單片機又稱微控制器(Microcontroller Unit，簡稱MCU)，是采用超大規(guī)模集成電路技術把中央處理器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/計數(shù)器、脈寬調(diào)制電路、A/D轉換器等功能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)。

一、單片機概述

單片機實質(zhì)是用于控制目的的單片微型計算機，簡稱單片機

二、總線

單片機CPU與各部件之間采用三總線結構進行連接。總線是指計算機中CPU與各功能部件間傳送信息的公共通道，包括地址總線AB（Address Bus）,數(shù)據(jù)總線DB(Data Bus)和控制總線CB(Control Bus)三種。

• 地址總線：用于CPU向其它部件傳送存儲單元或I/O端口的地址信息，以進行指令或數(shù)據(jù)信息讀取。
• 數(shù)據(jù)總線：用于在CPU與其它部件間傳送指令或數(shù)據(jù)信息。
• 控制總線：用于在CPU與其它部件間傳送控制或狀態(tài)信息。

采用三總線結構，系統(tǒng)中各部件掛在總線上，當選中某部件時，可對該部件進行讀寫及控制，而其它部件與總線間處于“高阻態(tài)”，相當于與總線斷開，從而實現(xiàn)各部件分時利用總線與CPU通訊。采用總線結構可以使計算機系統(tǒng)結構大為簡化，并具有更好的可擴展性。

三、單片機發(fā)展歷程

1、初級的發(fā)展階段（20世紀70年代初期）

單片機元件集成規(guī)模比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM（有的還包括了一些簡單的I/O口）集成到芯片上。這個階段的產(chǎn)品還需配上外圍的其他處理電路方才構成完整的計算系統(tǒng)，因此還不是真正意義上的單片機。

較重要的產(chǎn)品有：

Intel4004（1971年Intel公司研制的第一塊4位微處理器芯片）
Intel8008（1972年Intel公司研制的第一代8位微處理器）
Intel8080 （1973年Intel公司研制的第二代高性能8位微處理器）
F8微處理器（Fairchild公司產(chǎn)品）
Z80微處理器（Zilog公司產(chǎn)品）

中級發(fā)展階段（20世紀70年代中后期）

單片機集成了CPU、存儲器、I/O接口、定時/計數(shù)器、簡單的中斷系統(tǒng)以及時鐘等部件，是真正意義上的單片機。它以體積小，功能全，價格低贏得了廣泛的應用，為單片機的發(fā)展奠定了基礎，成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑。

較重要的產(chǎn)品有：

Intel公司的MCS-48、 MCS-51系列
Zilog公司的Z8系列 
Motorola公司的6801和6802系列 
Rokwell公司的6501及6502系列

高級發(fā)展階段（20世紀80年代至今）

單片機功能越來越強大，單片機的性能得到了飛速提高，集成了數(shù)目繁多的I/O接口、多種中斷系統(tǒng)，還有一些帶A/D轉換等功能，RAM和ROM的容量也越來越大，尋址空間甚至可達64kB，應用領域更廣泛。

較重要的產(chǎn)品有：

美國Microchip公司的PIC系列單片機
MOTOROLA公司MC68HC系列單片機
ATMEL公司的AT89系列單片機
Intel公司的80960超級32位單片機。

三、單片機的發(fā)展趨勢

1.集成度更高、功能更強

半導體制作工藝的提高，使單片機的體積更小，時鐘頻率更高，也可以集成更多的存儲器和部件，這使得單片機正朝著更加集成化和微型化的方向發(fā)展，功能更為強大，應用范圍更加廣泛。

2.功耗更低

MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右。目前單片機普遍采用低功耗的CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝) ，且普遍采用空閑方式和掉電方式等節(jié)電模式，使得功耗越來越低。

3.主流與多品種共存

目前雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流。今后將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。

四、單片機芯片 介紹

MCS-51系列單片機

Intel公司的MCS-51系列的8位單片機及其他公司的兼容單片機（稱為8051系列單片機簡稱51單片機），在世界范圍內(nèi)得到廣泛應用。結構簡單，易學易懂，初學者的入門機型。

MCS-51系列單片機主要包括:

8031/8051/8751和8032/8052/8752。

AT89系列單片機

Intel精力集中在高檔CPU芯片的開發(fā)、研制，以專利或技術交換形式把8051內(nèi)核技術轉讓給ATMEL等公司。ATMEL公司將閃爍存儲技術與8051內(nèi)核相結合，形成了片內(nèi)帶有Flash存儲器的單片機，AT89系列是8位Flash單片機,與8051系列單片機相兼容，有AT89C5x/AT89S5x兩個系列。

AVR系列單片機（非8051內(nèi)核單片機）

AVR系列單片機是1997年ATMEL公司挪威設計中心的A先生與V先生共同研發(fā)出的精簡指令集(RISC—Reduced Instruction SetComputer)的高速8位單片機，簡稱AVR。

AVR單片機包括ATmega系列、ATXmega系列、ATtiny系列還有AT90系列

PIC系列單片機（非8051內(nèi)核單片機）

PIC單片機是Microchip公司的產(chǎn)品,其突出的特點是性價比高，功耗低,精簡指令集,抗干擾性好,可靠性高,有較強的模擬接口,代碼保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片。

STM32系列單片機

STM32系列單片機是意法公司專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。常見型號有：

STM32F103“增強型”系列、STM32F101“基本型”系列

STM32F105、STM32F107“互聯(lián)型”系列

其他系列單片機

STC系列單片機

我國宏晶科技具有自主知識產(chǎn)權產(chǎn)品，可直接替換ATMEL等公司的產(chǎn)品。

EMC單片機

臺灣義隆公司的產(chǎn)品,有很大一部分與PIC 8位單片機兼容,且相兼容產(chǎn)品的資源相對比PIC的多,價格便宜,有很多系列可選,但抗干擾較差.

PHLIPIS 51PLC系列單片機(51單片機)

PHILIPS公司的單片機是基于80C51內(nèi)核的單片機,嵌入了掉電檢測、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能,這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應用設計中可以滿足多方面的性能要求。

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