51单片机之《概述》

开场白

  这位博主你好！本片文章我以张毅刚老师所主编的《单片机原理及应用》一书中对单片机的概述为大家浅浅的介绍一下单片机的概念、发展、特点、趋势等等，内容还是比较多，可能在阅读的过程中会感到一点枯燥，但是如果能够认真的花上一点时间仔细阅读一番，可能真的会让你对单片机有不少的了解呢！坚持的自己才是最棒的，要加油哦！

1.单片机简介

  单片机就是在一片半导体硅片上，集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM 、ROM）、中断系统、定时器/计数器、并行I/O口、串行I/O口、时钟电路及系统总线，用于测控领域的单片微型计算机，简称单片机。
  如图这是普中科技的89C52单片机开发板的实物图：

  由于单片机在使用时，通常处于测控系统的可信地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机成为嵌入式微控制器或微控制器。在我国，大部分工程技术人员则习惯使用“单片机”这一名称。
  单片机的问世，是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它标志着计算机正式形成了通用计算机和嵌入式计算机两大分支。单片机芯片体积小、成本低，可广泛应用到工业控制单元、智能仪器仪表、机器人、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、汽车电子系统、玩具、个人信息中断以及通信产品中。
  单片机按照其用途可分为通用性和专用型两大类。
  通用型单片机就是其内部可开发的资源(存储器、I/O等各种外围功能部件)全部提供给用户，用户可以根据实际需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其他外围设备（简称外设），并编写相应的程序来实现其测控功能，以满足各种不同测控系统的功能需求。我们通常所说的单片机就指的是这种通用型单片机。
  专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作的。例如，各种家用电器中的控制器等。由于用作特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用”的单片机芯片。在设计中，已经对“专用”单片机的系统结构最简化、可靠性和成本性的最佳化等方面都做了全面综合考虑，所以“专用”单片机具有十分明显的综合优势。但是，无论“专用”单片机再用途上有多么“专”，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础的。

2.单片机的发展历史

  单片机根据其基本操作处理的二进制位数主要分为：8位单片机、16位单片机以及32位单片机。
  单片机的发展历史大致可分为4个阶段。
  第一阶段（1974~1976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式，功能较为简单。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上F8单片机只包括了8位CPU、64B RAM和2个并行口。
  第二阶段（1976~1978年）：低性能单片机阶段。1976年Intel公司推出的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片机的变革和发展，1977年GI公司推出了PIC1650，但这个阶段的单片机仍然处于低性能阶段。
  第三阶段（1978~1983年）：较高性能的单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍带有串行I/O口、多级中断系统、16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。这类单片机性价比较高，从而得到广泛的应用。典型的产品为Intel公司的MCS-51系列，Mortorola公司的6801单片机。此后，与MCS-51兼容的8位单片机得到迅速发展，各公司的新机型不断涌现。
  第四阶段（1983年~现在）：8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出阶段。20世纪90年代时单片机制造业大发展时期，这个时期的Mortorola、Intel、Microchip、ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、飞利浦、韩国LG等公司也开发了一大批优越的单片机，极大地推动了单片机的推广与应用。近年来，又有不少新型的高集成度的单片机不断涌现，出现了单片机产品百花齐放的局面。目前，除了8位单片机得到广泛应用之外，16位、32位单片机也受到广大用户的青睐，得到普及。

