單片機(jī)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(shù)把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、脈寬調(diào)制電路、A/D轉(zhuǎn)換器等功能電路集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

一、單片機(jī)概述

單片機(jī)實(shí)質(zhì)是用于控制目的的單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)

二、總線

單片機(jī)CPU與各部件之間采用三總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。總線是指計(jì)算機(jī)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(jìn)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(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中各部件掛在總線上，當(dāng)選中某部件時(shí)，可對該部件進(jìn)行讀寫及控制，而其它部件與總線間處于“高阻態(tài)”，相當(dāng)于與總線斷開，從而實(shí)現(xiàn)各部件分時(shí)利用總線與CPU通訊。采用總線結(jié)構(gòu)可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化，并具有更好的可擴(kuò)展性。

三、單片機(jī)發(fā)展歷程

1、初級的發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代初期）

單片機(jī)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(gè)階段的產(chǎn)品還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)，因此還不是真正意義上的單片機(jī)。

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(jì)70年代中后期）

單片機(jī)集成了CPU、存儲器、I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、簡單的中斷系統(tǒng)以及時(shí)鐘等部件，是真正意義上的單片機(jī)。它以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)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(jì)80年代至今）

單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，單片機(jī)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(zhuǎn)換等功能，RAM和ROM的容量也越來越大，尋址空間甚至可達(dá)64kB，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。

較重要的產(chǎn)品有：

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

三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢

1.集成度更高、功能更強(qiáng)

半導(dǎo)體制作工藝的提高，使單片機(jī)的體積更小，時(shí)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(jī)正朝著更加集成化和微型化的方向發(fā)展，功能更為強(qiáng)大，應(yīng)用范圍更加廣泛。

2.功耗更低

MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右。目前單片機(jī)普遍采用低功耗的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流。今后將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。

四、單片機(jī)芯片 介紹

MCS-51系列單片機(jī)

Intel公司的MCS-51系列的8位單片機(jī)及其他公司的兼容單片機(jī)（稱為8051系列單片機(jī)簡稱51單片機(jī)），在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)簡單，易學(xué)易懂，初學(xué)者的入門機(jī)型。

MCS-51系列單片機(jī)主要包括:

8031/8051/8751和8032/8052/8752。

AT89系列單片機(jī)

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

AVR系列單片機(jī)（非8051內(nèi)核單片機(jī)）

AVR系列單片機(jī)是1997年ATMEL公司挪威設(shè)計(jì)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(jī)，簡稱AVR。

AVR單片機(jī)包括ATmega系列、ATXmega系列、ATtiny系列還有AT90系列

PIC系列單片機(jī)（非8051內(nèi)核單片機(jī)）

PIC單片機(jī)是Microchip公司的產(chǎn)品,其突出的特點(diǎn)是性價(jià)比高，功耗低,精簡指令集,抗干擾性好,可靠性高,有較強(qiáng)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(jī)

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

STM32F103“增強(qiáng)型”系列、STM32F101“基本型”系列

STM32F105、STM32F107“互聯(lián)型”系列

其他系列單片機(jī)

STC系列單片機(jī)

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

EMC單片機(jī)

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

PHLIPIS 51PLC系列單片機(jī)(51單片機(jī))

PHILIPS公司的單片機(jī)是基于80C51內(nèi)核的單片機(jī),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(yīng)用設(shè)計(jì)中可以滿足多方面的性能要求。

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