第四章研究传统单片机和开源硬件在各领域的普及。

最后对全文进行总结。

2  单片机及相关开源硬件分析

2。1  单片机简述

单片机的完整名字就是单芯片微型计算机，从传统意义上来说，也可以称为采用了超大规模集成电路技术的集成电路芯片[ ]。单片机一般包括CPU(中央处理器)、RAM(随机存储器)、ROM(只读存储器)、多个I/O口和中断系统[ ]，还拥有定时器和计时器功能，有部分还包含显示驱动等其他电路，将上述功能都集成到一个硅片上时就可以构成一个基本完善的微机系统。它发展迅速，从上世纪八十年代的4位或8位一直升级到了如今的32位高速系统。

图2。1为一个典型的MCS-51系列单片机，采用常规的40脚封装，双列直插结构[ ]。它有一个VCC可接5V电压，一个GND接地接口，两根可接外置石英振荡器的时钟线，4组8位一共32个I/O口。采用两种时钟方式，一个是片内时钟振荡方式，一个是外部时钟方式。

图2。1  典型单片机模块示例（MCS51系列）

2。1。1  单片机的演变

单片机的成功得益于微型处理器的诞生，自从20世纪70年代初，Intel公司制造出第一个4位单片机4004以来，紧接着8008、MCS-48被开发出来，之后平均两三年就会推出一款改进型单片机[ ]。每款新型单片机都是对前一次的巨大更新，集成度和性能可以翻一倍。文献综述

从诞生以来，单片机大概经历了三个演化阶段。第一阶段为SCM（single chip microcomputer）,这一阶段奠定了单片机与计算机的发展方向[ ]，寻找到了一种嵌入式系统的较好的单片形态，这项工作中Intel公司功不可没[ ]。第二阶段为MCU(micro controller unit)，即微控制器，这一阶段主要关注点在和外围电路及串口的匹配上，加快了智能化的发展。第三阶段为SoC（System on a Chip），即系统集成芯片设计，也就是真正的单片机阶段。此时，嵌入式系统开始独立发展。这种多芯片整合的设计理念达到了芯片尽其用的目的，通过硬件设计语言程序把各模块的功能进行组合利用，在电路内部实现功能，坐到最优化设计。这阶段的发展依托于市场的广阔需求，强烈刺激了技术的进步，节约成本，缩短开发周期，提高竞争力，为单片机的高速发展提供了沃土与阳光。经过三十余年的摸索，目前市场上的单片机种类十分丰富。

表2。1  常见单片机系列及相关芯片

系列 说明

ARM系列单片机

AVR系列

（爱特梅尔公司） Atmel AT91 series (ARM THUMB architecture)

AT90 series – AVR (Atmel Norway design)

Atmel AT89 series (Intel 8051/MCS51 architecture)

MARC4

Cypress MicroSystems

（赛普拉斯微系统公司） CY8C2xxxx (PSoC)

Freescale Semiconductor

（飞思卡尔半导体）

8-bit 68HC05 (CPU05)

68HC08 (CPU08)

68HC11 (CPU11)

16-bit 68HC12 (CPU12)

68HC16 (CPU16)

Freescale DSP56800 (DSPcontroller)

32-bit Freescale 683XX (CPU32)

MPC500

MPC 860 (PowerQUICC)

MPC 8240/8250 (PowerQUICC II)

MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III)

Holtek（盛群半导体） HT48FXX Flash I/O type

HT48RXX I/O type

HT46RXX A/D type

HT49RXX LCD type

Intel（英特尔）