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單片微處理器又稱單片機，它是将組成微型計算機的各個功能部件，例如中央處理器CPU、數據存貯器RAM、程序存貯器ROM、輸入輸出電路I/O、定時/計數電路TCC、中斷控制電路INT等電路集成在一塊芯片中，在應用時單塊芯片即可構成一個完整的微型計算機系統的微處理器芯片。大部分單片微處理器隻能處理數字信号，模拟信号需先進行A/D變換将其數字化後才能進行處理。

MCU單片機應用非常廣泛，現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械産品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠标等電腦配件中都配有1-2部單片機。單片機誕生于1971年，伴随着半導體技術的蓬勃發展，主要經曆了三個階段：SCM（單片微型計算機）階段、MCU階段、SOC階段。

8051單片機

MCU

SOC

SCM即單片微型計算機，該階段主要探索尋求最佳的單片形态嵌入式系統的最佳體系結構，而intel公司對這一階段做出了很大的貢獻。從誕生的第一顆4位單片機intel 4004，到第一個8位單片機intel 8008，再到1976年intel公司研制出MCS-48系列8位單片機，單片機問世。

20世紀80年代初，intel公司在MCS-48基礎上推出了MCS-51系列高檔單片機，MCS-51系列單片機無論是片内RAM容量，IO口功能，系統擴展方面都有很大提高。直到現在，一些低成本、性能要求不高的場合仍在大量使用。

圖1 51内部結構例圖

MCU即微控制器。在發展MCU方面，最著名的廠家當屬Philips公司，以其在嵌入式方面的巨大優勢，将MCS-51從單片微型計算器迅速發展到微控制器。MCU即微控制器（MICro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是不斷擴展滿足嵌入式應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，它所涉及的領域與使用行業相關。

如MCS-51單片機一般有UART、普通GPIO等簡單的外圍電路，而MCU根據需要有UART、SPI、IIC等常見通信接口，也可以實現SDIO、IIS、USB、ETH等接口應對更複雜的功能。因此它的主頻更高、内部ROM和RAM更大、内部結構更複雜，開發難度也更大。

圖2 MCU内部結構例圖

SoC即片上系統，SoC嵌入式系統(System on Chip）式的獨立發展之路，是MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。随着微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基于SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。

如物聯網中經常用到的Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee相關芯片，大多數屬于SOC芯片，可以理解為MCU系統 射頻系統 其他（如安全算法、能耗管理、DSP、硬件加速）等。

圖 3 SOC結構例圖

單片機正朝着高性能、CMOS化、低功耗、小體積、大容量、低價格和外圍電路内裝化等幾個方面發展。

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