单片机国内发展趋势

‘壹’ 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。

‘贰’ 单片机的发展方向有哪些

MCU行业主要上市公司：兆易创新(603986)、中颖电子(300327)、乐鑫科技(688018)、晟矽微电(430276)、国民技术(300077)、上海贝岭(600171)等

本文核心数据：MCU应用领域、电子信息业收入、市场规模

目前消费电子MCU市场份额达26%

2020年，国内MCU产品应用领域中，消费电子领域的市场份额占比最大，市场份额达26%。其次依次为计算机与网络、汽车电子、IC卡、工业控制等领域。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国MCU行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

‘叁’ 单片机发展方向是什么

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。

6、在各种大型电器中的模块化应用

某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。

7、单片机在汽车设备领域中的应用

单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。

‘肆’ 单片机的发展发展方向

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 ※

‘伍’ 单片机的发展趋势

现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2.微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3.主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。