浅谈单片机发展历史、分类及应用

【摘 要】 单片机诞生于1971年，它包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段发展已成为现代计算机技术的支柱产业。单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

【关键词】 单片机 发展 现代化 分类

单片机是在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）、定时器/计数器及输入/输出（I/O）接口等元器件的微型计算机系统。单片机的出现是计算机制造技术不断发展的产物，是计算机发展的一个重要分支。就单片机组成而言，虽然它只是一块芯片，但它包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成，只不过这些都集成在一块芯片上罢了，所谓“麻雀虽小，五脏俱全”，这种结构使得单片机成为具有独特功能和特色的计算机。

一、单片机的发展历史

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

二、单片机的分类

单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

1、位单片机

4位单片机的控制功能较弱，CPU一次只能处理4位二进制数。这类单片机常用于计算器、各种形态的智能单元以及作为家用电器中的控制器。典型产品有NEC公司的UPD75××系列、NS公司的COP400系列、松下公司的MN1400系列、ROCKWELL公司的PPS/1系列、富士通公司的MB88系列、夏普公司的SM××系列、Toshiba公司的TMP47×××系列等等。

①华邦公司的W741系列的4位单片机带液晶驱动，在线烧录，保密性高，低操作电压（1.2V～1.8V）。

②东芝单片机的4位机在家电领域有很大市场。

2、位单片机

8位单片机8位单片机的控制功能较强，品种最为齐全。和4位单片机相比，它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源、并行I/O接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面，普遍增设了乘除指令和比较指令。特别是8位机中的高性能增强型单片机，除片内增加了A/D和D/A转换器外，还集成有定时器捕捉/比较寄存器、监视定时器（Watchdog）、总线控制部件和晶体振荡电路等。

3、系列单片机

8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。应用的早，影响很大，已成为世界上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。

4、PIC系列单片机

由美国Microchip公司推出的PIC单片机系列产品，首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。

5、双总线结构

具有CISC结构的单片机均在同一存储空间取指令和数据，片内只有一种总线。这种总线既要传送指令又要传送数据（如图1-a所示）。因此，它不可能同时对程序存储器和数据存储器进行访问。因与CPU直接相连的总线只有一种，要求数据和指令同时通过，显然“乱套”，这正如一个“瓶颈”，瓶内的数据和指令要一起倒出来，往往就被瓶颈卡住了。

三、单片机在智能灯光控制系统中的应用

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

总 结

单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。

【参考文献】

[1] 潘琢金，施国君.C8051FXXX高速SOC单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[2] 杨淑英.单片机应用的广阔前景[J].价值工程，2010，（2）：248.

作者简介：权明伍性别：女辽源职业技术学院副教授。1963年6月21日出生，籍贯：蛟河，毕业学校：吉林工业大学计算机应用专业。