單片機
　　單片機到底是什么呢？就是一個電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機，排煙罩VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。
　　它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。
　　單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！
　　由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。
　　目前最常用的單片機為MCS-51，是由美國INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機。
　　單片機的應(yīng)用領(lǐng)域
　　單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：
　　1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用
　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。
　　2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用
　　用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。
　　3.在家用電器中的應(yīng)用
　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。
　　4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用
　　現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。
　　5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用
　　單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。
　　此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途

你這樣分析單片機顯得有點原始味道，只能說十年前的概念。

2008 年全球 MCU 市場增長緩慢，歐美市場發(fā)展動力不足，一直引領(lǐng)全球增長的中國 MCU 市場，由于出口不暢，中國電子產(chǎn)品制造增長放緩，預(yù)計 2009 年中國 MCU 市場增速進一步放緩。最近賽迪顧問的數(shù)據(jù)顯示 2008 年中國市場的增長只有 5.8% ，

國際半導(dǎo)體行業(yè)中的MCU巨頭處境不容樂觀， iSuppli 公司資料顯示 2007 年中國市場中排名前 10 大 MCU 供應(yīng)商是瑞薩科技   、飛思卡爾半導(dǎo)體、 Microchip Technology   、 NEC 電子   、英飛凌、東芝、 Atmel   、三星   、恩智浦半導(dǎo)體 (NXP)   和意法半導(dǎo)體。金融危機后這些企業(yè)多數(shù)都紛紛裁員，更有 NXP 除了裁員和關(guān)閉制造工廠外，還傳出可能被兼并的消息，飛思卡爾 CEO Rich buyer 最近在接受 EE-Times 專訪時表示將專注在汽車電子和通訊領(lǐng)域，其無線 IC 業(yè)務(wù)將被整個或者部分出售 (2) , 老牌的 MCU 公司 Atmel 最近公布了 2008年第三季度的GAAP凈虧損為470萬美元。但公司董事會拒絕了Microchip和ON Semiconductor近期主動提出的以23億美元現(xiàn)金 收購 Atmel的提議，當然業(yè)界也并不看好這個收購。

基礎(chǔ)本身就很單薄的中國芯片設(shè)計行業(yè)更是感到冬天的寒冷，產(chǎn)品線單一、依靠風險投資和國家政策性的資金，在整個金融危機銀根緊縮的環(huán)境下，中國本土550家芯片設(shè)計公司正在跌入谷底，面臨重新的整合。展訊創(chuàng)始人武平辭去總裁改任董事長，上海杰得大規(guī)模的裁員，上海智多微部分業(yè)務(wù)被出售都說明了新的整合時期已經(jīng)到來 （ 3） 。

在這個風雨飄搖的時期，作為嵌入式系統(tǒng)最為核心和基層性的部件 -MCU 市場和技術(shù)發(fā)展將走向何方，尤為值得關(guān)注。

1 三大 MCU技術(shù)走向

1.1單一架構(gòu)體系MCU優(yōu)勢逐現(xiàn)

從歷史的情況看， MCU的發(fā)展歷程走過了80年代的單一架構(gòu)（8051），90年代有8051、AVR，XA，68K等眾多MCU百花齊放的局面，進入21世紀后隨著ARM 技術(shù)和生態(tài)環(huán)境的成熟，越來越多的MCU 32位MCU采用ARM SoC。Intel在去年賣掉Xscale業(yè)務(wù)，借ATOM占領(lǐng)了上網(wǎng)本市場后，正在發(fā)力嵌入式系統(tǒng)， 新一代的嵌入式 Atom 可以應(yīng)用在工業(yè)控制、通信市場、醫(yī)療電子、消費電子以及 MID 等眾多市場，擴充了英特爾傳統(tǒng) X86 的應(yīng)用領(lǐng)域。原因是 Atom 具有超低的功耗（小于 5W ）和更小的芯片尺寸。更重要的是 X86 架構(gòu)提供廣泛的應(yīng)用軟件支持且符合用戶使用習(xí)慣。最近 Intel與臺積電宣布，將由后者為嵌入式市場的Atom處理器提供部分代工，這也是Intel在學(xué)習(xí)ARM成功的模式，走聯(lián)合的道路。我們回頭看看8位MCU，8051依然是主流的選擇，見圖2，在目前世界經(jīng)濟形勢不很明朗，電子產(chǎn)業(yè)面臨市場和成本雙重壓力的時候，電子企業(yè)在使用和選擇MCU的時候。不僅要考慮BOM成本，還有考慮研發(fā)成本，單一架構(gòu)可以幫助企業(yè)降低風險，提高系統(tǒng)的可靠性和減少成本。行業(yè)內(nèi)人士不看好Microchip收購Atmel整合MCU業(yè)務(wù)的原因之一也是兩家公司在8位和32位MCU有各自的產(chǎn)品線和架構(gòu)，歷史的經(jīng)驗證明，整合后必須放棄其一，但是到底選擇誰呢，這將是痛苦的決定。目前市場跡象表明中高端MCU在向著ARM，X86 SoC主流計算平臺的方向發(fā)展。 （ 4）