3.单片机的特点

  单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。单片机体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，单片机的发展普及给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。单片机很容易嵌入到系统之中，便于实现各种方式的检测和控制，这是一般微型计算机根本做不到的。单片机只要在其外部适当添加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，如工业自动控制系统、自动检测监视系统、数据采集系统、智能仪器仪表等。
  为什么单片机应用如此广泛？主要是单片机系统具有以下优点。
  （1）简单方便，易于掌握和普及。单片机技术是较为容易掌握和普及的技术。单片机应用系统的设计、组装、调试已经是一件容易的事情，广大工程技术人员通过学习可以很快地掌握其应用设计和调试技术。
  （2）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。
  （3）发展迅速，前景广阔。在短短几十年地时间里，单片机就经历过了4位机、8位机、16位机、32位机等几大发展阶段。尤其是形式多样，集成度高，功能日臻完善地单片机不断问世，更使得单片机在工业控制及自动化领域获得长足发展和大量应用。近几年，单片机内部结构愈加完美，配套的片内外设部件越来越完善，一片芯片就是一个应用系统，为应用系统向更高层次和大规模地发展奠定了坚实基础。
  （4）嵌入很容易，用途广泛。单片机体积小、性价比高、灵活性强等特点在嵌入式控制系统中具有十分重要的地位。在单片机问世前，人们想要制作一套测控系统，往往采用大量的模拟电路、数字电路、分立原件来完成，系统体积庞大，且线路复杂、连接线路太多，极易出现故障。单片机问世后，电路组成和控制方式都发生了很大变化。在单片机应用系统中，各种测控功能的实现绝大部分都已经由单片机的程序来完成，其他电子线路则由片内的外设部件来替代。

4.单片机的应用

  单片机具有软硬结合、体积小、很容易嵌入到各种应用系统中的优点。因此，以单片机为核心的嵌入式控制系统在下述各个领域中得到了广泛的应用。
  1.工业控制与检测
  在工业领域，单片机主要用于工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥也来越重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术中），单片机发挥着非常重要的作用。
  2.仪器仪表
  目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在智能仪器仪表中使用单片机，有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。
  3.消费类电子产品
  单片机在家用电器中的应用已经非常普及，例如，洗衣机、电冰箱、微波炉、空调、电风扇、电视机、加湿器、消毒柜等。在这些设备中嵌入了单片机后、其功能与性能大大提高，并实现了智能化、最优化控制。
  4.通信
  在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络以及各种通信设备中、单片机也得到了广泛的应用。
  5.武器装备
  在现代化的武器装备中，如战斗机、军舰、坦克、导弹、鱼类制导、智能武器装备、航天飞机系统等、都有单片机的嵌入。
  6.各种终端及计算机外部设备
  计算机网络终端设备（如银行终端）以及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使用了单片机作为控制器。
  7.汽车电子设备
  单片机已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统以及汽车黑匣子等。
  8.分布式多机系统
  在比较复杂的多节点测控系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，他们通过串行通信相联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。
  综上所述，从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要的作用。

5.单片机的发展趋势

  单片机的发展趋势是向大容量、高性能、外设部件内装化等方面发展。
  1.CPU的改进
  （1）增加数据总线的宽度。例如，各种16位单片机和32位单片机，其数据处理能力要优于8位单片机。
  （2）采用双CPU结构，以提高数据处理能力。
  2.存储器的发展
  （1）片内程序存储器普遍采用闪烁（Flash）存储器。闪烁存储器能在+5V下读/写，既有静态RAM的读/写操作简单的优点，又有在掉电时数据不会丢失的优点。单片机可不用扩展外部程序存储器，大大简化了系统的硬件结构，有的单片机内的Flash程序存储器容量可达128KB甚至更多。
  （2）加大片内数据存储器存储容量。例如，8位单片机PIC18F452片内集成了4KB RAM，以满足动态数据存储的需要。
  3.片内I/O口的改进
  （1）增加并行口的驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接实现大电流和高电压输出，以便直接驱动LED和VFD（荧光显示器）。
  （2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分布式、网络化系统提供了方便条件。
  （3）引入了数字交叉开关，改变了以往片内外设与外部I/O引脚的固定对应关系。交叉开关是一个大的数字开关网络，可通过编程设置，将片内的计数器/定时器、串行口、中断系统、A/D转换器等片内外设资源灵活配置给端口I/O引脚。
  4.低功耗
  目前单片机产品均为CMOS芯片，具有功耗小的优点。这类单片机普遍配置有低功耗工作模式。在这些状态下低电压工作的单片机，其消耗的电流仅在μA和nA量级，非常适合于电池的便携式、手持式的仪器仪表以及其他消费类电子产品。
  5.外设电路内装化
  随着集成电路技术及工艺不断发展，把所需要的众多外设电路全部装入单片机内，即系统的单片机是目前的发展趋势之一，一片芯片就是一个“测控系统”。
  6.编程及仿真的简单化
  目前大多数的单片机都支持程序的在系统可编程（in-system programming,ISP）,也称在线编程，只需要一条与PC USB口（或串行口）相连的ISP下载线，就可以把仿真调试通过的程序代码从PC在线写入单片机的Flash存储器内，省去编程器与仿真器。某些机型还支持在应用可编程（in-application programming,IAP）即可在线升级或销毁单片机的应用程序。
  7.实时操作系统的使用
  单片机可配置实时操作系统RTX51。RTX51是针对8051单片机的多任务内核。RTX51实时内核从本质上简化了对实时事件反应速度要求较高的复杂系统设计、编程和调试，已完全集成到C51编译器中，使用简单方便。
  综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格（几元钱）、外设电路内装化以及片内程序存储器、数据存储器容量不断增大的方向发展。

