单片机的发展综述

文 献 检 索 报 告（20102011学年第二学期）2011年4月16日刘翀电子信息与自动化学院电气工程及其自动化专业指导教师：陈大辉文献综述单片机发展过程及未来走向综述刘翀（天津科技大学，电子信息与自动化学院，天津，）摘要：单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算用途发展中发现并发展了另一重要用途智能化控制。它集成度高、体积小、功能强、速度快、功耗低、抗干扰能力强、使用方便、性价比高、容易产品化。在很多行业得到广泛应用。比如：智能仪器仪表、工业测控、家电、骑车、航空航天器等。本文对单片机的发展过程与应用情况作了较详细的论述，着重说明了该技术的未来发展前景及方向，对未来单片机发展的走向有一定的指导作用。关键词：单片机 应用 发展中图分类号：TP3681.单片机的定义单片机（Single Chip Micro Controller）是由单块芯片组成的微型计算机。它是将中央处理器（CPU）、数据存贮器（RAM）、程序存贮器（ROM）、输入/输出（I/O）接口、定时/计数器（T/C）等电路集成在一块芯片上的微控制器（Micro Controller参考文献：1 纪宗南单片机发展的新动态J电子天府，2005(5)。内部集成了相当于微处理器的电路具有微处理器的功能更有微处理器所不具备的功能，它可单独的完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征2 张亚林单片机的发展及种类J科学与管理，2010(4)。2.单片机的特点尽管单片机的品种繁多，性能各异，但纵观国内外单片机市场和发展动态，这些单片机具有以下几个特点：2.1.速度快高速运行是 单片机发展的重要特点之一，也是单片机市场竞争的焦点。单片机的工作速度是指单片机执行指令所花费的时间，其单位为MI/s（Million Instructions Per Second），即兆条指令/秒。当晶振频率相同时，不同型号的单片机其内部指令执行速度差别是很大的，因此要正确衡量不同类型单片机的工作速度，就必须看它们在同一晶振频率下MI/s值是多少二不能只看它们晶振频率的最大值。早期单片机的指令速度都不高，通常在1MI/s以下，随着大规模集成技术和计算机新工艺的发展，单片机的指令执行速度不断提高，目前已达到10MI/s，这对于一般工控领域和小型智能系统已足够使用。2.2.集成度高集成度是衡量单片机性能的重要参数之一。单片机集成度的提高，不仅能改善芯片的性能，而且能简化单片机最小系统的设计，优化系统结构，从而达到提高性价比，拓宽应用领域的目的。2.3.功耗低功耗是单片机最重要的电参数之一，目前，降低单片机功耗的方法很多，通常采用先进的COMS电路和低电压供电技术及软件措施。(1)COMS电路COMS电路是COMS数字继承电路(Complementary Metal Oxide Semiconductor)的简称。COMS电路具有功耗极低、噪声容限高和工作电压范围宽等优点，因此，广泛应用于单片机和其他集成电路中，母亲啊几乎渗透到所有哦应用领域，而且越来越显示出其优越性。(2)低电压供电单片机及其组成的最小系统，其供电电压越低，功耗越小，耗电也越小，反之，功耗越大，耗电也越高。例如，当供电电压从+5V下降到+4V时，80C31最小系统功耗也从58mW下降到43mW3 纪宗南单片机发展的新动态J电子天府，2005(5)。2.4.寿命长这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠的工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命4 王广才，门占楼单片机技术的应用与发展J黑龙江科技信息，2004(2)。3.单片机的种类单片机的种类很多，琳琅满目，产品性能各异。世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，他么各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地为了更好的利用和发展单片机，我们可以根据不同的需求和特点进行分类：1、按应用领域可分为：家电类，工控类，通信类，个人信息终端类等等；2、按通用性可分为：通用型和专用型。通用型的主要特点是：内部资源比较丰富，性能全面，可覆盖多种应用要求，可以应用在非常广泛的领域。专用型单片机的主要特点是：针对某一种产品或某一种控制应用而专门设计的，设计时已使结构最优，软硬件应用最优，可靠性及应用成本最佳。专用型单片机功能比较专一，针对不同的产品，功能从强到弱应有尽有。3、按总线结构可分为总线型和非总线型；4、根据指令集可以分成CISC（集中指令集）和RISC（精简指令集）两类。一般RISC型单片机主要用于控制关系较简单的小家电；CISC单片机主要用于控制关系较复杂的场合，如通讯产品、工业控制系统。不过，RISC单片机的迅速完善，起增强型在控制关系复杂的场合也毫不逊色。5、根据程序存储方式的不同，可以把单片机分为EPROM、OTP（一次可编程）、QTP（）掩膜、FLASH存储器四种5 张亚林单片机的发展及种类J科学与管理，2010(4)。4.单片机的发展历程单片机诞生于20世纪70年代，1974年Fairchild（仙童）公司研制出第一台卫星计算机F8。.此时集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处于发展的初级阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM，有的还包括一些简单的I/O口集成到芯片上，像Fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。1976你那Intel公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛应用。这一阶段，单片机被正式命名为Single Chip Microcomputer，即单片微型计算机。总的来说，这一时期的单片机性能较弱属于低、中档产品。1982年以后，16位单片机问世，例如Intel公司的MCS-96系列。16为单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，RAM增加到232字节，RAM则达到了8KB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的测控系统。现在，单片机发展迅速，按操作处理的基本数据位数来看已经有4位、8位、16位、32位、甚至64位。单片机设计生产周期缩短、成本下降、应用领域拓宽，开始向专用型单片机发展。但其功能强、兼容性强、可靠性高的品质是不会变的6 张亚林单片机的发展及种类J科学与管理，2010(4)。5.单片机的发展趋势5.1低功耗COMS化随着对单片机功耗的要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了COMS（互补金属氧化物半导体工艺）。80C51就采用了HMOS（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）。COMS虽然功耗较低，但由于放弃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，更适合在要求低功耗，电池供电的应用场合。所以这种工艺僵尸今后一段时期单片机发展的主要途径。5.2 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、定是电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路、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，这就要求单片机出了功能强和功耗低之外，还要求体积要小。现在的许多胆前级都有具有多种封装形式，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。5.3 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，而其他公司的产品也会占有一席之地。在一定时期内，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。5.4 大容量、高性能以往单片机内的ROM为1KB4KB，RAM为64128B。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界补充。为了适应这种领域的要求，与运用新的工艺，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。另外单片机进一步改变了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，可以大幅提高运行速度。5.5串行扩展技术在很长一段时间内，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 Programmable）及各种特殊类型片内程序存储器的发展，加之外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I2C、SPI等串行总线的引入，可以使单片机