單片機(jī)的發(fā)展歷史

謝廣

【摘?要】隨著中國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)不斷滲透到人們的日常生活中，單片機(jī)在電子技術(shù)的發(fā)展中具有重要的代表意義。特別是在信息環(huán)境中，單片機(jī)在電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，它在社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中起著重要作用。本文將分析和研究單片機(jī)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);發(fā)展;應(yīng)用趨勢(shì)

引言

近年來，由于其體積小，簡化指令提高了執(zhí)行效率，優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境和徹底的機(jī)密性，單片機(jī)已經(jīng)獲得了很大的發(fā)展空間。下面簡要介紹單片機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。單片機(jī)簡稱為單片機(jī)。它是集成電路芯片。它采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，集成了中央處理器CPU隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器ROM，各種I / O端口和中斷系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能的數(shù)據(jù)處理能力。硅芯片形成一個(gè)小型但功能良好的微型計(jì)算機(jī)，該微型計(jì)算機(jī)廣泛用于工業(yè)控制領(lǐng)域。從1980年代開始，從當(dāng)時(shí)的4位和8位微控制器發(fā)展到當(dāng)前的32位300M高速微控制器。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展和壯大，控制系統(tǒng)由于其準(zhǔn)確性，直觀性和便利性而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域。當(dāng)前，單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)滲透到我們生活的幾乎所有領(lǐng)域。例如：導(dǎo)彈導(dǎo)航設(shè)備，飛機(jī)上的各種控制儀器，精密測(cè)量設(shè)備，工廠裝配線的智能管理，生活中常見的無線對(duì)講機(jī)，汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，照相機(jī)，錄像機(jī)，智能洗衣機(jī)的控制，以及電子秤，電子玩具等，這些都可以找到單片機(jī)的身影。

一、單片機(jī)概述

單片機(jī)說的是一款集成系統(tǒng)在一片集成電路芯片上的完整詳細(xì)計(jì)算機(jī)硬件。縱然它的大多數(shù)的特性集成系統(tǒng)在一片小集成電路芯片上，然而它擁有一款 完整詳細(xì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須要的大多數(shù)的零部件：CPU、運(yùn)行內(nèi)存、內(nèi)部和 外部數(shù)據(jù)總線計(jì)算機(jī)硬件，現(xiàn)階段大多數(shù)的還可以擁有外存。與此同時(shí)集成系統(tǒng)類似于通訊設(shè)備插口、單片機(jī)定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外部設(shè)備。而目前最強(qiáng)勁的單片機(jī)編程計(jì)算機(jī)硬件乃至能夠?qū)⑾到y(tǒng)聲音、影像、電腦網(wǎng)絡(luò)、繁復(fù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換信息系統(tǒng)集成在一片集成電路芯片上。

單片機(jī)編程也稱作微處理器（Microcontroller），主要是因?yàn)樗畛醣挥迷诠I(yè)控制系統(tǒng)方面。單片機(jī)編程由集成電路芯片內(nèi)僅有CPU的專用型Cpu轉(zhuǎn)型而成。最初的設(shè)計(jì)構(gòu)思是借助將大批量外部設(shè)備和CPU集成系統(tǒng)在一個(gè)集成電路芯片中，使計(jì)算機(jī)硬件更小，更易于集成系統(tǒng)進(jìn)繁復(fù)的而對(duì)體型規(guī)定嚴(yán)格要求的集中控制系統(tǒng)之中。INTEL的Z80是最初依照這些想法設(shè)計(jì)構(gòu)思出的Cpu，至此以后，單片機(jī)編程和專用型Cpu的轉(zhuǎn)型便各奔前程。

初期的單片機(jī)編程全是八位或4位的。在其中最勝利的是INTEL的8031，是因?yàn)楹啽惴€(wěn)定而特性很好獲取了非常大的贊許。從此在8031上轉(zhuǎn)型出了MCS51系列產(chǎn)品單片機(jī)編程計(jì)算機(jī)硬件。鑒于這個(gè)計(jì)算機(jī)硬件的單片機(jī)編程計(jì)算機(jī)硬件一直到如今還會(huì)廣泛性采用。伴隨工業(yè)控制系統(tǒng)方面規(guī)定的提升，逐漸產(chǎn)生了十六位單片機(jī)，但是因?yàn)樾詢r(jià)比高不理想化尚未取得很廣泛性的采用。90年代后伴隨購物電子商品大轉(zhuǎn)型，單片機(jī)編程技術(shù)應(yīng)用取得了不可估量的提升。

伴隨INTELi960系列產(chǎn)品特別是后來的ARM系列產(chǎn)品的普遍使用，32位系統(tǒng)單片機(jī)編程快速代替十六位單片機(jī)編程的高檔社會(huì)地位，同時(shí)步入主要行業(yè)。而傳統(tǒng)的的八位單片機(jī)編程的特性也取得了快速提升，解決工作能力相比八十年代提升了數(shù)百倍。現(xiàn)階段，高檔的32位系統(tǒng)單片機(jī)編程cpu主頻現(xiàn)已超出300MHz，特性迎頭趕上90年代中期的專用型Cpu，而通常的型號(hào)規(guī)格出廠價(jià)下跌至一美元，最高端的型號(hào)規(guī)格也僅有10美元。當(dāng)今單片機(jī)編程計(jì)算機(jī)硬件現(xiàn)已不再只在整機(jī)氛圍下建設(shè)和采用，大批量專用型的嵌入式操作系統(tǒng)被普遍使用在全系列的單片機(jī)編程上。而在身為便攜式電腦和智能手機(jī)核心內(nèi)容解決的高檔單片機(jī)編程乃至能夠可以直接采用專用型的Windows和Linux計(jì)算機(jī)硬件。

