单片机由来及发展论文

单片机那些事

单片机那些事

经过一段时间学习，我们对单片机的发展已有了初步的认识。1946年电子数字计算机诞生，在此后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性等优势，迅速走出机房。他们将微型机嵌入到一个对象体系中，实现了对象体系的智能化控制。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中、实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。芯片化是将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括地讲，一块芯片就成了一台计算机，它体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。

开篇陈词：

随着社会经济的快速发展，科学技术势如破竹，人们利用超乎自然的想象力与创造力多次进行研究，发开出一系列神奇的科学技术产

品与地球上甚至是宇宙的一切现象进行着特殊对话。而构成当代科学技术体系的基础中单片机的作用首当其冲。

8051单片机最早由Intel公司推出，随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG等。在保特与80C51单片机兼容的基础上，这些公司容入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路，如满足模拟量输入的

A/D、满足串行扩展总线I2C、保证程序可靠运行的的WDT、引入使用方便且价廉的Flash ROM等，开发出上百种功能各异的新品种。这样80C51单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为80C51系列单片机。

今天我们继续进行以探索单片机的奥秘为目的来展开我们的“谁是单片机家族的国王”辩论赛。今天我们辩论的形式为自由辩论环节，评委老师根据大家在自由环节的表现会打出相应的分值，从而确定决赛选手。各位选手进入到自由辩论的环节中，今天他们会在这里角逐，而面对品种繁多的单片机，究竟哪些选手所解说的单片机会以优秀的表现胜出呢？

第一环节：

下面我们进行今天的第一轮自由辩论环节，主题为单片机家族那些事，本环节以单片机的公司背景展开。现在让我们拭目以待第一环节选手们的精彩表现吧。

1. ATMEL公司

ATMEL（爱特梅尔）公司成立于1984年，是一家外商独资性质的公司，总部设立于加利福尼亚州圣何塞，拥有约5100名员工遍布世界各地。艾特梅尔公司的宗旨是为人们奉上数字生活方式，让人们在家、办公室、学校或路上更加轻松惬意地生活。无论是与人们的智能手机或可穿戴设备通信，降低家中的能源消耗量或耗水量，或者在人们的计算机上浏览网页，不但在改变世界与人们互动的方式，还在改变人们与世界互动的方式。

ATMEL公司是发展最快的微控制器主要供应商，也是高增长的触摸传感解决方案的世界顶级供应商。Atmel 公司为全球性的业界领先企业，致力于设计和制造各种微控制器、电容式触摸解决方案、先进逻辑、混合信号、非易失性存储器和射频 (RF) 元件。凭借业界最广泛的知识产权 (IP) 技术组合之一，Atmel 为电子行业提供针对工业、消费、安全、通信、计算和汽车市场的全面的系统解决方案。艾特梅尔最终的宿命是2016年被美国芯片制造商微芯科技(Microchip Technology)宣布以36亿美元收购。

2.Philips公司

飞利浦，1891年成立于荷兰，主要生产照明、家庭电器、医疗系统方面的产品。飞利浦公司在2007年全球员工已达128100人，在全球28个国家有生产基地，在150个国家设有销售机构，拥有8万项专利，实力超群。其中飞利浦电子是世界上最大的电子品牌之一，在欧洲名列榜首。在彩色电视、照明、电动剃须刀、医疗诊断影像和病人

监护仪、以及单芯片电视产品领域世界领先。

飞利浦半导体作为全球著名的半导体产品供应商，在单片机领域具有强大的影响力，产品范围广泛，并且在技术创新上极为活跃。尤其近几年在ARM（32位）和增强型51单片机方面，有大量的新产品问世。飞利浦51系列单片机与MCS-51指令系统完全兼容。飞利浦早在1920年就进入了中国市场，并已成为中国电子行业最大的投资合作伙伴之一，累计投资总额超过34亿美元，在中国建立了35家合资及独资企业，在全国设有60多个办事处，共有19000多名员工。

3. MicroChip公司

MicroChip公司是美国的一家上市公司，成立于1989年，是全球领先的单片机和模拟半导体供应商，为全球数以千计的消费类产品提供低风险的产品开发、更低的系统总成本和更快的产品上市时间。在全球拥有4500名员工，设有45家销售办事处，34家区域培训中心。据业界权威研究机构Gartner资料，Microchip单片机全球8位单片机销量排名第一。

4.TI公司

TI成立于1930年，初为一家使用地震信号处理技术勘探原油的地质勘探公司。1951 年更名为德州仪器公司，1954 年进入半导体市场，推出首款商用硅晶体管。2015年财富500 强排名第200名。TI 公司在世界各地累计专利超过 3.9 万项，而在2015 年 TI 更是专利超过 1200 项。在全球超过 35 个国家设有制造、设计或销售机构，为全球 9万多家客户提供服务。

