单片机发展程度和趋势报告

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2012年03月03号

目录

一.单片机简介： (3)

1、什么是单片机： (3)

二.单片机类型： (3)

1、常用单片机芯片简介： (3)

1）STC单片机： (3)

2）PIC单片机： (3)

4）ATMEL单片机(51单片机)： (3)

5）PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机)： (3)

6）TI公司单片机(51单片机)： (3)

7）松翰单片机（SONIX）： (4)

2、单片机的应用领域： (4)

1）智能化家用电器： (4)

2）办公自动化设备： (4)

3）商业营销设备： (4)

4）工业自动化控制： (4)

5）智能化仪表： (4)

6）智能化通信产品： (4)

7）汽车电子产品： (4)

8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域： (4)

三.单片机发展及其现阶段特点： (4)

四.单片机技术现状即将来发展趋势： (5)

五.嵌入式系统： (5)

一.单片机简介：

1、什么是单片机：

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

二.单片机类型：

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段：

SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段；

MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段；

SoC即片上系统（System on Chip）阶段；

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。

1、常用单片机芯片简介：

1）STC单片机：

STC公司的单片机主要是基于8051核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8 051,速度快8~12倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强。2）PIC单片机：

是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。

3）EMC单片机：

是义隆公司的产品,有很大一部分与PIC 8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PI C的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差。

4）ATMEL单片机(51单片机)：

ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。

5）PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机)：

PHILIPS公司的单片机是基于80C51核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。

HOLTEK单片机：

盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品。

6）TI公司单片机(51单片机)：

仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CM OS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。

7）松翰单片机（SONIX）：

是松翰公司的单片，大多为8位机，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMW ADC 振部杂讯滤波。缺点RAM空间过小，抗干扰较好。

2、单片机的应用领域：

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个畴：

1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。

2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。

3）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC 卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。

4）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC 等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。

5）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。

6）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机的芯片属专用型单片机。

7）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。

8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。

单片机应用的意义不仅在于它的广阔围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID 调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。

三.单片机发展及其现阶段特点：

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里单片机发展极为迅速。1986 年在召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。

据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。

现阶段单片机发展的显著特点是百花齐放、技术创新，以满足日益增长的广泛需求。其主要方面有：

（1）单片嵌入式系统的应用是面对最底层的电子技术应用，从简单的玩具、小家电；到复杂的工业控制系统、智能仪表、电器控制；以及发展到机器人、个人通信信息终端、机顶盒等。因此，面对不同的应用对象，不断推出适合不同领域要求的，从简易性能到多全功能的单片机系列。

（2）大力发展专用型单片机。早期的单片机是以通用型为主的。由于单片机设计生产技术的提高、周期缩短、成本下降，以及许多特定类型电子产品，如家电类产品的巨大的市场需求能力，推动了专用单片机的发展。在这类产品中采用专用单片机，具有低成本、资源有效利用、系统外围电路少、可靠性高的优点。因此专用单片机也是单片机发展的一个主要方向。

四.单片机技术现状即将来发展趋势：

目前，单片机正朝着高性能和多品种方面发展，尤其是8 位单片机，以其价格低廉、应用软件齐全、开发应用方便等特点成为当前单片机中的主流，16 位单片机和专用单片机也已进入普及应用阶段。单片机的发展具体体现在如下几个方面：

（1）CPU 的发展：速度、精度功能增强，性能不断提高

（2）存储器的发展

（3）部资源增多：A/D、D/A、EEPROM

（4）加强片输入、输出接口功能

（5）外围电路装化

（6）多功能引脚

（7）制造工艺上的提高

（8）片ROM 中固化应用软件和系统软件

（9）寻址围大

单片机的技术还在不断发展，新型单片机还将不断涌现。当前单片机的产量占整个微机（包括一般的微处理器）产量的80% 以上，在我国，低档8 位单片机于20 世纪80 年代就开始应用，目前已转向高档的8 位和16 位单片机的开发和应用。当前嵌入式系统的出现给高端单片机的应用又增添了新的活力。

