论单片机发展及应用的趋势

科技创新２０１４年１月（下）　论单片机发展及应用的趋势　刘源　（新乡职业技术学院，河南新乡４５３０００）　摘要：单片机自问世以来。因其成本低、小巧灵活、易于产品化、控制能力强等优势，在社会各领域中得到广泛的应用，已经发展成为一个品种多样、功能丰　富的开发工具。本文主要介绍了单片机的历史，并探讨了单片机技术的发展及应用情况。　关键词：单片机；发展：应用　单片机又称为单片微型计算机或单片　微控制器。它是典型的嵌人式微控制器，是　把一个计算机系统集成到一个芯片上，而不　是完成某一个逻辑功能的芯片。它相当于一　个微型的计算机，把中央处理器（ＣＰＵ）、只　读存储器（ＲＯＭ）、随机存取存储器（ＲＡＭ）、　输入／输出端口（加）等主要计算机功能部件　都集成在一块集成电路芯片上，和计算机相　比，单片机缺少了外围设备等。随着单片机　技术的进步，它已经从研究所走出来，成为　日常生活中的一个不可缺少的部件，在家　电、玩具、工业设备、仪器、通讯等许多领　域中运用广泛。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。　一、单片机的发展　上世纪七十年代，随着微处理器技术的　发展．单片机应运而生。单片机的发展经历　了ＳＣＭ、ＭＣＵ、ＳｏＣ三大阶段。ＳＣＭ阶段，　单片机都是４位或８位的，主要是寻求最佳　的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。其　中最成功的是ＩＮＴＥＬ的８０５１。ＭＣＵ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。　这一系统的单片机系统直到现在还在广泛　使用。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。　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。　二、单片机的特点　单片机自产生以来，发展迅速，主要原　因是单片机有其自身的优点。　１．功耗低，ｃＭＯＳ化　ｃＭ０ｓ电路具有功耗低、噪声容限高和　工作电压范围宽等优点。因此，广泛应用与　堕　片机和其他集成电路中，目前几乎渗透　到所有应用领域，而且越来越显示出其优越　性。早期的单片机都是利用ＨＭＯＳ工艺制造　的，功耗较高，而现在的单片机功耗普遍在　ｌＯ０ｍＷ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。　２．集成度高　集成度是衡量单片机性能的一个重要　指标。单片机集成度的提高，不仅能改善芯　片的性能，而且能简单话单片机最小系统的　设计，优化系统结构，从而单刀提高性能价　格比，拓宽应用领域的目的。早期的单片机　集成度较低，芯片内只集成有少量的电路，　如ＭＣＳ一４８系列。随着技术的进步，集成度　取得了很大提高，芯片内包含了中央处理器　（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、时钟电路等，而半导体技　术的发展又进一步推动了单片机的技术革　新，新型的单片机集成度进一步提高，除了　原有的电路外，还集成了如ＷＤＴ（看门狗）、　Ａ／Ｄ转换器、ＰＭＷ（￣宽调制电路）、有些单　片机将ＬＣＤ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。有些单片机厂商还可以制造出　具有自己特色的单片机芯片。在软件方面，　编程语言有低级语言汇编语言，还引入了高　级语言ｃ语言等。　３．运行速度快　单片机发展的另一重要特点是高速运　行。单片机的工作速度是指单片机执行指令　所花费的时间，其单位是ＭＹｓ，即兆条指令　／秒。不同型号的单片机其内部指令运行速度　有很大的差别。早期一段时间内，单片机的　指令运行速度较低。仅可以应用在工业控制　领域内。但随着单片机应用范围的扩展，在　通讯及ＤＳＰ领域高速运算、编码或解码时，　出现了因指令运行速度不够而限制单片机　应用的情形。