51单片机技术趋势揭秘

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：单片机的发展过程分为以下几个发展阶段。第四代单片机：1983年以后是16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。微控制器（Micro Controller Unit，MCU）阶段，主要技术发展方向是不断扩展满足嵌入式应用的同时，对系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对系统的智能化控制能力。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，详细的发展阶段如下：

1974年12月，美国仙童（Fairchild）公司推出了世界上第一台8位单片机F8。单片机的发展过程分为以下几个发展阶段。

第一代单片机（1974～1976年）：

单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek公司的3870等。

第二代单片机（1976～1978年）：

这是单片机的发展阶段。最典型的产品有Intel公司的MCS-48系列单片机。

第三代单片机（1979～1982年）：

这是8位单片机的成熟阶段。代表产品有Intel公司的MCS-51系列机、Motorola公司的MC6801系列机、Zilog公司的Z8系列机等。

第四代单片机（1983年以后）：

1983年以后是16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

目前，单片机正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能以及结构兼容方向发展，单片机的发展趋势具体体现在以下4个方面：

（1）多功能在单片机中尽可能多的将应用系统中所需要的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，如把LED、LCD和VFD显示驱动器集成在单片机中，如把A-D、D-A以及多路模拟开关和采样/保持器也集成在单片机中。(www.chuimin.cn)

（2）高性能精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）是计算机中央处理器的一种设计模式。使用RISC体系结构、并行流水线操作和DSP等设计技术，使单片机的指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显优于同类型的微处理器。

（3）全盘CMOS化单片机采用两种半导体工艺生产，HMOS工艺即高密度短沟道MOS工艺；CHMOS工艺即互补金属氧化物的HMOS工艺，如8051的功耗为630mW，而80C51的功耗仅为120mW。从第三代单片机起开始淘汰非CMOS工艺。

（4）推行串行扩展总线显著减少引脚数量，简化系统结构。随着外围器件串行接口的发展，单片机串行接口的普遍化、高速化使得并行扩展接口技术日渐衰退。推出了删去并行总线的非总线单片机，需要外扩器件（存储器、I/O等），采用串行扩展总线，甚至用软件虚拟串行总线来实现。

另外单片机具体的功能体现在如下几个方面：

（1）4位、8位、16位、32位单片机共存，并各有自己的生存空间。

（2）CPU功能不断增强、运行速度不断提高。

（3）内部资源增多，增加存储器容量、片内外设如A-D、D-A、LED/LCD驱动、PWM等。

（4）引脚的多功能化。

（5）低电压和低功耗。

（6）结合ASIC和RISC技术，使单片机的应用范围进一步扩大。

51单片机技术趋势揭秘

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