单片机原理与应用实例

自从1974年12月美国仙童（Fairchild）公司推出世界上第一台单片机F8以来，单片机以惊人的速度发展，从4位机、8位机发展到16位机、32位机，集成度越来越高，功能越来越强，应用范围越来越广。到目前为止，单片机的发展历史大约经过以下四个阶段：

第一阶段（1974～1976年）：单片机（4位）初级发展阶段。这种单片机的特点是价格便宜，控制功能强，片内含有多种I/O接口，如并行I/O接口、串行I/O接口、定时/计数器接口、中断功能接口等。根据不同用途，还配有许多专用接口，如打印机接口、键盘及显示器接口，可编程逻辑阵列（PLA）译码输出接口，有些甚至还包括A/D、D/A转换，声音合成等电路。丰富的I/O功能大大地增强了4位单片机的控制功能，从而使外部接口电路极为简单。这一时期生产的单片机的特点是制造工艺落后，集成度低。

第二阶段（1976～1978年）：低、中性能8位机阶段。典型产品是英特尔（Intel）公司制造的MCS-48系列单片机，片内集成了8位CPU、并行I/O接口、8位定时器/计数器、RAM和ROM等，以体积小、控制功能全，价格低，赢得了广泛的应用和好评，是单片机发展史上一个重要的阶段。但无串行口，中断系统比较简单，片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。MCS-48系列单片机包括基本型8048、8748和8035；强化型8049、8749、8039和8050、8040；简化型8020、8021、8022；专用型8041、8741等。

第三阶段（1979～1982）：高性能8位单片机发展阶段。这一类单片机常有串行I/O接口，有多级中断处理，定时/计数器为16位，片内的RAM和ROM的容量相对增大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换接口。在指令方面，普遍增设了乘、除和比较指令。代表性的产品有英特尔（Intel）公司的MCS-51系列、摩托罗拉（Motorola）公司的6801和齐格洛（Zilog）公司的Z8等。这类单片机性能价格比高，品种齐全，可以满足不同领域的需要，目前仍被广泛应用，是当今应用数量较多的单片机机种，其结构和性能还在不断地改进和发展。

第四阶段（1982年至今）：32位、16位单片机和高性能8位单片机阶段。16位单片机的典型产品是英特尔（Intel）公司的MCS-96系列单片机，主晶振为12MHz，片内RAM为232B，ROM为8KB，中断处理为8级，而且片内带有多通道10位A/D转换器和高速输入/输出（HSI/HSO）部件，其实时处理能力更强。近年来，32位单片机已进入实用阶段，32位单片机除了更高的集成度外，其主晶振已达20MHz，使32位单片机的数据处理速度比16位单片机增快许多，性能比8位、16位单片机更加优越。这种单片机的特点是工艺先进，集成度高和内部功能强，运算速度快。(www.xing528.com)

另外，单片机发展经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。

SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统体系结构。“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。在开创嵌入式系统独立发展道路上，英特尔（Intel）公司功不可没。

MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子产品厂家。从这一角度来看，英特尔（Intel）逐渐淡出MCU的发展也有其客观原因。在发展MCU方面，最著名的厂家当数飞利浦（Philips）公司。飞利浦（Philips）公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记英特尔（Intel）和飞利浦（Philips）的历史功绩。

SOC即片上系统（System on Chip）阶段。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。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。