

智慧型系统的安全性与可靠性等

MCU!MCU!2011触角深入最新套用市场(下午):

分论坛1: 家用电器/智慧型家居

分论坛2: 智慧型计量

分论坛3: 人机界面/IPC

分论坛4: 电机控制

以往回顾

2009年有460多为专业人士出席

2010年有606位专业人士出席

2010年专业听众分析

MCU!MCU!2010吸引了来自IBM、西门子、研祥、艾默生、TCL、创维、康佳、美的、中兴、联想、富士康、伟创力、比亚迪等上百家国内外知名企业606位技术及管理人员到会参与:

专业听众中研发技术人员超过了一半

技术研发人员占到52%，其次是中、高层管理人员占33%;少部分为市场/行销人员，占13%，其他占2%

专业听众从事的领域分布 参会人员所在的企业，消费电子占37%;工业电子占24%;嵌入式系统设计占22%;医疗电子占19%;汽车电子，嵌入式软体开发，各占15%;家电14%;手机与通讯11%;IT与网路10%;其他占9%。

4. 常用单片机的型号

常用单片机的型号有8 位单片机、16位单片机、32位单片机。

1、8 位单片机

这类单片机的控制功能较强，品种最为齐全，由于其片内资源丰富和功能强大，主要在工业控制、智能仪表、家用电器和办公自动化系统中应用。

2、16位单片机

CPU是16 位的，运算速度普遍高于8 位机，有的单片机的寻址能力高达1MB，片内含有A/D 和D/A转换电路，支持高级语言。

3、32位单片机

32位单片机的字长为32位，是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。代表产品有Intel公司的MCS-80960系列、Motorola公司的M68300系列、Hitachi公司的Super H(简称SH)系列等。

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单片机的特点

1、低功耗3种低功耗模式

休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。

2、调试模式

串行调试(SWD)和JTAG接口。

3、DMA

12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。3个12位的us级的A/D转换器(16通道)

4、A/D测量范围

0-3.6V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。

5. 单片机类型有哪些

按总线分有：8位机、16位机、32位机、64位机。

单片机的发展先后经历了4位、8位、16位和32位等阶段。8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域，8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。

80年代初，Intel公司推出了8位的MCS-51系列的单片机。MCS-51单片机的逻辑部件，包括一个8位CPU及片内振荡器、 80514B掩膜ROM、87514KBEPROM、8031无ROM。

特殊功能寄存 器SFR128BRAM、定时器/计数器T0及T1、并行I/O接口：P0、P1、P2、P3；串行接口：TXD、RXD；中断系统：INT0，INT1。

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硬件特征

1、单片机的体积比较小， 内部芯片作为计算机系统，其结构简单，但是功能完善，使用起来十分方便，可以模块化应用。

2、单片机有着较高的集成度，可靠性比较强，即使单片机处于长时间的工作也不会存在故障问题。

3、单片机在应用时低电压、低能耗，是人们在日常生活中的首要选择， 为生产与研发提供便利。

4、单片机对数据的处理能力和运算能力较强，可以在各种环境中应用，且有着较强的控制能力。