單片機(jī)編程比專用型Cpu更合適采用于嵌入式系統(tǒng)，所以它取得了最高的的采用。實(shí)際上單片機(jī)編程是全世界總數(shù)最高的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

二、單片機(jī)的發(fā)展歷史

1970年計(jì)算機(jī)硬件的順利研發(fā)過后，產(chǎn)生了單片機(jī)程序。1971年，國外國際貿(mào)易公司推行了4位單芯片電子計(jì)算機(jī)4004。1972年，它推行了原形八位單片機(jī)程序8008。尤其是自1976年推行Mcs-48以來的30年中，單片機(jī)程序還有有關(guān)技術(shù)應(yīng)用的轉(zhuǎn)型經(jīng)歷了幾回升級(jí)。它的轉(zhuǎn)型速率每三到4年大概新一代，集成度提升多一倍，作用提升多一倍。即使單片機(jī)程序的歷史時(shí)間不長，但在引進(jìn)八位單片機(jī)程序的根基上，單片機(jī)程序的轉(zhuǎn)型能夠劃分為4個(gè)環(huán)節(jié)。

第一階段（1976-1978年）：重要的單芯片環(huán)節(jié)。由企業(yè)內(nèi)部單位的Mcs-48象征。該系列產(chǎn)品MCU有八位CPU，I/O插口，八位計(jì)時(shí)器/記數(shù)器，尋址方式范疇不超過4k高清字節(jié)數(shù)，具備簡潔明了的中止作用且無串行接口。

第二階段（1978-1982年）：單片機(jī)程序完善環(huán)節(jié)。在這個(gè)一環(huán)節(jié)，單片機(jī)程序的作用已經(jīng)大大提升，能夠在更多場(chǎng)合采用。在這個(gè)一環(huán)節(jié)，單片機(jī)程序一般具備1個(gè)串行I/O端口，1個(gè)多級(jí)別中止處置操作系統(tǒng)，1個(gè)十六位計(jì)時(shí)器/記數(shù)器。電源芯片中集成化的RAM和ROM存儲(chǔ)容量提升，尋址方式范疇能夠?qū)崿F(xiàn)64K字節(jié)數(shù)。A/D轉(zhuǎn)化插口也集成化在某一些單芯片電子計(jì)算機(jī)中。這類MCU的典型性象征是企業(yè)內(nèi)部單位的MCS-51，摩托羅拉公司的6801和ZILOG單位的Z8。

第三階段（1982年至1992年）：八位微處理器合拼和研發(fā)還有十六位高端微處理器產(chǎn)品開發(fā)階段。在這個(gè)環(huán)節(jié)，即使八位單片機(jī)程序的采用已被普遍采用，但以便能夠更好地滿足需要測(cè)控系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)程序集成化的外場(chǎng)通信接口獲得了擴(kuò)大。這一個(gè)環(huán)節(jié)的象征是8051系列產(chǎn)品。許多半導(dǎo)體公司和廠子都以8051的MCS-51為核心，并推行了多種類型和型號(hào)規(guī)格的微處理器以滿足需要各種各樣嵌入式應(yīng)用的要求。其重要技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)型包含：

（1）外場(chǎng)作用集成化。它能夠滿足需要模擬量直接輸入的ADC插口，伺服驅(qū)動(dòng)器輸出的PWM還有程序監(jiān)視計(jì)時(shí)器的WDT（一般稱為看門狗電路）的要求，能夠確保程序的可靠運(yùn)行。

（2）有串行擴(kuò)大總線和插口能夠滿足需要串行外圍設(shè)備擴(kuò)大的要求，例如SPI，I2C總線，單總線（1-線）等。

（3）以便滿足需要分布式系統(tǒng)的要求，產(chǎn)生了具備出色控制作用的現(xiàn)場(chǎng)總線插口，例如canbus。

（4）在程序存儲(chǔ)器方面，片上程序存儲(chǔ)器技術(shù)應(yīng)用獲得了普遍的采用，產(chǎn)生了多種類型的單片機(jī)程序，??如EPROM，EEPROM，flashrom，maskROM，OTPROM等，以滿足需要其要求。研發(fā)和生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，并為最終取消外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)大奠定了良好的根基。同時(shí)，到復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)，智能電表和電氣控制;以及機(jī)器人，個(gè)人通信信息終端，機(jī)頂盒等的開發(fā)。因此，面對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)象，我們將繼續(xù)推出一系列適用于不同領(lǐng)域的微控制器，從簡單的性能到多功能。

結(jié)論

綜上所述，盡管MCU出現(xiàn)的較晚，但其發(fā)展仍然很快。在當(dāng)今社會(huì)，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展中不可忽視的一個(gè)方面。單片機(jī)正在從日常生活中改變到該國的每個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域，這正在改變我們的生活。這些與單片機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展密不可分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)也在不斷提高。在安全性能和能耗方面，都將有長足的發(fā)展，并將在中國得到更廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展與中國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是兼容的，類型很多，涉及家電，通信等許多領(lǐng)域，不斷改變著我們的生活。因此，MCU具有廣闊的發(fā)展前景，相信在不久的將來，更先進(jìn)的MCU將出現(xiàn)在我們的生活中。可以認(rèn)為，隨著集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片機(jī)的功能和性能也將不斷提高和提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。

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（作者單位：湖南工商大學(xué)）