1.1 單片機(jī)

1.1.1 單片機(jī)概念

單片機(jī)也稱為“單片微型計(jì)算機(jī)”，單片機(jī)一詞最早源于“SingleChip Microcomputer”，簡(jiǎn)稱SCM。在單片機(jī)誕生時(shí)，由于其組成和原理是基于計(jì)算的，因此SCM準(zhǔn)確反應(yīng)了單片機(jī)的基本特征。隨著SCM在技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)上的不斷更新，功能不斷完善，單片機(jī)成為計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，面向控制領(lǐng)域，現(xiàn)在國際上用“MCU”（MicroControllerUnit）來代替SCM。所謂單片機(jī)就是把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要部件（中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及串行通信接口等）集成在一塊芯片上，這塊芯片稱為單片機(jī)。

1.1.2 單片機(jī)發(fā)展

1.單片機(jī)的發(fā)展歷史

1970年Intel公司研制出4位單片機(jī)4004，從此開創(chuàng)了微處理器的新紀(jì)元。如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段。

單片機(jī)探索階段（1976—1978）：這一階段主要是探索如何將構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上。1978年Intel公司推出了MCS-48，并成功應(yīng)用到工控領(lǐng)域。

單片機(jī)完善階段（1978—1982）：Intel公司在MCS-48的基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的51結(jié)構(gòu)單片機(jī)。

微處理器發(fā)展階段（1982—1990）：將外圍電路與接口電路集成到單片機(jī)內(nèi)部。

單片機(jī)全面發(fā)展階段（1990至今）：在51結(jié)構(gòu)單片機(jī)基礎(chǔ)上，通過技術(shù)上不斷創(chuàng)新，在結(jié)構(gòu)上適應(yīng)不同的需要，出現(xiàn)了百花齊放的局面。

2.單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）主流機(jī)型發(fā)展趨勢(shì)

在未來較長時(shí)間內(nèi)，8位單片機(jī)仍是市場(chǎng)的主流機(jī)型，8位單片機(jī)的結(jié)構(gòu)在未來將不斷得到完善，使8位單片機(jī)不斷保持其活力。4位機(jī)可能被陶汰，16位單片機(jī)的空間會(huì)被8位和32位機(jī)擠占，32位的單片機(jī)將在未來發(fā)揮重要作用。適用不同場(chǎng)合的專用單片機(jī)也將得到不斷發(fā)展。

（2）在結(jié)構(gòu)上將朝著RISC體系、采用ISP技術(shù)和FlashROM存儲(chǔ)器方向發(fā)展

由于RISC結(jié)構(gòu)可以精簡(jiǎn)指令，避免早期單片機(jī)的CISC結(jié)構(gòu)帶來指令復(fù)雜、執(zhí)行時(shí)間長的不足，因此，在單片機(jī)結(jié)構(gòu)上，將采用RISC體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于存儲(chǔ)器來說，由于FlashROM存儲(chǔ)器具有電可擦特性，因此未來將采用FlashROM存儲(chǔ)器。隨著內(nèi)部存儲(chǔ)容量的增加，以后將不再擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。在程序燒寫和調(diào)試方面，將采用ISP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線下載和遠(yuǎn)程調(diào)試。

（3）在制造工藝上將全盤CMOS化，實(shí)現(xiàn)全面功耗管理

單片機(jī)的全盤CMOS化，將使單片機(jī)本身降低功耗、提高可靠性、降低工作電壓、抗噪聲和抗干擾等各方面性能得到全面提高。

（4）外圍電路內(nèi)部化，外部以串行擴(kuò)展為主流

適應(yīng)單片機(jī)的發(fā)展，將A/D、D/A、PWM、I2C總線等外圍電路集成到單片機(jī)內(nèi)部，減輕使用者電路設(shè)計(jì)的壓力。與此同時(shí)，隨著串行技術(shù)的發(fā)展，未來串行擴(kuò)展將成為單片機(jī)擴(kuò)展的發(fā)展方向。

1.1.3 單片機(jī)應(yīng)用

由于單片機(jī)功能的飛速發(fā)展，它的應(yīng)用范圍日益拓廣，小到玩具、信用卡，大到機(jī)器人、航天器，從數(shù)據(jù)采集、過程控制、模糊控制等智能系統(tǒng)到人類的日常生活，都離不開單片機(jī)。

（1）在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

單片機(jī)用于構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

（2）在智能化儀器儀表中的應(yīng)用

單片機(jī)應(yīng)用于儀器儀表設(shè)備中，促使儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化和綜合化等方向發(fā)展。

（3）在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制走向智能化，構(gòu)成新一代的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

（4）在人類生活中的應(yīng)用

單片機(jī)由于其價(jià)格低廉、體積小，被廣泛應(yīng)用在人類生活的諸多場(chǎng)合，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電飯煲、視聽音響設(shè)備、大屏幕顯示系統(tǒng)、電子玩具、信用卡、樓宇防盜系統(tǒng)等。

1.1.4 常用51單片機(jī)

盡管單片機(jī)品種繁多，在我國占據(jù)主要地位的仍是具有51內(nèi)核及其兼容單片機(jī)，表1.1為MCS-51系列的單片機(jī)，表1.2為Atmel公司的89系列單片機(jī)，表1.3是SST公司的SST89系列產(chǎn)品。近年來，Philips公司的單片機(jī)在我國也得到廣泛應(yīng)用，表1.4為Philips公司51系列單片機(jī)。