单片微机的发展

在8位单片微机之后，16位单片微机也有很大发展。例如， 1983年Intel公司推出的MCS－96系列单片微机。与MCS－51相 比，MCS－96不但字长增加一倍，而且还具有 4路或 8路的10 位 A/D 转换功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。飞 利浦公司推出了与80C51在源码级兼容性的16位单片微机，即 80C51XA(每一条80C51指令可以1∶1地被翻译成一条XA指令， 仅XCHD指令除外)，用户不需投入很大的软件开销和人员就能 较大的提高产品性能。80C51XA具有的高性能包括：执行速度 快、支持高级语言(比如C语言) 、支持实时多任务执行、易于 形成派生系列产品、地址宽度可变(用户可以方便地将外部地址 线宽度选定为12位、16位、20位、24位等等。在工业控制产品、 高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域.
单片机原理与应用
单片微机的发展
1.1 单片微机的概念
单片微机是单片微型计算机SCMC（Single Chip Micro Computer）的译名简称，在国内也常简称为“ 单片微机” 或“单片机” 。它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、 只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O 等等.
1.2 单片微机发展历程
1970年微型计算机研制成功之后，随着大规模集成电路的 发展又出现了单片微机，并且按照不同的发展要求，形成了二 个独立发展的分支。美国Intel公司1971年生产的4位单片微机 4004和1972年生产的雏型8位单片微机8008，特别是1976年 MCS-48单片微机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次 更新换代，其发展速度大约每二三年要更新一代、集成度增加 一倍、功能翻一番。发展速度之快、应用范围之广，已达到了 惊人的地步。它已渗透到生产和生活的诸领域，可谓“无孔不 入”。
现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图仪、 复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。
3．工业自动化领域的在线应用
如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化 控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系 统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行 走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。而其中每一个 小系统都是由单片微机进行控制的。
第三代：以80C51系列单片微机为代表。
它包括了 Intel公司发展MCS－51系列的新一代产品，如 8 XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB 石 XC451、8XC452， 还 包 括 了 Phlips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、ATMEL 等 公司以80C51为核心推出的大量各具特色、与MCS－51兼容的 单片微机。
通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制 系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子） 等，都要构成冗余的网络系统。比如一台RMW-7系列宝马轿 车就用了63个单片微机，大部分还是16位单片微机。
单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计 思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大 部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。 这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之 为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。
4.智能仪器仪表与集成智能传感器领域
应用单片微机来对传统的仪器仪表行业的产品进行“ 更 新换代” ，提供了非常理想的的条件。目前各种变送器、电 气测量仪表普遍采用单片微机应用系统替代传统的测量系统， 使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、 判断、联网和语音功能等。
5．汽车电子与航空航天电子系统
从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。目前，数字 逻辑电路和外围器件等都已普遍CMOS化。
⑷ 推行串行扩展总线
推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结构。 随着外围器件串行接口的发展，单片微机的串行接口的普遍化、 高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退。
1.4 80C51系列单片微机
8051单片微机是美INTEL公司在1980年推出的MCS-51系 列单片微机的第一个成员，MCS是INTEL公司的注册商标。 凡INTEL公司生产的以8051为核心单元的其它派生单片微机 都可称为MCS-51系列，有时简称为51系列。其它公司生产的 以8051为核心单元的其它派生单片微机却不能称为MCS-51系 列，只能称为8051系列。8051系列泛指所有公司（也包括 INTEL公司）生产的以8051为核心单元的所有单片微机。
1.3 单片微机的发展趋势
单片微机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、 扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。今后的发展 趋势不外乎在以下几个方面：
