Ⅰ 单片机的详细发张历史
单片机发展史
【摘要】单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向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。关键词 微型计算机 8位单片机 发展趋势一、单片机发展历程
（1）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）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。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。（2）MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最着名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。（3）单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。二、以8位单片机为起点
（1）第一阶段（1976-1978）：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。 （2）第二阶段（1978-1982）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。 （3）第三阶段（1982-1990）：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A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 （4）第四阶段（1990—）：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。三、单片机的发展趋势
（1）CMOS化 近年，由于CHMOS技术的进小，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。CHMOS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）低功耗化 单片机的功耗已从Ma级，甚至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。（3）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。（4）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，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。大容量化 以往单片机内的ROM为1KB~4KB，RAM为64~128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。（5）高性能化 主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。（6）小容量、低价格化 与上述相反，以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I C、SPI等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。四、总结
随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS –51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多着名IC制造厂商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
Ⅱ 为止单片机经过了哪几个发展阶段
（1）第一阶段（1974—1976年）：制造工艺落后，集成度低，而且采用了双片形式。典型的代表产品有Fairchild公司的F8系列。
（2）第二阶段（1977—1978年）：在单片芯片内集成CPU、并行口、定时器/计数器、RAM和ROM等功能部件，但性能低，品种少，应用范围也不是很广。典型的产品有Intel公司的MCS-48系列。
（3）第三阶段（1979—1982年）： 8位单片机成熟的阶段。其存储容量和寻址范围增大，而且中断源、并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并且集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面增设了乘除法、位操作和比较指令。
（4）第四阶段（1983年至今）： 16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。16位机的工艺先进，集成度高，内部功能强，运算速度快，而且允许用户采用面向工业控制的专用语言。
近年来出现的32位单片机，是单片机的顶级产品，具有较高的运算速度。代表产品有Motorola公司的M68300系列和Hitachi（日立）公司的SH系列、ARM等。
Ⅲ 单片机的发展分为几个阶段
单片机的发展历程可以分为四个关键阶段。
在第一个阶段，从1974年开始，单片机技术尚处于初级阶段。受限于当时的制造工艺，单片机通常以双片形式出现，且功能较为单一。例如，仙童公司的F8单片机仅包含8位CPU、64字节RAM和2个并行I/O口，需额外加一块3851（包含1K ROM、定时/计数器和2个并行I/O口）才能构成完整微型计算机系统。
进入1976年后，单片机进入低性能阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，这一时期的单片机采用了单片结构，集成了8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM和ROM等组件。但其缺乏串行I/O口，中断处理能力也相对简单，片内RAM和ROM容量较小，通常不超过4K字节。
1978年，单片机发展至高性能阶段。这类单片机配备了串行I/O，支持多级中断处理，16位定时/计数器，片内RAM和ROM容量显着增加，寻址范围可达64K字节。一些代表性的单片机包括Intel的MCS-51、Motorola的6801和Zilog的Z8等。
1982年，16位单片机阶段开启，进一步提升了处理能力。Intel公司的MCS-96是这一阶段的代表，其CPU位宽为16位，集成度高达120000管子/片，主振幅为12MHz，片内RAM容量为232字节，ROM容量为8K字节，支持8级中断处理。此外，该单片机还集成了多通道10位A/D转换器和高速输入/输出部件（HSIO），极大地增强了实时处理能力。
随着时间的推移，高性能单片机不断改进和发展，其应用领域也在不断扩大。
Ⅳ 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。
Ⅳ 单片机的发展分为（ ）几个阶段
单片机的发展分为三个阶段：
一、SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段；
1）主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
2）“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。
二、MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段；
1）主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。
2）它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
3）从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最着名的厂家当数Philips公司。
4）Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
三、单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；
1）因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。
2）因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。