6.MCS-51系列与AT89S5X系列单片机

  20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，其中Intel公司推出的MCS-51系列单片机是一款设计成功、易掌握并在全世界范围得到广泛普及应用的机型。

6.1MCS-51系列单片机

  MCS是Intel公司生产的单片机的系列符号，MCS-51系列单片机是Intel公司在MCS-48系列基础上发展起来的，是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的机型。
  基本型产品主要包括8031、8051、8751（对应的CMOS工艺的低功耗型为80C31、80C51、87C51）和增强型产品8032、8052、8752。
  1.基本型
  基本型的典型产品为8031、8051、8751。
  8031内部包括8位CPU、128B RAM,21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源，但片内无程序存储器，需要外部扩展存储器芯片。
  8051是在8031的基础上，片内又集成有4KB ROM作为程序存储器。所以8051是一个程序不超过4KB的小系统。ROM内的程序是芯片厂商制作芯片时，代用户烧制的，主要用在程序已定且批量大的单片机应用系统的生产中。
  8751与8051相比，片内4KB的EPROM取代了8051的4KB ROM，构成了一个程序不大于4KB的小系统。用户可以自己将程序固化在EPROM中，EPROM中的内容可以反复擦写修改。8031外扩一片4KB的EPROM就相当于一片8751。
  2.增强型
  Intel公司在MCS-51系列基本型产品8051的基础上，又推出了增强型系列产品，即52子系列，典型产品为8032、8052、8752。他们的内部RAM由128B增至256B，8052、8752的片内程序存储器由4KB增至8KB，16位定时器/计数器由2个增至3个。

