单片机发展趋势及应用实例

单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，通常又称为嵌入式微控制器。单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压以及制造工艺上。目前，用户对单片机的需要越来越多，要求也越来越高。总的说来，单片机的发展趋势将向大容量、高性能、外围电路内装化、高可靠性、多功能和低电压、低功耗等方面发展，下面分别就这几方面说明单片机的技术进步状况。

1.内部结构的发展

单片机的集成度不断提高，有可能把众多的外围功能电路集成到片内。除了必须具备的RAM、ROM、定时器/计数器、中断系统外，为适应检测、控制功能的要求，片内集成的部件还有A/D转换器、D/A转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相环、频率合成器、字符发生器、声音发生器、阴极射线管（Cathode-Ray Tube，CRT）控制器、译码驱动器、串行通信接口、看门狗（Watchdog，WTD）电路、LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局域网，内部含有局部网络控制模块（CAN）。例如，英飞凌（Infineon）公司的C505C、C515C、C167CR、C167CS-32FM、81C90；摩托罗拉（Motorola）公司的68HC08AZ系列等。这类单片机容易构成网络。在控制系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。

为降低单片机产品的成本，广泛采用掩膜、一次编程和多次编程单片机。过去成熟的单片机产品一般是掩膜型单片机，由于掩膜需要一定的生产周期，而一次编程型单片机价格不断下降，使得直接使用一次编程完成最终产品制造更为流行。近年来，一次编程型单片机需求量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片编程技术。未编程的一次编程芯片先焊在印制板上，然后再对其进行编程，解决了批量写一次编程芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。而多次编程向一次编程提出了挑战，一些单片机厂商采用Flash存储器作为程序存储器（如ATMEL公司的单片机），可多次编程。

为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有富士通（Fujitsu）公司的MB89850系列和MB89860系列；摩托罗拉（Motorola）公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，内部含死区控制等功能。

现在有的单片机采用三核结构，这是一种建立在系统级芯片概念上的结构，由三个核组成：一个是微控制器和数字信号处理器（DSP），一个是数据和程序存储器，一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点是把DSP和微控制器同时做在一个芯片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理（如快速傅立叶变换等）上面。把它和传统单片机结合集成大幅提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有英飞凌（Infineon）公司的TC10GP；日立（Hitachi）公司的SH7410、SH7612等。这些都是高档单片机，MCU都是32位的，DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。

2.在功耗、封装及电源电压方面的发展

低电压与低功耗是单片机技术发展的另一个特点。现在新的单片机的功耗越来越小，采用最新的集成电路制造技术，全静态设计使功耗不断下降。PIC单片机、摩托罗拉（Motorola）的某些单片机在这方面具有很强的优势。(www.xing528.com)

很多单片机都设置了多种工作方式，如等待、暂停、睡眠、空闲、节电等。飞利浦（Phil-ips）公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。在功耗上，令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个16位的系列，超低功耗工作方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于LMP1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于1～4MHz，这时功耗只有50μA；工作在LPM3方式时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3μA；工作在LPM4方式时，CPU、外围电路及振荡器都不活动，功耗只有0.1μA。

现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种符合贴片工艺的封装方式，以减小体积。摩托罗拉（Microchip）公司推出的8个引脚的单片机特别引人注目，它含有0.5～2KB程序存储器，25～128B数据存储器，6个I/O接口以及一个定时器，有的还含4通道A/D，完全可以满足一些低端系统的应用。

扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是当前单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.3～5.5V的条件下工作。一些厂家，生产出可以在2.2～6V的条件下工作的单片机。这些单片机有富士通（Fujitsu）公司的MB89191-89195、MB89121-125A、MB89130系列等，该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.2～6V的工作电压条件，TI公司的MSP430X11X系列单片机的工作电压也是2.2V的。

3.在工艺方面的发展

现在的单片机基本上采用CMOS技术，大多数单片机采用了0.6μm以上的光刻工艺，如摩托罗拉（Motorola）公司则已采用0.35μm甚至是0.25μm技术。这些技术的进步大幅度提高了单片机的内部密度和可靠性。

4.可靠性方面的发展

为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家尽量采用低噪声与高可靠性技术，在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施，如增加了抗EMI电路、增强了WDT的性能等。