單片微處理器又稱單片機(jī)，它是將組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，例如中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、輸入輸出電路I/O、定時(shí)/計(jì)數(shù)電路TCC、中斷控制電路INT等電路集成在一塊芯片中，在應(yīng)用時(shí)單塊芯片即可構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的微處理器芯片。大部分單片微處理器只能處理數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)需先進(jìn)行A/D變換將其數(shù)字化后才能進(jìn)行處理。
MCU單片機(jī)應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。單片機(jī)誕生于1971年，伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：SCM（單片微型計(jì)算機(jī)）階段、MCU階段、SOC階段。
SCM即單片微型計(jì)算機(jī)，該階段主要探索尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)，而intel公司對(duì)這一階段做出了很大的貢獻(xiàn)。從誕生的第一顆4位單片機(jī)intel 4004，到第一個(gè)8位單片機(jī)intel 8008，再到1976年intel公司研制出MCS-48系列8位單片機(jī)，單片機(jī)問世。
20世紀(jì)80年代初，intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了MCS-51系列高檔單片機(jī)，MCS-51系列單片機(jī)無論是片內(nèi)RAM容量，IO口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有很大提高。直到現(xiàn)在，一些低成本、性能要求不高的場(chǎng)合仍在大量使用。
圖1 51內(nèi)部結(jié)構(gòu)例圖
MCU即微控制器。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)屬Philips公司，以其在嵌入式方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算器迅速發(fā)展到微控制器。MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用要求的各種外圍電路與接口電路，凸顯其智能化控制能力，它所涉及的領(lǐng)域與使用行業(yè)相關(guān)。
如MCS-51單片機(jī)一般有UART、普通GPIO等簡(jiǎn)單的外圍電路，而MCU根據(jù)需要有UART、SPI、IIC等常見通信接口，也可以實(shí)現(xiàn)SDIO、IIS、USB、ETH等接口應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的功能。因此它的主頻更高、內(nèi)部ROM和RAM更大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，開發(fā)難度也更大。
圖2 MCU內(nèi)部結(jié)構(gòu)例圖
SoC即片上系統(tǒng)，SoC嵌入式系統(tǒng)(System on Chip）式的獨(dú)立發(fā)展之路，是MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中經(jīng)常用到的BLE藍(lán)牙模塊、WiFi模塊、ZigBee模塊相關(guān)芯片，大多數(shù)屬于SOC芯片，可以理解為MCU系統(tǒng)+射頻系統(tǒng)+其他（如安全算法、能耗管理、DSP、硬件加速）等。
圖3 SOC結(jié)構(gòu)例圖
單片機(jī)正朝著高性能、CMOS化、低功耗、小體積、大容量、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。
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