6.2AT89S5X系列单片机

  1.8051内核单片机
  20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高档CPU芯片的研发上，逐渐淡出单片机芯片的开发和生产。由于MCS-51单片机设计上的成功以及较高的市场占有率，得到了世界众多公司的青睐。MCS-51系列单片机的代表机型为8051，Intel公司以专利转让或技术交换的形式把8051的内核技术转让给了许多芯片生产厂家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。目前世界其他公司推出的各种与8051兼容、扩展型单片机都是在8051内核的基础上进行了功能模块的增强与扩展，使其集成度更高、功能和市场竞争力更强。人们常用8051（或80C51,"C"表示采用COMS工艺）来称呼所有这些具有8051内核，且使用8051指令系统的单片机，统称为8051单片机或简称为51单片机。
  2.AT89S5X系列单片机
  在众多的兼容扩展型的机型中，美国的ATMEL公司的AT89C5X / AT89S5X 系列单片机在单片机市场中占有较大的份额。
  ATMEL公司于1994年以E²PROM技术与Intel公司的80C51内核的使用权进行了交换。ATNEL公司的技术优势是其闪速（Flash）存储器技术，将Flash技术与80C51内核相结合，形成了片内带有Flash的AT89C5X / AT89SC5X 系列单片机。AT89C5X / AT89SC5X 系列单片机与MCS-51系列单片机在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容，系列中的某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP（在线编程）及SPI串行接口等，片内Flash存储器可直接在线重复编程。此外，还支持两种节电工作方式，非常适合于电池供电或其他低功耗场合。
  AT89S5X 的“S”档系列是ATMEL公司继AT89C51X 系列之后推出的新机型，“S”表示含有串行下载的Flash存储器。目前AT89C51单片机已经不再生产，可用AT89S51直接代换。与AT89C5X 系列相比，AT89S5X 系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高。例如，AT89C51的工作频率的上线为24MHz,而AT89S51为33MHz。AT89S51片内集成有双数据指针DPTR，看门狗定时器，具有低功耗的空闲工作方式和掉电工作方式，还增加了5个特殊功能寄存器。
  AT89S51 与 AT89S52单片机的差别在于AT89S51片内有4KB Flash存储器、128B RAM、5个中断源以及2个定时器/计数器；而AT89S52片内有8KB Flash存储器、256B RAM、6个中断源以及3个定时器/计数器（比AT89S51多出1个定时器，且具有捕捉功能）。AT89S52在片内硬件资源方面对AT89S51做了“增强”。AT89S52单片机是目前广泛应用的8051单片机的代表性机型。
  除了8位单片机得到广泛应用之外，一些厂家的16位单片机也得到了用户的青睐。例如，美国TI公司的16位的MSP430系列，Microship公司的PIC24XX 系列单片机。这些单片机本身带有A/D转换器，各种串行口以及各种数字控制与检测部件，一片芯片就构成了一个小的测控系统，使用非常方便。除了16位单片机外，各公司还推出了32位单片机，例如，Microship公司的PIC32XX 系列单片机，意法半导体的STM32XX 单片机。尽管如此，8位单片机的性能基本能满足中低端应用的大部分实际需求，况且8位单片机价格十分低廉，性价比高，在中低端应用场合得到了广泛的应用。

7.各种衍生品种的8051单片机

  除了AT89S5X 系列单片机外，世界各半导体器件厂家也推出8051内核、各种集成度高、功能强的增强扩展型单片机，已得到广泛的应用。

7.1STC系列单片机

  STC系列单片机是我国具有独立自主知识产权，功能与抗干扰性强的增强型8051单片机，该系列单片机有多种子系列，几百个品种，可以满足不同应用的需求。其中STC12C5410 / STC12C2052系列机型的主要性能及特点如下：
  （1）高速。普通的8051单片机为每个机器周期12个时钟，而STC单片机可以做到每个机器周期1个时钟，指令执行速度大大提高，速度比普通的8051快8~12倍。
  （2）宽工作电压。5.5 ~ 3.8V，2.4 ~3.8V（STC12LE5410AD系列）。
  （3）12KB/10KB/8KB/6KB/4KB片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上。
  （4）512B片内的RAM数据存储器。
  （5）在系统可编程（ISP）/在应用可编程（IAP），无需编程器/仿真器，可远程升级。
  （6）8通道的10位ADC,4路PWM输出。
  （7）4通道捕捉/比较单元，也可用来实现4个定时器或4个外部中断（支持上升沿或下降沿中断）。
  （9）硬件看门狗（WDT）。
  （10）高速SPI串口。
  （11）全双工异步串行口（UART）,兼容普通的8051的串口。
  （12）通过I/O口（27/23/15个）中的每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不可超过55mA。
  （13）超强的抗干扰能力与高可靠性：
      <1>高抗静电。
      <2>通过2kV/4kV快速脉冲干扰的测试（EFT测试）。
      <3>高电压，不怕电源抖动。
      <4>宽温度范围：-40 ~ +85°c。
      <5>片内的电源供电系统、I/O口、时钟与复位电路、看门狗电路均经过特殊处理。
  （14）采取降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施。如选每个机器周期为6个时钟，外部时钟频率可降一半。
  （15）超低功耗设计
      <1>掉电模式：典型功耗<0.1μA。
      <2>空闲模式：典型功耗为2mA。
      <3>正常工作模式：典型功耗4 ~ 7mA。
      <4>掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表等各种便携设备等。
  STC单片机可直接替换世界各公司的8051/52的兼容机型产品，是一款高性能、高可靠性且价格低廉，尤其是其较高的抗干扰特性，应给予足够的重视。

