帶你認識單片機之單片機的發(fā)展歷程

單片機(Microcontrollers)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域廣泛應用。

單片機的發(fā)展歷程

認識單片機，從第一臺開始!

1971年intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器;Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。

到上世紀80年代，隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高?，F(xiàn)已發(fā)展到300M的高速單片機。

關于單片機的發(fā)展歷程，給大家整理了兩個版本：

一、按產(chǎn)品劃分

1、SCM單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)階段

主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。

2、MCU微控制器(Micro Controller Unit)階段

主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。

它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。

在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。

3、SoC嵌入式系統(tǒng)(System-on-a-Chip)階段

SoC嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決;因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。

二、按時間劃分

第一階段(1976-1978)單片機的控索階段

以Intel公司的MCS– 48為代表。MCS – 48的推出是在工控領域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola Zilo等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機片”一詞即由此而來。

第二階段(1978-1982)單片機的完善階段

Intel公司在MCS – 48 基礎上推出了完善的、典型的單片機系列MCS –51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。

①完善的外部總線。MCS-51設置了經(jīng)典的8位單片機的總線結構，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。

②CPU外圍功能單元的集中管理模式。

③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。

④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。

第三階段(1982-1990)單片機向微控制器發(fā)展階段

同時也是8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段。Intel公司推出的MCS –96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。

隨著MCS –51系列的廣應用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術、接口技術、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術等應用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特征。

第四階段(1990至今)：微控制器的全面發(fā)展階段。

隨著單片機在各個領域全面深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。

單片機發(fā)展趨勢

目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。

CMOS化

近年由于CHMOS技術的進小，大大地促進了單片機的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標準MCU芯片的原因。因為單片機芯片多數(shù)是采用CMOS(金屬柵氧化物)半導體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。

采用雙極型半導體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS(高密度、高速度MOS)和CHMOS工藝。

CHMOS和HMOS工藝的結合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而在單片機領域CMOS正在逐漸取代TTL電路。

低功耗化

單片機的功耗已從Ma級，甚至1uA以下;使用電壓在3——6V之間，完全適應電池工作。低功耗化的效應不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。

低電壓化

幾乎所有的單片機都有WAIT、STOP等省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3——6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達1——2V。目前0.8V供電的單片機已經(jīng)問世。

高性能化

主要是指進一步改進CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集(RISC)結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度。

現(xiàn)指令速度最高者已達100MIPS(Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出10倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設的新概念。

大容量化

以往單片機內(nèi)的ROM為1KB——4KB，RAM為64——128B。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求，須運用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。

目前，單片機內(nèi)ROM最大可達64KB，RAM最大為2KB。