单片机的应用面极广，发展速度很快，其发展大致经历了以下3个历史阶段。
1974～1978年，为单片机芯片化阶段。第一代单片机始于1974年，以Intel公司的MCS-48系列为代表，其特点是专门的结构设计。单片机在片内集成了8位CPU、并行I/O端口，8位定时/计数器、RAM、ROM等，资源少、无软件，只能保证基本的控制功能。这一代单片机产品，还有Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列。
1978～1983年，为单片机完善阶段。以Intel公司的MCS-51系列为代表，其技术特点是具有完善的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线组成的三总线结构及串行总线；具有强大的指令系统，其中大量的位操作指令与片内位地址空间构成了单片机所独有的布尔操作系统，建立了计算机外围功能电路的SFR集中管理模式；具有多级中断处理、16位定时/计数器，较大容量的片内RAM和ROM，有的单片机内部还带有A-D转换接口。这一代单片机真正开创了单片机作为微控制器的发展方向。
1983年至今，为单片机向微控制器过渡阶段。在这一时期，一方面不断完善高档8位单片机，另一方面发展16位单片机及专用单片机。将许多测控系统中所使用的电路技术、接口技术及可靠性技术应用于单片机中，如程序运行监视器（WDT）、脉冲宽度调制器（PWM）、高速I/O口、A-D、D-A等，将这些满足嵌入式应用要求的外围扩展加入到芯片内部使单片机内部的外围功能电路得到增强，使其更符合智能控制器的特征。同时加强了各种总线扩展技术，如SPI、I2C、CAN等总线接口，以及电源管理功能等。
单片机在目前的发展形势下，表现出以下几大趋势。
①采用多核CPU提高处理能力。(www.xing528.com)
②加大存储容量，采用新型存储器，方便用户擦写程序及数据，加强程序的保密措施。
③单片机内部所集成的部件越来越多，和模拟电路结合越来越紧密，使其应用水平不断提高。如NS公司（美国国家半导体公司）已将语音、图像部件也集成到单片机中。
④通信和联网功能不断加强。
⑤集成度不断提高，功耗越来越低，电源电压范围加宽。
随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现，单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以区别。
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