单片机最强科普总结！（上）万字总结建议收藏~

一

单片机发展简史

单片机历史不长，但发展迅速。它的产生和发展以及微处理器（CPU）自1971年首次推出四位微处理器以来，其产生与发展大致同步，其发展到目前为止大致可分为五个阶段。以单片机发展为代表介绍。

1971年~1976年

单片机发展的初级阶段。1971年11日，首先设计了4位集成度为2000个晶体管/片的微处理器英特尔4004，并配备了RAM、 ROM和移位寄存器， 构成第一个MCS-4微处理器， 然后推出了8位微处理器英特尔8008， 8位微处理器相继推出。

1976年~1980年

低性能单片机阶段。以1976年推出的MCS-48系列为代表， 使用8位CPU、 集成在一块半导体芯片上的单片结构，如8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM， 虽然其搜址范围有限(不超过4) KB）， 没有串行I///O， RAM、 ROM容量小， 中断系统也比较简单， 但功能可满足一般工业控制、智能仪器、仪器等的需要。

1980年~1983年

高性能单片机阶段。本阶段推出的高性能8位单片机一般都有串行口，有多级中断处理系统， 多个16位定时器/计数器。片内RAM、 增加ROM的容量，并且找址范围可以达到 ** KB，个别胶片还配有A/D转换接口。

1983年~80年代末

16单片机阶段。1983年推出了16台高性能单片机MCS－由于采用了最新的制造工艺，96系列， 芯片集成度高达12万个晶体管/片。

1990年代

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。

二

单片机的分类与应用

MCU可分为无片内ROM型和带片内ROM型。无片内ROM芯片必须外接EPROM才能应用(典型为8031)；ROM芯片分为EPROM芯片(典型芯片为87C51)、MASK片内隐模ROM型(典型芯片为8051)、Flash型(典型芯片为89C51)等类型。

根据用途可分为通用型和专用型；根据数据总线的宽度和可处理的数据字节的长度，可分为8、16、32位MCU。

目前，国内MCU应用市场最广泛的是消费电子领域，其次是工业领域和汽车电子市场。消费电子包括家用电器、电视、游戏机和音频和视频系统。工业领域包括智能家居、自动化、医疗应用和新能源的生成和分配。汽车领域包括汽车动力系统和安全控制系统。

三

单片机的基本功能

对于绝大多数MCU来说，以下功能是最常见和最基本的。对于不同的MCU，其描述可能会有所不同，但基本上是相同的：

1、TImer(定时器)：虽然Timer有很多种，但可以概括为两类：一类是固定时间间隔的Timer，即其固定时间由系统设置，用户程序无法控制。该系统只为用户程序提供几个固定时间间隔，如32Hz、16Hz、8Hz等。这种Timer在四位MCU中更为常见，因此，可用于实现时钟、计时等相关功能。

另一种是Program ** ble Timer(可编程定时器)，顾名思义，这种timer的定时时间可以由用户的程序控制，包括时钟源的选择和分频(Prescale)一些MCU同时具备选择和预制数的设置，而另一些MCU可能是其中一个或两个。这种Timer应用非常灵活，实际使用也是千变万化的，最常见的应用之一就是实现PWM输出。

由于时钟源可以自由选择，这种timer通常与Eventtt一起使用 Counter(事件计数器)合在一起。

2、IO口：任何MCU都有一定数量的IO口。没有IO口，MCU将失去与外部沟通的渠道。根据IO口的可配置，可分为以下类型：

纯输入或纯输出口：这种IO口由MCU硬件设计决定，只能是输入或输出，不能用软件实时设置。

直接读写IO口:例如，MCS-51的IO口属于此类IO口。执行读取IO口指令时，为输入口；执行写作IO口指令时，自动为输出口。

程序编程设置输入输出方向：此类IO口的输入或输出由程序根据实际需要设置。应用程序灵活，可实现I2C总线、各种LCD等总线级应用、LED Driver控制总线等。

对于IO口的使用，必须记住，输入口必须有明确的电平信号，以确保不浮动（可通过增加上拉或下拉电阻来实现）;对于输出端口，必须考虑其输出状态水平的外部连接，并确保在standby或静态状态下不存在拉动电流或灌溉电流。

3、外部中断：外部中断也是绝大多数MCU的基本功能。它通常用于实时触发信号、数据采样和状态检测。中断的方法是由上升、下降和电平触发的。外部中断通常通过输入口实现。如果是IO端口，只有当设置为输入时，中断功能才会打开；如果是输出口，外部中断功能将自动关闭（ATMELATiny系列有一些例外，中断功能也可以在输出时触发）。外部中断的应用如下：