7.2C8051FXXX单片机

  美国Cygnal公司的C8051FXXX系列单片机，是一款集成度高，采用8051内核的8位单片机，代表性产品为C8051F020。
  C8051F020内部采用流水线结构，大部分指令的执行时间为1或2个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS,与经典的8051单片机相比，可靠性和速度有着很大的提高。
  C8051F202片内集成了1个8位的ADC、1个12位的ADC、1个双12位DAC；64KB片内Flash程序存储器、256B RAM、128B SFR;8个I/O端口共64根I/O口线；5个16位通用定时器；5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器列阵，1个UART串行口、1个SMBus/I²C串口、1个SPI串行口；2路电压比较器、电源监测器、内置温度传感器。
  C8051FXXX单片机最突出的改进是引入了数字交叉开关（C8051F2XX除外）。它改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。用户可通过可编程的交叉开关控制寄存器将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC输入、比较器输出以及单片机内部的其他硬件外设配置出现在端口I/O引脚。用户可根据特定应用，选择通用I/O端口与片内硬件资源的灵活组合。

7.3ADμ C812单片机

  ADμ C812是美国ADI(Analog DeviceInc)公司生产的共性能8051内核单片机，其内部包含高精度自校准的8通道12位模数转换器（ADC），2通道的12位数模转换器（DAC），指令系统与8051单片机兼容。片内有8KB Flash程序寄存器、640B Flash数据存储器、256B数据SRAM(支持可编程)。
  ADμ C812片内集成有看门狗定时器、电源监视器以及ADC DMA功能。为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O线、包含于I²C兼容的串行口以及SPI串行口和标准的UART串行口。
  ADμ C812的MCU内核和模数转换器均设置有正常、空闲和掉电工作模式，通过软件可使芯片从正常模式切换到空闲模式，也可切换到更为省电的掉电模式。在掉电模式下，ADμ C812消耗的总电流约为5μA。

7.4华邦W77系列、W78系列单片机

  我国台湾华邦公司（Winbond）的W77系列、W78系列单片机与8051单片机完全兼容。
  华邦单片机对8051的时序做了改进：每个指令周期只需要4个时钟周期，速度提高了3倍，工作频率最高可达40MHz。
  W77系列为增强型，片内增加了看门狗WatchDog、两组UART串口、两组DPTR数据指针（编写应用程序非常遍历）、ISP（在线编程）等功能。片内集成有USB接口，具有语音处理等功能，有6组外部中断源。

8.PIC系列单片机与AVR系列单片机

  除8051单片机外，各种非8051机型的8位单片机也得到了广泛应用。其中使用较多的是PIC系列与AVR系列单片机，这两种单片机博采众长，又具独特技术，已占据较大的市场份额。