5. 凌阳公司

全球第一大消费性芯片设计公司，也是全球第12大芯片公司，是一家成立于1990年的台湾公司。专攻数字影音娱乐芯片设计与系统整合方案，掌握IC电路设计及应用软件设计技术，自主研发，以“全客户委托设计模式”向客户提供完善的产品及服务，使产品具有少量多样及难以立即替代的特性。公司运用次微米技术、多媒体影音、单晶片微处理器、数字信号处理器(DSP)等核心技术，发展出多样化的产品线。

6.义隆公司

义隆电子股份有限公司(Elan Microelectronics Corp)，是亚太区著名的IC设计公司，创立于1994年5月，全球的营运总部在台湾新竹科学园区，并分别在亚、美等二大洲都有布建绵密的行销及技术中心。目前资本额已扩充至新台币36.17亿，并于2001年9月股票在台湾集中市场挂牌上市，线为止在台湾的台南成立芯片设计中心，深圳、上海、香港、美国等地，都分别有营业据点以及设计中心，产品销售横跨欧、亚和美洲等地。

7.东芝公司

东芝（TOSHIBA）是日本最大的半导体制造商，亦是第二大综合电机制造商，隶属于三井集团旗下。从1875年开创至今，已经走过了140年的漫长历程。总部位于日本东京港区芝浦一丁目1番1号，年营业额达到439901百万日元（2010年）。拥有员工199000人（2010年）。业务领域包括数码产品、电子元器件、社会基础设备、家电等。20

世纪80年代以来，东芝从一个以家用电器、重型电机为主体的企业，转变为包括通讯、电子在内的综合电子电器企业。进入90年代，东芝在数字技术、移动通信技术和网络技术等领域取得了飞速发展，成功从家电行业的巨人转变为IT行业的先锋。

8.富士通公司

Fujitsu Limited，日本跨国公司，日本最大的电子计算机制造厂家之一。总部在神奈川县川崎市。富士通是日本排名第一的IT厂商，全球第四大IT服务公司，全球前五大服务器和PC机生产商，曾经是世界第二大企业用硬盘驱动器的制造商（硬盘业务于2009年第一季度转移到东芝公司旗下）和第四大移动硬盘制造商，是世界财富500强企业。富士通拥有32000个产品专利技术，名列美国2005年拥有专利最多的前十位。在Dow Jones Sustainability Indexes 和FTSE4Good Index Series指数中表现卓著，2008年富士通连续第十次在道琼斯 Sustainability Indexs股指中表现卓越。2013年富士通被美国《财富》杂志评为世界“最受尊敬企业”。

9. Zilog单片机

上个世纪80年代Zilog是美国亦是当时世界上最大最有影响力的半导体单片微机制造公司之一，ZiLOG公司由工业先驱FedericoFaggin 和RalphUngermann于1974年共同创立。作为微处理器和微控制器业界最早设计架构的公司之一，美国ZiLOG公司与Motorola和Intel 公司并称为“单片机之父”。1998年，TPG(theTexasPacificGroup)收购了ZiLOG公司,根据ZiLOG公司的设计和生产经验,将市场定位于

三个方面:通讯、家庭娱乐和集成控制。

目前,ZiLOG公司拥有资料齐全的专有设计资料室,在加州、德州、爱德荷州、华盛顿建立了四个设计中心,在爱德荷州拥有先进的制造工厂,在菲律宾马尼拉拥有一个检测工厂,此外,在德州建立了全球用户服务中心。目前在全球共有27个销售办公室,分销点超过120个。

第二环节：

在扣人心弦的第一环节阶段，参赛选手乘风破浪，气势如虹，自由辩论环节将比赛气氛再次推向高潮，现场气氛迅速升温，精彩不停，掌声不断。经过第一环节我们已经对全球的单片机生产公司有了初步的认识，但这还不够，现在我们再一次用掌声来迎接第二环节，以各公司主打单片机性能为主题的自由辩论。

1. ATMEL公司的AVR单片机

(1) AVR单片机是ATMEL在90年代推出的精简指令集RISC的单片机，跟PIC类似，使用哈佛结构。

(2) 是内载Flash的单片机，芯片上的Flash存储器附在用户的产品中，可随时编程，再编程，使用户的产品设计容易，更新换代方便。

(3) AVR单片机采用增强的RISC结构，使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每MHz可实现1MIPS的处理能力。

