1.3 單片機(jī)的發(fā)展概況

單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，它的產(chǎn)生與發(fā)展和PC的微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年Intel公司首先研制出4位微處理器以來，就出現(xiàn)了單片機(jī)。單片機(jī)的發(fā)展歷程大致可分為5個階段：

第一階段（1971～1976年）：單片機(jī)發(fā)展的初級階段。1971年年底Intel公司首先研制出集成2000只晶體管的4位微處理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，構(gòu)成了世界上第一款微處理器。此后，又推出了8位微處理器Intel 8008。受生產(chǎn)工藝限制，當(dāng)時的微處理器采用雙片結(jié)構(gòu)，功能簡單，還不是“單片機(jī)”，但從此拉開了研制單片機(jī)的序幕。

第二階段（1976～1980年）：低性能單片機(jī)發(fā)展階段。以1976年Intel公司研制出以8048為代表的MCS-48系列單片機(jī)（如表1-1所示），在一小塊半導(dǎo)體芯片內(nèi)集成了8位微處理器、8位并行I/O口、8位定時器/計數(shù)器、RAM、ROM等部件。這個芯片無串行接口，中斷處理比較簡單，RAM和ROM容量很小，尋址范圍小于4KB，但在功能上可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器儀表的需要。這種將微處理器和計算機(jī)外圍設(shè)備集成在一個芯片上的技術(shù)，標(biāo)志著真正的單片機(jī)的開始研制。由于單片機(jī)在構(gòu)建新型工業(yè)控制系統(tǒng)方面取得了成功，為今后單片機(jī)的發(fā)展開辟了成功之路。

第三階段（1980～1983年）：高性能單片機(jī)發(fā)展階段。以1980年Intel公司推出以8031為代表的MCS-51系列基本型單片機(jī)，形成了8051經(jīng)典內(nèi)核。至今，該內(nèi)核還是國內(nèi)外單片機(jī)產(chǎn)品的主流，眾多芯片制造商還在不斷地改進(jìn)和發(fā)展它。這個階段推出的8位單片機(jī)帶有串行接口，有多級中斷處理系統(tǒng)，含有多個16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)RAM、ROM容量增大，尋址范圍可達(dá)64KB，個別片內(nèi)帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。其他8位單片機(jī)的代表產(chǎn)品有Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。

在8位單片機(jī)中，MCS-51系列歷史最長，長盛不衰，不斷更新，形成了既具有經(jīng)典性，又不乏生命力的系列單片機(jī)。它在以下幾方面奠定了單片機(jī)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)：①完善的外部總線，MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口；②開創(chuàng)了CPU外圍功能單元的集中管理模式；③開發(fā)出了具有工控特性的位地址空間及位操作方式；④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并增加了很多突出控制功能的指令。

表1-1 Intel公司單片機(jī)系列配置一覽表

第四階段（1983～1990年）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展和16位單片機(jī)推出階段。1983年Intel公司又研制了MCS-96系列16位單片機(jī)。它支持16位算術(shù)邏輯運算，具有32位除以16位的除法功能；片內(nèi)256字節(jié)RAM、8K字節(jié)ROM容量進(jìn)一步增大，除2個16位定時器、計數(shù)器外，還可設(shè)置4個軟件定時器；具有8個中斷源，中斷系統(tǒng)更加完善；片內(nèi)帶有8通道高精度10位A/D和高速輸入/輸出部件（HSIO），以及Watch Dog、PWM等部件。MCS-96系列單片機(jī)片內(nèi)CPU為16位，運算速度和控制功能大幅提高，有很強的實時處理能力。采用HMOS或CMOS制造工藝，芯片集成度達(dá)12萬個晶體管，使單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入到一個新階段。

第五階段（1990年至今）：單片機(jī)全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、尋址范圍大、運算能力強的通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等方面向更高水平發(fā)展。CPU的位數(shù)達(dá)到了8位、16位、32位。在結(jié)構(gòu)上，更進(jìn)一步采用了雙CPU結(jié)構(gòu)或內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)，提高了處理能力和運算速度；時鐘頻率高達(dá)20MHz，提供了新型串行總線結(jié)構(gòu)，增加了PWM輸出、WDT監(jiān)視定時器、PCA可編程計數(shù)器陣列、DMA傳輸、調(diào)制解調(diào)器、通信控制器、浮點運算單元等新的特殊功能部件。隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷改進(jìn)，促使芯片向高集成化、低功耗方向發(fā)展?；谶@些優(yōu)勢，單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)實時處理、高性能通信、數(shù)字信號處理、復(fù)雜工業(yè)過程控制、機(jī)器人及局域網(wǎng)絡(luò)等方面扮演著越來越重要的角色。