8.1PIC系列单片机

  PIC系列单片机是美国Microship公司的产品，其主要特性如下：
  （1）PIC系列单片机最大的的特点就是从实际出发，从低到高有几十个型号，可满足各种需要。例如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储器空间不大、可靠性较高的小型单片机，如采用PIC12C508单片机，仅有8个引脚，片内有512B ROM、25B RAM、1个8位定时器、1根输入线、5根I/O线，价格非常便宜，应用在摩托车点火器这样的场合十分合适。此时如果采用40引脚的机型就可能是“大马拉小车”。
  Microship公司的6脚单片机PIC10F322被认为是世界上最小的单片机，该单片机带有4个I/O。最大的特色是外设增加了可配置单元CLC，数控振荡器NCO，互补波形发生器CWG，另外还有3个通道的8位ADC、2个10位的PWM、2个8位定时器以及64B静态RAM、512B的程序空间，支持高性能的精简指令（RISC）的CPU。
  PIC的40只引脚单片机PIC16C74,其内部有4KB ROM、192B RAM、8路ADC、3个8位定时器、2个CCP模块、3个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚，可以与其他品牌的高档型号媲美。
  （2）PIC单片机采用精简指令集（RISC）,指令执行效率大为提高。数据总线和指令总线分离的哈佛（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令代码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用复杂指令集（CISC）的8位单片机相比，可达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。
  （3）具有优越开发环境。PIC每推出一款新型号单片机的同时，还会推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。
  （4）引脚通过限流电阻可接至220V交流电源，直接与继电器控制电路相连，无需光耦合器隔离，给使用带来极大方便。
  PIC的8位单片机型号繁多，分为低档、中档、高档型。
  中档产品时Microship公司重点发展的系列产品，品种最为丰富。尤其时PIC18系列，其程序存储器最大可达64KB，通用数据存储器为3968B；有8位和16位定时器、计数器；8级硬件堆栈，10位A/D转换器，捕捉输入，PWM输出；配置了I²C、SPI、UART串口，CAN、USB接口，模拟电压比较器及LCD驱动电路等，其封装从14脚到64脚，价格适中，性价比高。已广泛应用在高、中低档的各类电子产品中。
  高档型产品PIC17CXX是在中档型产品的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达160ns。它是目前世界上8位单片机中性价比最高的机型，可用于电机控制等。
  此外，Microship公司还推出了高性能的16位的PIC24XX系列和32位的PIC32XX系列单片机，受到广大用户欢迎，已得到较为广泛的应用。

8.2AVR系列单片机

  AVR系列单片机是1997年有ATMEL公司研发出的精简指令集（reduced instruction set computer,RISC）的高速8位单片机，其特点如下：
  （1）废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机（CISC）追求指令完备的做法。采用精简指令集，以字长为指令长度单位，将操作数与操作码排在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指令。取指令周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。
  （2）新工艺AVR器件的Flash程序存储器擦写可达1万次以上。片内还集成有较大容量的RAM，不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效地支持使用高级语言开发系统程序，并且很容易地扩展外部RAM。
  （3）丰富的片内外设。AVR单片机有定时器/计数器、看门狗电路、低压检测电路BOD、多个复位源（自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启动后延时运行程序，增强了单片机系统的可靠性。片内有通用的异步串行口（UART），面向字节的高速硬件串口TWI（与I²C兼容）、SPI串口。此外还有ADC、PWM等片内外设。
  （4）I/O口功能强大、驱动能力大。工业级产品具有大电流（最大可达40mA），可省去功率驱动器件，直接驱动晶闸管SSR或继电器。I/O口的输入可设定为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，便于满足各种多功能I/O口应用的需要，具备10 ~ 20mA灌电流的能力。
  （5）低功耗。具有省电功能（power down）及休眠功能（idle）的低功耗工作方式。一般耗电在1 ~ 2.5mA;对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA、更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8V即可工作。
  （6）支持程序在线编程，只需要一条ISP下在线，就可把程序写入AVR单片机，无需使用编程器。其中MEGA系列还支持在线编程IAP（在线升级或销毁应用程序），省去仿真器。
  AVR单片机系列齐全，有3个档次，可适用于各种不同场合的要求。
  <1>低档Tiny系列AVR单片机：主要有Tiny11/12/13/15/26/28等。
  <2>中档主要有AT90S1200/2313/8515/8535等。
  <3>高档主要有ATmega8/16/32/64/128（存储容量为8KB/16KB/32KB/64KB/128KB）以及ATmega8515/8535等。