(4) AVR单片机工作电压为2.7~6.0V，可以实现耗电最优化。

(5)AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制、仪

器仪表、通讯设备、家用电器、宇航设备等各个领域。

(6)AT91M系列是基于ARM7TDMI 嵌入式处理器的ATMEL 16/32 微处理器系列中的一个新成员该处理器用高密度的16 位指令集实现了高效的32位RISC结构且功耗很低。

2. MicroChip公司的PIC单片机

(1)MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机。

(2)CPU采用RISC结构，分别仅有333558条指令。采用Harvard 双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。

(3)适用于用量大，档次低，价格敏感的产品。在办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、金融电子、工业控制不同领域都有广泛的应用。

(4)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。

3.TI公司的MSP430单片机

(1)采用冯-诺依曼架构，通过通用存储器地址总线与存储器数据总线将 16 位 RISC CPU、多种外设以及高度灵活的时钟系统进行完美结合。MSP430能够为当前与未来的混合信号应用提供很好的解决方案。

(2)所有 MSP430 外设都只需最少量的软件服务。例如，模数转换器均具备自动输入通道扫描功能和硬件启动转换触发器，一些也带有

DMA 数据传输机制。这些卓越的硬件特性使我们能够集中利用 CPU 资源，实现目标应用所要求特性，而不必花费大量时间用于基本的数据处理。这意味着能以更少的软件与更低的功耗实现更低成本的系统。

(3)主要应用范围：计量设备、便携式仪表、智能传感系统。

4.凌阳公司的16位单片机

(1) 台湾凌阳公司2001年推出的第一代单片机，具有高速度、低价、可靠、实用、体积小、功耗低和简单易学等特点。

(2)像SPCE061A型单片机内嵌32K字闪存Flash，处理速度高，尤其适用于数字语音播报和识别等应用领域，是数字语音识别与语音信号处理的理想产品，得到了广泛的应用。

(3)凌阳SPMC75系列单片机是凌阳科技开发的具自主知识产权的16位微控制器，SPMC75系列单片机集成了能产生变频电机驱动的PWM 发生器、多功能捕获比较模块、BLDC电机驱动专用位置侦测接口、两相增量编码器接口等硬件模块，以及多功能I/O口、同步和异步串行口、ADC、定时计数器等功能模块，利用这些硬件模块支持，SPMC75可以完成诸如家电用变频驱动器、标准工业变频驱动器、多环伺服驱动系统等复杂应用。

5.义隆公司的EM78系列OTP型单片机

(1)台湾义隆电子股份有限公司生产，直接替换PIC16CXX，管脚兼容，功能更强，程序可用专业转换软件转换。

(2)适用范围：家电产品、IC卡终端产品（水表电表、煤气表）、保密系统（软件狗、报警器、监控器）、遥控器、仪表仪器,通信产品

（多功能电话、交换机、密码锁）、电子医疗器械等。

6.东芝公司系列单片机

(1)东芝单片机门类齐全，4位机在家电领域有很大市场，8位机主要有870系列，90系列，该类单片机允许使用慢模式，采用32K 时钟时功耗降至10UA数量级。

(2)东芝的32位单片机采用MIPS 3000A RISC的CPU结构,面向VCD,数字相机,图像处理等市场。

7.富士通单片机

(1)富士通也有8位，16位和32位单片机,但是8位机使用的是16位的CPU内核，也就是说8位机与16位机指令相同，使得开发比较容易。8位机有名是MB8900系列，16位机有MB90系列。

(2)富士通注重服务大公司，大客户，帮助大客户开发产品。8. Zilog单片机

Z8单片机是Zilog公司的产品，采用多累加器结构，有较强的中断处理能力，开发工具价廉物美，Z8单片机以低价位面向低端应用。

9. Motorola公司系列单片机

(1)Motorola是世界上最大的单片机厂商。

(2)从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,其中典型的代表有:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型M68HC11,M68HC12 ,16位机M68HC16, 32位机M683XX.

(3) Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,

更适合于工控领域及恶劣的环境。

结语：

通过本次单片机知识辩论赛，不仅锻炼了同学们的辩论能力和合作能力，而且考察了掌握知识深度能力，还提高了同学们的思维反应速度与沟通技巧，增强了学生语言组织能力和应变能力。通过辩论赛这一良好的沟通平台，展示了同学们辩论场上的非凡风采。

下面由我来对今天的辩论主题单片机家族那些事作简要总结。

单片机发展的趋势：

（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。

（2）低功耗化。单片机的功耗现已可以做到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。

（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。

（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，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。

单片机的应用：

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——智能化控制用途。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、可靠性高、容易产品化。在很多行业中得到了广泛应用。

(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。

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、功能将更强。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著名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，这就是我们之前提到的统称为80C51系列。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。