⑴ 多功能
在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、各 种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，如把 LED、LCD或VFD显示驱动器集成在8位单片微机中，如把A/D、 D/A、乃至多路模拟开关和采样/保持器也集成在单片微机芯片中， 从而成为名副其实的单片微机。
1976年Intel公司首先推出MCS－48系列单片微型计算机。 它已包括计算机的三个基本单元，已成为真正意义的单片微机， 赢得了广泛的应用，为单片微机的发展奠定了基础，成为单片 微机发展进程中的一个重要阶段。
在MCS－48单片微机成功的刺激下，许多半导体公司和计 算机公司争相研制和发展自己的单片微机系列，有Motorola公 司的6801、6802，Zilog公司的Z－8系列，Rockwell公司的6501、 6502等，此外，日本的NEC公司、日立公司及EPSON公司等， 也都相继推出了各具特色的单片微机品种。
以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。
l ．家用电器领域
国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控 制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、 微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制 器。
2．办公自动化领域
比如一台PC机可能嵌入了10个单片微机，如控制键盘、 鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软/硬盘驱动器、调 制解调器等。
80C51系列单片微机包括Intel公司的MCS-51单片微机，又 包括了以8051为核心单元的世界许多公司生产的单片微机，比 如PHILIPS(飞利浦公司) 的83C552及51LPC系列等、 SIEMENS(西门子公司) 的SAB80512等、AMD(先进微器件公 司) 的8053等、OKI(日本冲电气公司) 的MSM80C154等、
第二代：以MCS－5l系列的8051、8052单片微机为代表。
可以看出，这一代单片微机主要的技术特征是为单片微机配置 了完善的外部并行总线（AB、DB、CB）和具有多机识别功能 的串行通信接口（UART），规范了功能单元的特殊功能寄存 器（SFR）控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令 系统，为发展具有良好兼容性的新一代单片微机奠定了良好的 基础。
非总线方式的应用系统（如 80C51系列中的 83C751、 87C751，83C752、WC752，Motorola 的MC68HC05系列中的 许多产品）省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有 限的引脚 可提供更多的用户I/O口，以使应用系统的芯片数量 最少。
采用非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、 单元仪表等。
对工业控制、智能仪表等诸多较高层次的应用领域，8位单片 微机系列在性能、价格两方面有较好的兼顾。
尽管目前单片微机的品种很多，但其中最具典型性的当属 Intel公司的MCS－51系列单片微机。此外，它还具有品种全、 兼容性强、软硬件资料丰富等特点。直到现在MCS－51仍不失 为单片微机中的主流机型。由于8位单片微机的高性能价格比， 估计近十年内，8位单片微机将仍是单片微机中的主流机型。
Philips公司80C51系列的部分单片微机
ATMEL公司89C51系列的部分单片微机
华邦公司W78C51和W77C51系列的部分单片微机
1.5 单片微机的应用
按照所使用单片微机的类型不同，单片微机应用系统结构 可分成总线方式和非总线方式。
在总线方式的应用系统中，单片微机都具有完善的外部扩 展 总 线 ， 如 并 行 总 线 （ AB、DB、CB）、 串 行 通 信 总 线 （ 如 UART），通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。 采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、智能仪表、 监测系统，或满足这些应用而构成的多机与网络系统。总线方 式的单片微机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可 作为I/O口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些 I/O口改造 成具有各种驱动能力的 I/O口。
ATMEL公司的Flash单片微机89C51等、DALLAS公司的 DS5000/DS5001等、华邦公司的W78C51及W77C51等。
从MCS－48单片微机发展到如今的新一代单片微机，大致 经历了三代。如以 Intel 8位单片微机为例，这三代的划分大致 如下。
第一代：以MCS－48系列单片微机为代表。属于低性能单片微1系列单片微机是在MCS－51的HMOS基础上发展起 来的，它们具有CHMOS结构。部分厂家所生产的80C51系列或 与之相兼容的单片微机的特点列于表中。
从表中可以看出，80C51系列单片微机保留了MCS－51单 片微机的所有特性，内部组成基本相同。80C51系列单片微机 增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式 和掉电方式。
⑵ 高性能
为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用RISC体 系结构、并行流水线操作和DSP等的设计技术，使单片微机的指 令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型 的微处理器。
⑶ 全盘CMOS化趋势
单片微机采用二种半导体工艺生产，HMOS工艺即高密度 短沟道MOS工艺，具有高速度和高密度；CHMOS工艺即互补 金属氧化物的HMOS工艺，除具有HMOS的优点外，还具有 CMOS工艺的低功耗特点。如8051的功耗为630mw，而80C51 的功耗仅120mw。