9.其他嵌入式处理器简介

  目前各类嵌入式处理器为核心的嵌入式系统的应用，已经成为当今电子信息技术应用的一大热点。
  具有各种不同体系结构的嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。除单片机外还有嵌入式数字信号处理器（简称DSP）以及嵌入式微处理器。
  下图是一张嵌入式微处理器的图片：

9.1嵌入式DSP

  数字信号处理器（DSP）是非常擅长高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、FFT、频谱分析等）的嵌入式处理器。由于DSP的硬件结构和指令进行了特殊设计，使其能够高速完成各种数字信号处理算法。
  1981年，美国TI（Texas Instruments）公司研制出著名的TMS320系列低成本、高性能DSP处理器芯片——TMS320C10，使DSP技术向前跨出了意义重大的一步。
  20世纪90年代，由于无线通信、网络通信、多媒体技术的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了DSP的推广使用。DSP大量进入嵌入式领域。推动DSP快速发展的是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，实时语音解压系统、数字图像处理等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP的长处所在。因此，各大公司又研制出多总线、多流水线和并行处理的包含多个DSP处理器芯片，大大提高了系统性能。
  DSP具有可实现高速运算的硬件结构与指令系统以及多总线结构，可处理更复杂的算法和大流量的数据，这些都是单片机不可企及的。
  DSP的主要厂商有美国TI、ADI、Motorola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市场约60%。DSP代表性的产品是TI公司的TM320系列，其中包括用于控制领域的2000系列，用于移动通信的5000系列以及应用在网络、多媒体和图像领域的6000等。
  今天，随着全球信息化和Internet的普及，多媒体技术的广泛应用，尖端技术向民用领域的迅速转移，DSP也大范围地进入消费类电子产品。DSP不断更新换代，性能指标不断提高，价格不断下降，已成为新兴科技（如通信、多媒体系统、消费电子、医用电子等）发展的主要推动力。据国际著名市场调查研究公司Forward Concepts发布的一份统计和预测报告显示，目前DSP已成为电子工业领域增长最迅速的产品之一。

9.2嵌入式微处理器

  嵌入式微处理器（embedded microprocessor uint,EMPU）的基础是通用计算机中的CPU。虽然在功能上和标准微处理器是一样的，但由于只保留和嵌入式应用有关的功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗，同时在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强处理。
  嵌入式微处理器中比较有代表性的产品为ARM系列，主要的产品系列有ARM7/9/11等。
  以ARM7为例，它的地址线为32条，所扩展的存储器空间要比单片机存储器空间大得多，可配置实时多任务操作系统（RTOS），它是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
  常用的RTOS为Linux（数百KB）和VxWorks(数MB)以及μC-OSⅡ。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，可以很容易地对它进行定制或适当开发，即对它进行“裁剪” “移植”和“编写”，从而设计出用户所需的程序，满足实际应用的需要。
  嵌入式微处理器能运行实时多任务操作系统，能够胜任复杂的系统管理任务和数据处理工作，因此，在移动计算平台、智能手机、工业控制和商业领域（例如，只能工控设备、ATM等）、电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）等方面，甚至军事上的应用，具有巨大的吸引力。以嵌入式微处理器为核心的嵌入式系统的应用，已经成为继单片机、DSP之后电子信息技术应用的一大热点。
  这里要对“嵌入式系统”这个名称作以说明。从更广泛的意义上讲，凡是系统中嵌入的“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。但是目前较为流行的说法是把”嵌入“了嵌入式微处理器的系统称为”嵌入式系统“。目前”嵌入式系统“还没有一个严格和权威的定义，但人们通常所说的”嵌入式系统“多指后者。

结束语

  好了，本片文章到这里就结束啦，如果能够认真看到这里，我相信你对单片机概念、发展、特点、趋势等等，一定有了相应的了解。并且我也相信你和我一样，是一个希望自己能够越来越好的人，相信我们的未来一定会是越来越美好的！

  本次励志：
  There are no limits to what you can accomplish,except the limits you place on your own thinking.