1.2 单片机现状与趋势

20世纪70年代到80年代末，虽然系统设计者不断地对基于8051单片机的应用进行着改进和升级。但由于对8051内核的改进一直没有跟上，所以发展不快。

从20世纪90年代初开始，购买了Intel公司8051内核的各大厂商都开始积极地分析8051设计上的缺陷，并重新设计。设计的原则基本上都按照一条绝对不变的准则——指令集和8051指令集操作码必须保持兼容。重新设计之后，各大公司相继于90年代末推出了一系列完全符合8051指令集的高性能8位单片机，有时只需要4个时钟周期就能运行1个机器周期，这样在晶振不变的情况下，吞吐率为原来的3倍。而且大多数新型芯片内部都集成了大量的功能器件，极大地提升了8051内核单片机的应用范围，并减少了老产品改进的成本。

进入21世纪之后，随着科学技术的日新月异，单片机向高速、高性能化、大容量、外电路内装化、片上系统（System On Chip，SOC）等方向飞速发展。今后相当一段时期内，单片机的发展趋势将具有以下一些特点。

1.不断推出高档、高性能的新型单片机

单片机作为计算机技术的一个分支，必然按其自身的发展规律，不断沿着新的方向飞速前进。如前所述，有8位、16位、32位等，从根本上改变传统控制器的面貌，大大拓宽新的，更高层次的应用领域。

提高CPU的处理字长或提高时钟频率，采用双CPU结构，这样可以提高处理能力，还有一些改进了系统的设计，提升了系统速度；高性能单片机增加数据总线宽度，内部采用16位或32位数据总线，其数据处理能力明显优于一般8位单片机；16位和32位单片机大多采用了流水线结构，指令以队列形式出现在CPU中，且具有很快的运算速度，尤其适用于数字信号处理；大多数单片机的总线接口采用串行总线结构，如I2C总线，该总线是用3条数据线代替现行的8位数据总线，从而大大地减少了单片机引线，降低了单片机的成本，目前许多公司都在积极开发此类产品。

2.存储器的发展

主要是存储容量的扩展。现在的半导体技术更新越来越快，早期使用的EEPROM都已被Flash存储器所替代，这样不仅大大提高了程序固化的速度，而且程序的擦写次数也高达10万次；对于8051内核的单片机片内的程序存储器容量从1KB提高到64KB，甚至部分单片机内部程序存储器的容量超过128KB，这样简化了外围电路的设计。对于16位和32位单片机来说只要制造条件允许，就可以集成更多的程序存储器。

3.片内I/O的改进

一般单片机都有较多的并行接口，以满足外围设备，芯片扩展的需要；并配有串行接口，以满足多机通讯功能的要求。

增加并行接口的驱动能力。这样可减少外部驱动，例如，有的单片机能直接输出较大电流和较高电压，以便能直接驱动LED和LCD。

增加I/O接口的逻辑控制功能。大部分单片机的I/O都能进行逻辑操作。中、高档单片机的位处理系统能够对I/O接口进行位寻址及位操作，大大加强了I/O接口线控制的灵活性。

有些单片机设置了一些特殊的串行接口功能，为构成网络化系统提供了方便条件。

4.外围电路内装化

随着集成度的不断提高，有可能把众多的外围功能器件集成在片内，这也是单片机发展的重要趋势。除了一些必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，为适应检测、控制功能更高的要求，随着单片机档次的提高，片内集成的部件还有模数转换器（A/D转换器）、数模转换器（D/A转换器）、DMA控制器、中断控制器、锁相环、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。

随着集成电路技术及工艺的不断发展，能装入片内的外围电路也可以是大规模的。把所需的外围电路全部装入单片机内，即系统的单片化。

5.低功耗化

MCS-51系列的8031推出时功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机要求功耗的越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗较低，但其物理特性决定其工作速度不够高，而CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）则具备了高速和低功耗的特点，这些特性更适用于要求低功耗，例如电池供电的应用场合。所以这种工艺是今后一段时期单片机发展的主要方向。

目前8位单片机中有1/2的产品已CMOS化，这类单片机普遍配有Wait和Stop两种工作方式。例如，采用CHMOS工艺的MCS-51系列单片机80C31/80C51/87C51在正常运行（5V，12MHz）时，工作电流为16mA；同样条件下用Wait方式工作时，工作电流则为3.7mA；而用Stop（2V）方式工作时，工作电流仅为50nA。

6.SOC嵌入式系统

随着集成技术的发展，单片机将进一步发展成SOC嵌入式系统。即一块芯片就是一个完整的以单片机为内核的嵌入式应用系统。这个应用系统是具有明确的应用对象的系统，包括了传感器在内的所有硬件组织的全部应用软件。例如，某种类型的空调、冰箱或手机等，只需配上对应的SOC芯片，即可构成完整的应用系统。这样的系统体积更小，可靠性更高。

目前国内外正加大投入，研究SOC系统芯片。最近，国内已开发出包括温度传感器在内的较简单的SOC应用系统芯片。不久的将来单片机将进入SOC时代。

7.单片机应用网络化

近几年来网络技术的发展突飞猛进，已有很多单片机应用产品网络化，即借助网络技术实现更广泛的通信。例如，智能家庭、智能建筑，应用领域实现大范围的多机网络测控与管理等。这样，可以通过网络查询相关信息，调度、控制和管理有关仪器、设备、家电等。

纵观单片机几十年的发展历程，单片机的今后发展方向将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路内装化以及片内存储器容量增加和Flash存储器化方向发展。但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。可以预言，今后的单片机将是功能更强、集成度和可靠性更高而功耗更低，使用则更方便。