1.2低功耗MCU成為新寵

在過去的一年中，低功耗是半導(dǎo)體行業(yè)熱鬧的話題，低功耗 MCU成為新寵，包括Atmel、TI、Microchip 、Freescale，ST和Silicon Labs 都推出了低功耗的MCU產(chǎn)品。原因就是工業(yè)產(chǎn)品正在走向消費化和便攜化的趨勢。在技術(shù)層面，MCU的低功耗實現(xiàn)有下面的幾個方法； 超低電壓供電，內(nèi)置了 DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器和LDO轉(zhuǎn)換器，如8051F9XX，最低電壓可到0.9 V；超低功耗的休眠模式和關(guān)機模式，80C51F9XX 只有50 nA；采用超低電壓的MCU還有Atmel上周剛剛宣布的0.7V TinyAVR （ATtiny43U），甚至可以使用一個鈕扣電池供電。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域里創(chuàng)新的動態(tài)功耗控制方式，即在工作模式下，能通過編程設(shè)置工作電壓和工作頻率降低功耗（DVFS）也開始在MCU中使用，比如 AT91SAM7L 就是支持DVS（動態(tài)電壓調(diào)節(jié)）；低功耗的實現(xiàn)技術(shù)和工具是關(guān)鍵，采用先進的SoC，IP和EDA技術(shù)可以帶來特別的效果，如STM32 Cortex-M3 MCU，資料顯示在72MHZ時工作電流只有27mA,待機電流2μA。今年2月ARM發(fā)布Cortex-M0，這是一款超低功耗的ARM處理器，85微瓦/MHZ（75MHZ的MCU功耗只有6.3毫瓦），1.2萬門尺寸，既可以適合低功耗MCU SoC應(yīng)用還可以集成在混合信號的器件里, 該處理器把 ARM的MCU路線圖擴展到超低能耗MCU和SoC應(yīng)用中，如醫(yī)療器械、電子測量、照明、智能控制、緊湊型電源、馬達控制、精密模擬系統(tǒng)和IEEE 802.15.4 (ZigBee)及Z-Wave系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的低功耗 MCU產(chǎn)品也不敢落后，比如TIMSP430 也不斷推陳出新開發(fā)成MSP430543X 系列，強調(diào)高集成度的低功耗實現(xiàn)，特別值得一提的是它的DSC使用，使得快速喚醒時間提高到5us以內(nèi)，這對于工業(yè)測量裝置滿足實時性要求是非常重要的。一個優(yōu)秀的快速喚醒技術(shù)可以讓降低功耗和保持實時性達到統(tǒng)一。 （ 5）

1.3面向應(yīng)用的高集成度MCU

高集成度一直是 MCU發(fā)展的趨勢，長期以來通用功能的集成化是主要發(fā)展方向，今天則更多的是面向應(yīng)用的集成化。這里主要講兩個方面；

第一，在過去的一年中我們看到人機界面技術(shù)和 MCU的結(jié)合越來越多，開始是在中高端的MCU產(chǎn)品上，現(xiàn)在已經(jīng)延伸到中低端的MCU上了，這也是上面提到的工業(yè)產(chǎn)品的消費化趨勢。包括AVR，PIC 8/16位MCU都支持LCD，觸摸傳感功能，F(xiàn)reescale還推出針對汽車儀表的MCU，比如Atmel QTouch技術(shù)與PicoPower MCU和觸摸軟件庫形成低成本的方案。 基于 ARM7TDMI和Cortex-M3的32位中檔MCU價格逐漸走低后，為先進和復(fù)雜的人機界面技術(shù)在MCU嵌入式系統(tǒng)中的普及奠定了基礎(chǔ)，高速處理器性能+嵌入式OS和GUI軟件讓工業(yè)和中低端消費電子產(chǎn)品有了愉悅的用戶體驗，增加了產(chǎn)品附加值。

