1.3 单片机的发展概况

单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和PC的微处理器的产生与发展大体同步，自1971年Intel公司首先研制出4位微处理器以来，就出现了单片机。单片机的发展历程大致可分为5个阶段：

第一阶段（1971～1976年）：单片机发展的初级阶段。1971年年底Intel公司首先研制出集成2000只晶体管的4位微处理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，构成了世界上第一款微处理器。此后，又推出了8位微处理器Intel 8008。受生产工艺限制，当时的微处理器采用双片结构，功能简单，还不是“单片机”，但从此拉开了研制单片机的序幕。

第二阶段（1976～1980年）：低性能单片机发展阶段。以1976年Intel公司研制出以8048为代表的MCS-48系列单片机（如表1-1所示），在一小块半导体芯片内集成了8位微处理器、8位并行I/O口、8位定时器/计数器、RAM、ROM等部件。这个芯片无串行接口，中断处理比较简单，RAM和ROM容量很小，寻址范围小于4KB，但在功能上可满足一般工业控制和智能化仪器仪表的需要。这种将微处理器和计算机外围设备集成在一个芯片上的技术，标志着真正的单片机的开始研制。由于单片机在构建新型工业控制系统方面取得了成功，为今后单片机的发展开辟了成功之路。

第三阶段（1980～1983年）：高性能单片机发展阶段。以1980年Intel公司推出以8031为代表的MCS-51系列基本型单片机，形成了8051经典内核。至今，该内核还是国内外单片机产品的主流，众多芯片制造商还在不断地改进和发展它。这个阶段推出的8位单片机带有串行接口，有多级中断处理系统，含有多个16位定时器/计数器，片内RAM、ROM容量增大，寻址范围可达64KB，个别片内带有A/D转换接口。其他8位单片机的代表产品有Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。

在8位单片机中，MCS-51系列历史最长，长盛不衰，不断更新，形成了既具有经典性，又不乏生命力的系列单片机。它在以下几方面奠定了单片机的经典体系结构：①完善的外部总线，MCS-51设置了经典的8位单片机总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口；②开创了CPU外围功能单元的集中管理模式；③开发出了具有工控特性的位地址空间及位操作方式；④指令系统趋于丰富和完善，并增加了很多突出控制功能的指令。

表1-1 Intel公司单片机系列配置一览表

第四阶段（1983～1990年）：8位单片机的巩固发展和16位单片机推出阶段。1983年Intel公司又研制了MCS-96系列16位单片机。它支持16位算术逻辑运算，具有32位除以16位的除法功能；片内256字节RAM、8K字节ROM容量进一步增大，除2个16位定时器、计数器外，还可设置4个软件定时器；具有8个中断源，中断系统更加完善；片内带有8通道高精度10位A/D和高速输入/输出部件（HSIO），以及Watch Dog、PWM等部件。MCS-96系列单片机片内CPU为16位，运算速度和控制功能大幅提高，有很强的实时处理能力。采用HMOS或CMOS制造工艺，芯片集成度达12万个晶体管，使单片机的发展进入到一个新阶段。

第五阶段（1990年至今）：单片机全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、寻址范围大、运算能力强的通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面向更高水平发展。CPU的位数达到了8位、16位、32位。在结构上，更进一步采用了双CPU结构或内部流水线结构，提高了处理能力和运算速度；时钟频率高达20MHz，提供了新型串行总线结构，增加了PWM输出、WDT监视定时器、PCA可编程计数器阵列、DMA传输、调制解调器、通信控制器、浮点运算单元等新的特殊功能部件。随着半导体制造工艺的不断改进，促使芯片向高集成化、低功耗方向发展。基于这些优势，单片机在大量数据实时处理、高性能通信、数字信号处理、复杂工业过程控制、机器人及局域网络等方面扮演着越来越重要的角色。