单片机历史
21ic 2024-06-13

微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) ,又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机,是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器,至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等,都可见到MCU的身影。


单片机出现的历史 并不长,但发展十分迅猛。 它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,

自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段。下面以Intel公司的单片机发展为代表加以介绍。1971-1976单片机发展的初级阶段。 1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 构成了第一台MCS—4微处理器, 而后又推出了8位微处理器Intel 8008, 以及其它各公司相继推出的8位微处理器。1976-1980低性能单片机阶段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表, 采用将8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构, 虽然其寻址范围有限(不大于4 KB), 也没有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中断系统也较简单, 但功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。

1980-1983高性能单片机阶段。 这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口, 有多级中断处理系统, 多个16位定时器/计数器。片内RAM、 ROM的容量加大,且寻址范围可达64 KB,个别片内还带有A/D转换接口。1983-80年代末16位单片机阶段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS-96系列, 由于其采用了最新的制造工艺, 使芯片集成度高达12万只晶体管/片。1990年代单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。按照单片机的特点,单片机的应用分为单机应用与多机应用。在一个应用系统中,只使用一片单片机称为单机应用。单片机的单机应用的范围包括:(1) 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等, 达到测量与控制的目的。(2) 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表, 促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。(3) 机电一体化产品。单片机与传统的机械产品相结合, 使传统机械产品结构简化, 控制智能化。(4) 智能接口。 在计算机控制系统, 特别是在较大型的工业测、控系统中, 用单片机进行接口的控制与管理, 加之单片机与主机的并行工作, 大大提高了系统的运行速度。(5) 智能民用产品。 如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中, 单片机控制器的引入, 不仅使产品的功能大大增强, 性能得到提高, 而且获得了良好的使用效果。

单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。(1) 功能集散系统。 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。(2) 并行多机控制系统。 并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题, 以便构成大型实时工程应用系统。(3) 局部网络系统。单片机按应用范围又可分成通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的,例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中,又可按字长分为4位、8位、16/32位,虽然计算机的微处理器现在几乎是32/64位的天下,8位、16位的微处理器已趋于萎缩,但单片机情况却不同,8位单片机成本低,价格廉,便于开发,其性能能满足大部分的需要,只有在航天、汽车、机器人等高技术领域,需要高速处理大量数据时,才需要选用16/32位,而在一般工业领域,8位通用型单片机,仍然是目前应用最广的单片机。

到目前为止,中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程,随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面,单片机课程的教学也有从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势,但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域,尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内急需单片机人才的行业。行业高端目前有超过10余万名从事单片机开发应用的工程师,但面对嵌入式系统工业化的潮流和我国大力推动建设“嵌入式软件工厂”的机遇,我国的嵌入式产品要融入国际市场,形成产业,则必将急需大批单片机应用型人才,这为高职类学生从事这类高技术行业提供了巨大机会。

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