五.嵌入式系统：

嵌入式系统(ES)是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。因此往往是技术密集、投资强度大、高度分散、不断创新的知识密集型系统。反映当代最新技术的先进水平。嵌入式系统不仅和一般的PC机上的应用系统不同，就是针对不问的具体应用而设计的嵌入式系统之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一、简单，且在兼容性方面要求不高，但是在大小，成本方面限制较多。嵌入式计算机基本上不能算是嵌入式系统。它仍然是计算机一类，不过是工作条件有所不同而已，因为它还保留了计算机的基本。

1、嵌入式系统的分类：

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然足一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。目前根据其发展现状，嵌入式计算机可以分成下面几类：

单个微处理器

这类系统可以在小型设备中(如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器)找到。这类设备是供应商根据设备的用途来设计的，这类设备受Y2K影响的可能性不大。

不带计时功能的微处理器装置

这类系统可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到。这类设备也不太可能受到Y2K的影响。但是，如果它依籁于一个部操作时钟，那么这个时钟可能受Y2K 问题的影响。

带计时功能的组件

这类系统可见于开关装置、控制器、交换机、电梯、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件，由它们的传感器收集数据并传递给该系统。这种组体可同PC机一起操作，并可包括某种数据库(如事件数据库)。

在制造或过程控制中使用的计算机系统

对于这类系统，计算机与仪器、机械及设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统和自动发货系统。在这些系统中，计算机用于总体控制和监视，而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接(如根据销售额和库存量来决定定单或产品量)。

2、嵌入式系统的特点：

嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：

1.嵌入式系统通常足面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。

2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

3.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁农、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性自邕这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。

4.嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

5.嵌入式系统的发展历程

纵观嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下四个阶段：

无操作系统阶段

嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，大多以可编程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等功能，通常应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇编语言对系统进行直接控制，运行结束后再清除存。这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用8位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，因此严格地说还谈不上“系统”的概念。这一阶段嵌入式系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低.存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，因而曾经在工业控制领域中得到了非常广泛的应用，但却无法满足现今对执行效率、存储容量都有较高要求的信息家电等场合的需要。

简单操作系统阶段

20世纪80年代，随着微电子工艺水平的提高，IC制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM(等部件统统集成到一片VLSI中，制造出面向I/O设计的微控制器，并一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。与此同时，嵌入式系统的程序员也开始基于一些简单的“操作系统”开发嵌入式应用软件，大大缩短，开发周期、提高了开发效率。

实时操作系统阶段

20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进。步飞速发展，而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软什规模也不断扩大，逐渐形成，实时多任务操作系统(RTOS)，并开始成为嵌入式系统的主流。

这一阶段嵌入式系统的主要特点是：操作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化和扩展件。此时的嵌入式操作系统已经具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面(GUI)等功能，并提供了大最的应用程序接口(API)。从而使得应用软件的开发变得更加简单。

面向Internet阶段

21世纪无疑将足一个网络的时代，将嵌入式系统应用到各种网络环境中去的呼声自然也越来越高。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，随着Internet的进一步发展，以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式设备与Internet

的结合才是嵌入式技术的真正未来。信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统厂商提出，新的挑战。目前，嵌入式技术与Internet

技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了如下新的显著变化：

新的微处理嚣层出不穷，嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植，能够在短时间支持更多的微处理器。嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。各类嵌入式Linux操作系统迅速发展，由于具有源代码开放、系统核小、执行效率高、网络结构完整等特点，很适合信息家电等嵌入式系统的需要，目前已经形成了能与Windows CE、Palm OS等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。网络化、信息化的要求随着Internet技术的成熟和带宽的提高而日益突出，以往功能单一的设备如、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构变得更加复杂，网络互联成为必然趋势。精简系统核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本。提供更加友好的多媒体人机交互界面。

3、结语：

目前，绝大部分嵌入式系统的硬件平台还掌握在外国公司的手中，国产的嵌入式操作系统在技术含量、兼容性、市场运作模式等方面也还有很多工作要做，我们应该在跟踪国外嵌入式操作系统的最新技术的同时，坚持自主产权，力争找到自己的突破点，探索出一条自己的发展道路。随着计算杌技术、微电子技术和网络技术的不断发展，在不断解决现有问题的同时，也在向更深的方向发展。21世纪初，以信息家电为代表的嵌入式系统，其应用广泛、领域特色突出，发展空间巨大。嵌入式系统将在我国将有美好的发展前景。