第二，伴隨互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用和智能化裝置的普及，各種無線和有線的通信方式和 MCU結(jié)合越發(fā)緊密，CAN，USB 和Ethernet已經(jīng)成為32位MCU基本部和8/16位MCU可選配置。無線技術(shù)在工業(yè)和消費電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越多， 目前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有 ZigBee,、無線HART、ISA-100、無線局域網(wǎng)(Wi-Fi),、藍牙(Blutooth)、ISM（醫(yī)療）,IrDA（家電遙控）和廣域網(wǎng)GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)等, 還有許多私有和專用無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在使用，比如Zensys z-wave就主要定義在住宅自動化方面。其中IEEE802.15.4 物理層是今天主要和實用的標準，ZigBee在家庭和住宅環(huán)境中作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議優(yōu)勢明顯，而針對工業(yè)應(yīng)用的無線標準更是百花齊放了。多數(shù)的無線收發(fā)器模塊需要和MCU配合使用，集成了MCU和無線收發(fā)模塊的SoC，比如TI CC2430，我們稱為無線單片機，可以預(yù)測，隨著工業(yè)無線應(yīng)用也走向標準化、節(jié)能化，采用智能化無線單片機將是未來的趨勢。 （ 6）
2 三大 MCU市場走向

金融風暴后，中國電子行業(yè)受到出口訂單銳減的影響，正面臨著巨大的考驗，多數(shù)專業(yè)預(yù)測機構(gòu)看好汽車電子和工業(yè)控制市場，筆者認同他們是高端市場的熱點，但需要厚積而薄發(fā)，從量產(chǎn)和短線看好中低端的消費電子產(chǎn)品，尤其是小家電值得關(guān)注。

2.1汽車電子應(yīng)用

在汽車電子市場上，國家政策對于小于 1.6升排量以下的優(yōu)惠政策、環(huán)保型汽車和農(nóng)用汽車市場正在幫助自主研發(fā)的汽車產(chǎn)業(yè)市場升溫，消費者對汽車安全性、舒適性的關(guān)注，汽車電子的ESP、ABS、TPMS，GPS等一系列技術(shù)產(chǎn)品將得到推廣。16/32位MCU正成為支持汽車動力、安全、網(wǎng)絡(luò)、多媒體系統(tǒng)的主力產(chǎn)品，推動了汽車電子步入更高的臺階。中國汽車電子市場MCU主要還是控制在國外著名的半導(dǎo)體公司手里，2007年十大公司中的飛思卡爾、Atmel、瑞薩都是國際汽車電子中的佼佼者。汽車電子對于半導(dǎo)體器件和電子產(chǎn)品的安全性、可靠性、適應(yīng)性要求嚴格，對于產(chǎn)品的測試和量產(chǎn)過程和其他電子產(chǎn)品有很大的不同，這也形成汽車電子行業(yè)的高門檻和長周期的特色，即研發(fā)、測試、定型和量產(chǎn)的時間很長，造成了一般小廠很難進入這個行業(yè)，中國大陸和臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體公司目前還沒有支持汽車電子成龍配套的MCU系列產(chǎn)品，比較國內(nèi)通信、航空航天產(chǎn)業(yè)，甚至消費電子，汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計水平還比較落后。工信部和科技部“關(guān)于 核電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品” 科技重大專項 2009年課題申報指南有關(guān)基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品方向中，就有針對汽車電子的課題3-1：實時嵌入式操作系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境和課題3-2：汽車電子控制器嵌入式軟件平臺研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，可以預(yù)計：先進的車用MCU技術(shù)和中國自主研發(fā)的汽車電子軟件和產(chǎn)品將主導(dǎo)未來3-5年中國汽車電子市場走向。

2.2工業(yè)控制應(yīng)用

伴隨國家 4萬億投資的方向的析出，見下面的表格；

重點投向
資金測算（人民幣）

廉租住房、棚戶區(qū)改造等保障性住房
約 4000億元

農(nóng)村水電路氣房等民生工程和基礎(chǔ)設(shè)施
約 3700億元

鐵路、公路、機場、水利等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市電網(wǎng)改造
約 15000億元