外部触发信号的检测：一种是基于实时要求，如硅控制、突发信号检测等，另一种是省电的需要。

测量信号频率：外部中断是确保信号不被遗漏的理想选择。

数据解码：在遥控应用领域，为了降低设计成本，通常需要使用软件来解码各种编码数据，如Manchester和PWM编码。

按钮检测和系统唤醒：对于进入Sleep状态的MCU，通常需要通过外部中断来唤醒。最基本的形式是按钮，它通过按钮的动作产生电平变化。

4、通信接口：MCU提供的通信接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口分别描述如下：

SPI接口：这种接口是大多数MCU提供的最基本的通信方式，其数据传输由同步时钟控制，信号包括：SDI(串行数据输入)、SDO(串行数据输出)、SCLK(串行时钟)和Ready信号；在某些情况下，可能没有Ready信号；这种接口可以在Master或Slave模式下工作，一般来说，这取决于谁提供时钟信号，提供时钟的一方是Master，而另一方是Slaver。

UART（Universal Asynchronous Receive Tran ** it）：属于最基本的异步传输接口，其信号线只有Rx和Tx两条，基本数据格式为：Start Bit Data Bit(7-bits/8-bits) Parity Bit(Even， Odd or None) Stop Bit(1~2Bit)。一个数据所占用的时间称为Baud Rate(波特率)。

对于大多数MCU来说，数据位的长度、数据验证方法(奇校验、偶校验或无校验)、停止位(Stop Bit)Baud的长度和长度 Rate可以通过程序编程灵活设置。这种接口最常用的方法是与PC串口进行数据通信。

I2C接口：I2C是由Philips开发的数据传输协议，也采用两个信号实现：SDAT(串行数据输入输出)和SCLK(串行时钟)。I2C总线最大的优点之一是可以通过地址连接多个设备进行识别和访问；I2C总线最大的优点之一是通过IO端口使用软件非常方便，其传输的数据速率完全由SCLK控制，可以快也可以慢。与UART接口不同，它有严格的速率要求。

5、Watchdog(看门狗定时器)：Watchdog也是大多数MCU的基本配置(有些4位MCU可能没有这个功能)。大多数MCU的Watchdog只能允许程序复位而不能关闭它们(有些是在程序燃烧时设置的，比如Microchip。 PIC系列MCU)，一些MCU以特定的方式决定是否打开，如SamsungKS57系列，只要程序访问Watchdog寄存器，它就会自动打开，不能再关闭。一般而言，watchdog的复位时间可以通过程序来设置。一般来说，watchdog的复位时间可以通过程序设置。Watchdog最基本的应用是为MCU因意外故障而死亡提供自我恢复能力。

四 世界主流单片机制造商

(排名不分顺序，整理为主流厂商。如有不足，请在评论区补充。)

欧美地区

1、Freescale NXP（飞思卡尔 恩智浦）：荷兰主要提供16位和32位MCU。应用范围：汽车电子、LED和普通照明、医疗保健、多媒体集成、家用电器和电动工具、建筑自动化技术电机控制、电源和功率转换器、能源和智能电网、自动化、计算机和通信基础设施。

2、Microchip Atmel（微芯科技 爱特梅尔）：美国主要提供16、32个MCU。应用范围：汽车电子、工业、电机控制、汽车、建筑自动化、家用电器、家庭娱乐、工业自动化、照明、物联网、智能能源、移动电子设备、计算机外设。

3、Cypress Spansion（赛普拉斯 飞索半导体)：美国主要提供8、16、32个MCU。应用范围:汽车电子、家用电器、医疗、消费电子、通信电信、工业、无线。

4、ADI(亚德诺半导体)：美国主要提供8位、16位和32位MCU。应用范围：航空航天与国防、汽车应用 、楼宇技术 、通信 、消费电子 、能源 、医疗保健 、仪器仪表及测量 、电机、工业自动化 、安防。

5、Infineon（英飞凌）：德国主要提供16、32个MCU。应用范围：汽车电子、消费电子、工程、商用和农用车、数据处理、电气交通、工业应用、医疗设备、移动设备、电机控制和驱动、电源、摩托车电动自行车和小型电动汽车、智能电网、照明、太阳能系统解决方案、风能系统解决方案。

6、ST Microelectronics(意法半导体)：意大利/法国主要提供32个MCU。应用范围:LED及普通照明、交通、医疗保健、多媒体融合、家电及电动工具、建筑自动化技术电机控制、电源及功率转换器、能源及智能电网、自动化、计算机及通信基础设施。

7、Qualcomm（高通）：美国主要提供16位和32位MCU。应用范围:智能手机、平板电脑、无线调制解调器。

8、Texas Instruments(德州仪器)：在美国，主要提供16位和32位MCU。应用范围：汽车电子、消费电子、医疗设备、移动设备、通信。

9、Maxim（美信）：在美国，主要提供32位MCU。应用范围：汽车电子、消费电子、工业应用、安全。

日韩地区

1、Renesas（瑞萨）：日本主要提供16位和32位MCU。应用范围：计算机及外设、消费电子、健康医疗电子、汽车电子、工业和通信。

2、Toshiba（东芝）：日本主要提供16位和32位MCU。应用范围：汽车电子、工业、电机控制、无线通信、移动电话、计算机及周边设备、视频、视频、消费（家用电器）、LED照明、安全、电源管理、娱乐设备。

