微控制單元(Microcontroller Unit;MCU) ，又稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer )或者單片機(jī)，是把中央處理器(Central Process Unit;CPU)的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存(memory)、計(jì)數(shù)器(Timer)、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。
單片機(jī)出現(xiàn)的歷史 并不長，但發(fā)展十分迅猛。 它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，
自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段。下面以Intel公司的單片機(jī)發(fā)展為代表加以介紹。1971-1976單片機(jī)發(fā)展的初級階段。 1971年11月Intel公司首先設(shè)計(jì)出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 構(gòu)成了第一臺MCS—4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008, 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。1976-1980低性能單片機(jī)階段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列為代表, 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定時/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu), 雖然其尋址范圍有限(不大于4 KB), 也沒有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中斷系統(tǒng)也較簡單, 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。
1980-1983高性能單片機(jī)階段。 這一階段推出的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口, 有多級中斷處理系統(tǒng), 多個16位定時器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)RAM、 ROM的容量加大，且尋址范圍可達(dá)64 KB，個別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。1983-80年代末16位單片機(jī)階段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)MCS-96系列, 由于其采用了最新的制造工藝, 使芯片集成度高達(dá)12萬只晶體管/片。1990年代單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。按照單片機(jī)的特點(diǎn)，單片機(jī)的應(yīng)用分為單機(jī)應(yīng)用與多機(jī)應(yīng)用。在一個應(yīng)用系統(tǒng)中，只使用一片單片機(jī)稱為單機(jī)應(yīng)用。單片機(jī)的單機(jī)應(yīng)用的范圍包括：(1) 測控系統(tǒng)。 用單片機(jī)可以構(gòu)成各種不太復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等, 達(dá)到測量與控制的目的。(2) 智能儀表。 用單片機(jī)改造原有的測量、控制儀表, 促進(jìn)儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發(fā)展。(3) 機(jī)電一體化產(chǎn)品。單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合, 使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化, 控制智能化。(4) 智能接口。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 特別是在較大型的工業(yè)測、控系統(tǒng)中, 用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理, 加之單片機(jī)與主機(jī)的并行工作, 大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。(5) 智能民用產(chǎn)品。 如在家用電器、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品中, 單片機(jī)控制器的引入, 不僅使產(chǎn)品的功能大大增強(qiáng), 性能得到提高, 而且獲得了良好的使用效果。
單片機(jī)的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機(jī)處理及局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(1) 功能集散系統(tǒng)。 多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能的要求而設(shè)置的多機(jī)系統(tǒng)。(2) 并行多機(jī)控制系統(tǒng)。 并行多機(jī)控制系統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速性問題, 以便構(gòu)成大型實(shí)時工程應(yīng)用系統(tǒng)。(3) 局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。單片機(jī)按應(yīng)用范圍又可分成通用型和專用型。專用型是針對某種特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，例如用于體溫計(jì)的單片機(jī)、用于洗衣機(jī)的單片機(jī)等等。在通用型的單片機(jī)中，又可按字長分為4位、8位、16/32位，雖然計(jì)算機(jī)的微處理器現(xiàn)在幾乎是32/64位的天下，8位、16位的微處理器已趨于萎縮，但單片機(jī)情況卻不同，8位單片機(jī)成本低，價格廉，便于開發(fā)，其性能能滿足大部分的需要，只有在航天、汽車、機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數(shù)據(jù)時，才需要選用16/32位，而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機(jī)，仍然是目前應(yīng)用最廣的單片機(jī)。
到目前為止，中國的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走過了二十余年的歷程，隨著嵌入式系統(tǒng)逐漸深入社會生活各個方面，單片機(jī)課程的教學(xué)也有從傳統(tǒng)的8位處理器平臺向32位高級RISC處理器平臺轉(zhuǎn)變的趨勢，但8位機(jī)依然難以被取代。國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、汽車自動導(dǎo)航設(shè)備、PDA、智能玩具、智能家電、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都是國內(nèi)急需單片機(jī)人才的行業(yè)。行業(yè)高端目前有超過10余萬名從事單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的工程師，但面對嵌入式系統(tǒng)工業(yè)化的潮流和我國大力推動建設(shè)“嵌入式軟件工廠”的機(jī)遇，我國的嵌入式產(chǎn)品要融入國際市場，形成產(chǎn)業(yè)，則必將急需大批單片機(jī)應(yīng)用型人才，這為高職類學(xué)生從事這類高技術(shù)行業(yè)提供了巨大機(jī)會。
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