醫(yī)療衛(wèi)生、教育、文化等社會事業(yè)發(fā)展
約 1500億元

節(jié)能減排和生態(tài)工程
約 2100億元

自主創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)調(diào)整
約 3700億元

災(zāi)后恢復(fù)重建
約 10000億元



落實在高速鐵路、軌道交通、公路、機場、電網(wǎng)改造的基本建設(shè)項目開工后，項目中涉及到電子產(chǎn)品的需求將逐漸增加，工業(yè)控制系統(tǒng)中 MCU的使用是非常廣泛和多樣性的，從8-16-32位MCU還有可能是基于計算機模塊或者系統(tǒng)，與汽車電子一樣，工業(yè)控制系統(tǒng)對于安全性和可靠性的要求很高并且對于實時性的要求更高，長期以來工業(yè)控制系統(tǒng)的核心部件一直為國外少數(shù)大型設(shè)備制造商所壟斷。國產(chǎn)的基于MUC/嵌入式CPU的控制系統(tǒng)在經(jīng)過多年研究后逐漸成熟，并已經(jīng)替代國外產(chǎn)品。根據(jù)中國自動化網(wǎng)的報道，北京地鐵 自動售檢票系統(tǒng)就是使用了研祥公司的特種嵌入式計算機產(chǎn)品。車場停車管理系統(tǒng)，遠程抄表自動系統(tǒng)都是典型的 MCU應(yīng)用，上海上志電子無線抄表器配置了 ARM7 處理器 ,4M/8M 數(shù)據(jù) ,SD 卡 , 鋰電可擴展 :RF 模塊 , 紅外 ,GPRS, 掃描頭 ， 國內(nèi)的停車場系統(tǒng)制造商，深圳捷順科技在 引領(lǐng) ARM 停車場系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時代到來 （ 7） 。

長期以來工業(yè)控制系統(tǒng)的 MCU應(yīng)用沒有能夠吸引半導(dǎo)體公司的足夠重視，比較消費電子產(chǎn)品，它的量產(chǎn)少，差異性大，周期長，廠家分散。金融危機后，消費者捂緊了口袋，海外訂單取消，消費電子產(chǎn)品市場（尤其是手機，ＰＣ電腦等高檔產(chǎn)品）萎縮后轉(zhuǎn)向工業(yè)控制市場也是情理中的事情，但是半導(dǎo)體和電子設(shè)計公司對于工業(yè)控制市場的特殊性要有一定的準備，抓住國內(nèi)交通、電力、鐵路和裝備自動化建設(shè)中的嵌入式系統(tǒng)機會，這在金融危機后是一個新的亮點。

2.3小家電應(yīng)用

2008年下半年以來，家電行業(yè)特別是白電行業(yè)受宏觀經(jīng)濟增速下滑、房地產(chǎn)成交量低迷等各方面因素的影響，增長情況不容樂觀甚至出現(xiàn)衰退。相對于其他家電行業(yè)，我國小家電產(chǎn)品普及率較低，同時由于產(chǎn)品單價低，并沒有受到宏觀經(jīng)濟環(huán)境明顯的負面影響，保持了較快的增長速度。有一個例子，牛奶業(yè)的“三聚氰胺”事件后給九陽公司帶來豆?jié){機的旺銷，改變了國內(nèi)消費者的消費習(xí)慣，并且把豆?jié){機從一個產(chǎn)品做成一個行業(yè)。 同時也為公司發(fā)展更多的小家電產(chǎn)品鋪平了道路。近期 中信證券 表示，維持對家電行業(yè)相對景氣的判斷。對比小家電同行，九陽不斷彰顯其在渠道、研發(fā)、品牌等方面的競爭優(yōu)勢，以及管理層積極進取的價值取向和管理執(zhí)行能力。

長期以來，日系 MCU 公司在家電產(chǎn)品中占有比例很高，尤其是白色家電產(chǎn)品，比如冰箱、洗衣機和空調(diào)等，但是在小家電中，臺灣或者臺資背景的 MCU 產(chǎn)品占領(lǐng)很大的優(yōu)勢，比如義隆、盛群和中穎，不同于白色家電和高檔的消費電子產(chǎn)品，小家電功能單一， 4 位單片機目前使用得比較多，比如九陽豆?jié){機是采用 SH66P20A ，軟件上采用匯編語言， MCU 的作用主要是可編程和中斷的處理（比如溫度、干燒等）。為了支持 C 語言的使用和更多的功能， 8 位 MCU 的使用越來越多，目前多采用私有的 CPU 架構(gòu)，為了迎合小家電生產(chǎn)廠家設(shè)計能力低的現(xiàn)狀，使用 SoC 技術(shù)和完整方案是小家電 MCU 的現(xiàn)狀和趨勢，比如在 IIC2009 盛群展示的廚房小家電產(chǎn)品，一顆 MCU 基本解決問題， 1-2 個月一款新產(chǎn)品就可以面世，小家電由于銷售價格低，利潤收入低，多數(shù)國外 MCU 公司無法和臺資企業(yè)競爭，也是國內(nèi)本土 MCU 公司發(fā)展的機會之一，考慮到未來軟件功能的增加，發(fā)展 8 位通用核 SoC 型小家電 MCU ，是未來發(fā)展方向。

MCU 的技術(shù)發(fā)展不會因為金融危機而停滯， MCU 的市場更加在金融危機后拓展和繁衍，傳統(tǒng)的 MCU 界限正在變得模糊，集成電路、通訊、 EDA 、嵌入式軟件和嵌入式應(yīng)用將會融合在未來的 MCU 里，它將和我們的生活交織在一起。

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