3、Fujitsu（富士通）：日本主要提供32位MCU。适用范围:汽车、医疗、机械、家用电器。

4、Samsung Electronics(三星电子)：韩国主要提供16、32个MCU。应用范围：汽车电子、工业、电机控制、汽车、建筑自动化、家用电器、家庭娱乐、工业自动化、照明、物联网、智能能源、移动电子设备、计算机外设。

中国地区

▍中国大陆地区

1、希格玛微电子:主要提供电信、制造、能源、交通、电力等32个MCU。

2、珠海欧比特：主要提供32个MCU，应用范围：航空航天：星箭站船、飞机；高端工业控制：嵌入式计算机；船舶控制、工业控制、电力设备、环境监测。

3、赵毅创新：主要提供工业自动化、人机界面、电机控制、安全监控、智能家居、物联网等32个MCU。

4、生硅微电子：主要提供小型家电、消费电子、遥控器、鼠标、锂电池、数字产品、汽车电子、医疗仪器和测量、玩具、工业控制、智能家居和安全等8、32个MCU。

5、芯海科技：主要提供16、32位MCU，适用范围：仪器仪表，物联网，消费电子，家用电器，汽车电子。

6、联华集成电路：主要提供消费电子、白色家电、工业控制、通信设备、汽车电子、计算机等8位、16位MCU。

7、珠海建荣：主要提供8位MCU，适用范围：家用电器 、移动电源。

8、聚芯技术：主要提供平板电脑、智能家居、多媒体、蓝牙、wifi音频等8位至32位MCU。

9、爱思科微电子：主要提供8位，16位MCU，应用范围：消费类芯片、通讯类芯片、信息类芯片、家电。

10、华芯微电子：主要提供8位、4位MCU，应用范围：卫星接收器、手机充电器、万年历、多合一遥控器。

11、上海贝岭（华大半导体控股）：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围：计算机周边、HDTV、电源管理、小家电、数字家电。

12、海尔集成电路：主要提供14位、15位、16位MCU，应用范围：消费电子、汽车电子、工业、智能仪表。

13、北京君正：主要提供32位MCU，应用范围：可穿戴式设备、物联网、智能家电、汽车、消费类电子、平板电脑。

14、中微半导体：主要提供8位MCU，应用范围：智能家电、汽车电子、安防监控、LED照明及景观、智能玩具、智能家居、消费类电子。

15、神州龙芯集成电路：主要提供32位MCU，应用范围：电力监控、智能电网、工业数字控制、物联网、智能家居、数据监控。

16、紫光微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：智能家电。

17、时代民芯：主要提供32位MCU，应用范围：汽车导航、交通监控、渔船监管、电力电信网络。

18、华润矽科微电子（）：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费电子、工业控制、家电。

19、国芯科技：主要提供32位MCU，应用范围：信息安全领域 、办公自动化领域、通讯网络领域、 信息安全领域。

20、中天微：主要提供32位MCU，应用范围：智能手机、数字电视、机顶盒、汽车电子、GPS、电子阅读器、打印机。

21、华润微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：家电，消费类电子、工业自动化控制的通用控制电路。

22、中颖电子：主要提供4位、8位、16位、32位MCU，应用范围：家电、电机。

23、灵动微电子：主要提供32位，应用范围：电机控制、蓝牙控制、高清显示、无线充、无人机、微型打印机、智能标签、电子烟、LED点阵屏等。

24、新唐科技：主要提供8位MCU，应用范围：照明、物联网等。

25、东软载波：主要提供8位、32位MCU，应用范围：家电、智能家居、仪器仪表、液晶面板控制器、工业控制等。

26、贝特莱：主要提供32位MCU，应用范围：智能家居、工业控制以及消费类产品领域。

27、笙泉科技：主要提供8位MCU，应用范围：车用、教育、工控、医疗等中小型显示面板。

28、航顺芯片：主要提供8位、32位MCU，应用范围：汽车、物联网等。

29、复旦微电子：主要提供16位、32位MCU，应用范围：智能电表、智能门锁等。

30、华大半导体：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围：工业控制、智能制造、智慧生活及物联网等。

▍中国台湾地区

1、宏晶科技：主要提供32位MCU。应用范围：通信、工业控制、信息家电、语音。

2、盛群半导体：主要提供8位、32位MCU。应用范围：消费电子、LED照明等。

3、凌阳科技：主要提供8位、16位MCU。应用范围：家庭影音。

4、中颖电子：主要提供4位、8位MCU。应用范围：充电器、移动电源、家电、工业控制。

5、松翰科技：主要提供8位、32位MCU。应用范围：摇控器、智能型充电器、大小系统、电子秤、耳温枪、血压计、胎压计、各类量测及健康器材。

6、华邦电子：主要提供8位、16位MCU。应用范围：车用电子、工业电子、网络、计算机、消费电子、物联网。

7、十速科技：主要提供4位、8位、51位MCU。应用范围：遥控器、小家电。

8、佑华微电子：主要提供4位、8位MCU。应用范围：录音集成电路产品、消费电子、家用产品。

9、应广科技单片机：主要提供4位、8位MCU。应用范围：机械、自动化、家电、机器人。

10、义隆电子：主要提供8位、16位MCU。应用范围：消费电子、电脑、智能手机。