1.1 单片机

1.1.1 单片机概念

单片机也称为“单片微型计算机”，单片机一词最早源于“SingleChip Microcomputer”，简称SCM。在单片机诞生时，由于其组成和原理是基于计算的，因此SCM准确反应了单片机的基本特征。随着SCM在技术和体系结构上的不断更新，功能不断完善，单片机成为计算机的一个分支，面向控制领域，现在国际上用“MCU”（MicroControllerUnit）来代替SCM。所谓单片机就是把构成计算机的主要部件（中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器及串行通信接口等）集成在一块芯片上，这块芯片称为单片机。

1.1.2 单片机发展

1.单片机的发展历史

1970年Intel公司研制出4位单片机4004，从此开创了微处理器的新纪元。如果将8位单片机的推出作为起点，单片机的发展经历了4个阶段。

单片机探索阶段（1976—1978）：这一阶段主要是探索如何将构成计算机的主要部件集成在一块芯片上。1978年Intel公司推出了MCS-48，并成功应用到工控领域。

单片机完善阶段（1978—1982）：Intel公司在MCS-48的基础上推出了完善的、典型的51结构单片机。

微处理器发展阶段（1982—1990）：将外围电路与接口电路集成到单片机内部。

单片机全面发展阶段（1990至今）：在51结构单片机基础上，通过技术上不断创新，在结构上适应不同的需要，出现了百花齐放的局面。

2.单片机的发展趋势

（1）主流机型发展趋势

在未来较长时间内，8位单片机仍是市场的主流机型，8位单片机的结构在未来将不断得到完善，使8位单片机不断保持其活力。4位机可能被陶汰，16位单片机的空间会被8位和32位机挤占，32位的单片机将在未来发挥重要作用。适用不同场合的专用单片机也将得到不断发展。

（2）在结构上将朝着RISC体系、采用ISP技术和FlashROM存储器方向发展

由于RISC结构可以精简指令，避免早期单片机的CISC结构带来指令复杂、执行时间长的不足，因此，在单片机结构上，将采用RISC体系结构。对于存储器来说，由于FlashROM存储器具有电可擦特性，因此未来将采用FlashROM存储器。随着内部存储容量的增加，以后将不再扩展程序存储器。在程序烧写和调试方面，将采用ISP技术，实现在线下载和远程调试。

（3）在制造工艺上将全盘CMOS化，实现全面功耗管理

单片机的全盘CMOS化，将使单片机本身降低功耗、提高可靠性、降低工作电压、抗噪声和抗干扰等各方面性能得到全面提高。

（4）外围电路内部化，外部以串行扩展为主流

适应单片机的发展，将A/D、D/A、PWM、I2C总线等外围电路集成到单片机内部，减轻使用者电路设计的压力。与此同时，随着串行技术的发展，未来串行扩展将成为单片机扩展的发展方向。

1.1.3 单片机应用

由于单片机功能的飞速发展，它的应用范围日益拓广，小到玩具、信用卡，大到机器人、航天器，从数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，都离不开单片机。

（1）在测控系统中的应用

单片机用于构成各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。

（2）在智能化仪器仪表中的应用

单片机应用于仪器仪表设备中，促使仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和综合化等方向发展。

（3）在机电一体化中的应用

单片机与传统的机械产品结合，使传统的机械产品结构简化，控制走向智能化，构成新一代的机电一体化产品。

（4）在人类生活中的应用

单片机由于其价格低廉、体积小，被广泛应用在人类生活的诸多场合，如洗衣机、电冰箱、空调、电饭煲、视听音响设备、大屏幕显示系统、电子玩具、信用卡、楼宇防盗系统等。

1.1.4 常用51单片机

尽管单片机品种繁多，在我国占据主要地位的仍是具有51内核及其兼容单片机，表1.1为MCS-51系列的单片机，表1.2为Atmel公司的89系列单片机，表1.3是SST公司的SST89系列产品。近年来，Philips公司的单片机在我国也得到广泛应用，表1.4为Philips公司51系列单片机。