因此，必须提高单片机指令运　行速度。随后，计算机新工艺和大规模集成　技术的发展带动了单片机的指令执行速度　不断提高。　三、单片机的发展趋势　１．品种多　纵观单片机几十年的发展过程，已经由　单一的产品，发展和演变出了各种各样的品　种。虽然品种多，且各具特色，但仍以８０Ｃ５１　为核心的单片机由于其简单可靠、性能优　良，获得了好评，被广泛的使用，主要有　ＰＨＩＬＩＰＳ公司的产品，ＡＴＭＥＬ公司的产品和　中国台湾的Ｗｉｎｂｏｎｄ系列单片机。此外，还　有Ｍｏｔｏｒｏｌａ单片机，高频噪声低，抗干扰能　力强，更适合于工业控制领域及恶劣的环　境。ＭｉｅｒｏＣｈｉｐ单片机，其ＰＩＣ系列单片机在　世界单片机市场份额排名中逐年提高，发展　非常迅速。１１公司的ＭＳＰ４３０系列单片机，　其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功　率要求低的场合。　２．功能多　单一功能的单片机逐渐无法满足一些　设备的需要，趋势是在芯片上集成多项功　能。如模拟功能，包括模拟比较器，ＭＤ和　Ｄ，Ａ转换等。ＰＨＩＬＩＰＳ的Ｐ８７ＬＰＣ７６Ｘ系列单　片机中就有两个模拟比较器，输入和输出选　择允许比较器配置成不同模式；还有外围功　能，如ＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ＳｅｒｉＭ　ＢＵｓ）、ＬＣＤ（液晶　显示）、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、硬件加　速器等。　１１８　３．容量大　在需要复杂控制的场合，需要存储容量　大的单片机，而以往单片机内的容量ＲＯＭ　为１ＫＢ一４ＫＢ，ＲＡＭ为６４—１２８Ｂ已达不到　要求。因此，必须运用新的工艺，使片内存　储器大容量化。如：新型单片机　ＰＨＩＬＩＰＳＰ８９Ｃ６６ｘ片内程序存储器可达６４Ｋ，　片内数据存储器可达８Ｋ。今后，单片机片　内存储器容量将随着工艺技术的不断发展　而进一步扩大。　４．高性能　单片机的性能必须进一步加强，提高指　令运算的速度和系统控制的可靠性。目前，　单片机可通过精简指令集（ＲＩＳＣ）结构和流　水线技术，高运行速度，同时加强位处理、　中断和定时控制功能。如：Ｍｏｔｏｒｏｌａ新一代　微控制器内核产品Ｍ．ＣＯＲＥ，采用３２位存取　ＲＩＳＣ结构，使之适用于高性能嵌入式控制应　用；全静态设计，动态时钟管理和低电压工　作方式又大大减小了功耗。　５．ＦＬＡＳＨ存储器　随着半导体工艺技术的不断进步，微控　制器普遍采用ＦＬＡＳＨ存储器，这已经成为　一种趋势。因为它价格便宜，集成度高，技　术先进，可取代ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＯＴＰ和　ＥＥＰＲＯＭ等。因为，它具有以下优点：与多　次可编程的窗口式ＥＰＲＯＭ相比，Ｆｌａｓｈ　ＭＣＵ　的成本要低得多；在系统编程能力以及产品　生产方面提供了灵活性，Ｆｌａｓｈ　ＭＣＵ可在编　程后再次以新代码重新编程，可减少已编程　器件的报废和库存；有助于生产厂商缩短设　计周期，使终端用户产品更具竞争力。　随着信息时代的到来，传统单片机固有　的结构缺陷，使其呈现出诸多弊端。其速度、　规模、性能等指标越来越难以满足用户需　求。因此单片机芯片的开发，升级面临着新　的挑战。　参考文献：　［１】张志良．单片机原理与控制技术【Ｍ］．机械工　业出版社，２００８．　【２】居水荣．单片机及其发展趋势【ｊ】．半导体技　术。２００１，４．　【３１张丽．单片机的发展与应用【Ｊ１．科技咨询导　报，２００７．　［４］李朝青．单片机原理及接口技术［Ｍ１．北京航　空航天大学出版社．　［５］张俊谟．单片机的发展与应用【Ｊ１ｌ电子制作，　２００７．Ｂ．　［６１５Ｅ啸东．单片机的发展趋势【ＪＪ＿今日科苑，　２ＯｌＯ，３．　作者简介：　刘源，男，汉族，河南焦作人，助教，研究方　向：电子技术，工作单位：新乡职业技术学院。