簡(jiǎn)述單片機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

　　1、關(guān)于單片機(jī)編程語(yǔ)言的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　單片微型計(jì)算機(jī)以下簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)是計(jì)算機(jī)的一種，眾所周知計(jì)算機(jī)的運(yùn)行需要系統(tǒng)軟件和操作軟件，而單片機(jī)也不例外它需要一些指令才能運(yùn)行。這些指令被編譯為十六進(jìn)制文件（HEX文件）燒寫(xiě)到單片機(jī)，為單片機(jī)的運(yùn)行提供指令。單片機(jī)編程與計(jì)算機(jī)軟件編程是一脈相承的，現(xiàn)在主流的單片機(jī)編程語(yǔ)言有C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、Python等。

　　但是在全民創(chuàng)客的時(shí)代對(duì)于一個(gè)沒(méi)有編程語(yǔ)言基礎(chǔ)的人特別是中學(xué)一下的學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)編程比較困難，所以單片機(jī)編程環(huán)境在非專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)該是基于圖形化操作界面，類(lèi)似于PLC編程。在這方面樂(lè)高積木推出的NXT控制器（基于AVR單片機(jī)）和圖形化編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabView平臺(tái)，將編程全部圖形化、模塊化適合沒(méi)有編程語(yǔ)言的人進(jìn)行簡(jiǎn)單的單片機(jī)開(kāi)發(fā)，對(duì)單片機(jī)和編程進(jìn)行初步的認(rèn)識(shí)。Arduino公司推出的Ardunio IDE雖然沒(méi)有圖形化界面但它將編程簡(jiǎn)單化，將程序分為三大部分第一是庫(kù)函數(shù)，第二是初始化函數(shù)，第三是循環(huán)函數(shù)。與C/C++的庫(kù)函數(shù)+主函數(shù)比較有一定差異。其次Arduino將常用傳感器的驅(qū)動(dòng)程序封裝起來(lái)做成庫(kù)，使用傳感器時(shí)非常方便直接調(diào)用庫(kù)函數(shù)并在初始化函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單初始化就可以使用。但這樣做局限性也比較大，將庫(kù)封裝起來(lái)雖然調(diào)用方便，但開(kāi)發(fā)者大多不會(huì)去研究傳感器的工作方式與單片機(jī)的通訊方式（數(shù)字傳感器），更不會(huì)去編寫(xiě)類(lèi)似的庫(kù)。并且IDE的開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)法勝任復(fù)雜的程序編寫(xiě)，因此在未來(lái)開(kāi)發(fā)環(huán)境的模塊化和模塊化程度值得商榷。

　　而對(duì)于專(zhuān)業(yè)單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)，我認(rèn)為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言應(yīng)該更加多樣化JAVA等目前程序員使用比較多的語(yǔ)言也應(yīng)該加入其中。目前單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境主要有ARM公司的Keil和Arduino公司推出的Arduino IDE但是相對(duì)于計(jì)算機(jī)C/C++眾多的開(kāi)發(fā)環(huán)境還是太小眾。我認(rèn)為現(xiàn)在主流的開(kāi)發(fā)環(huán)境應(yīng)當(dāng)加入HEX文件編譯功能，像微軟公司推出的強(qiáng)大的Visual Studio加入編譯HEX功能后可以簡(jiǎn)化單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)的過(guò)程，這也應(yīng)該是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

　　2、關(guān)于單片機(jī)硬件電路的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　單片機(jī)正常工作需要外部電路的支持，異于個(gè)人電腦單片機(jī)它不僅僅需要外部電源供電，它還需要外部晶振電路、復(fù)位電路，如果需要控制大功率器件還需要外圍的驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行模擬電壓比較時(shí)需要外圍穩(wěn)壓電路輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。但是回顧單片機(jī)的發(fā)展歷史，單片機(jī)硬件電路已經(jīng)得到了很好的優(yōu)化。比如中國(guó)第一家本土單片機(jī)公司STC宏晶科技推出的STC15F100系列單片機(jī)內(nèi)部就集成高精度R\C時(shí)鐘無(wú)需外圍晶振電路。ST意法半導(dǎo)體公司推出的STM32系列32位嵌入式單片機(jī)內(nèi)部集成了RTC時(shí)鐘電路，只需外圍備用電池接入就可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。另外單片機(jī)供電門(mén)檻也不斷降低。ST公司的STM32系列單片機(jī)只需2.6V就可啟動(dòng)，耐壓也達(dá)到了5.5V。

　　由于從初中開(kāi)始接觸51單片機(jī)和編程，對(duì)51單片機(jī)具有獨(dú)特的情感。在接觸之初對(duì)最小系統(tǒng)的搭建印象比較深刻，只有在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上單片機(jī)才能正常運(yùn)行程序。單片機(jī)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)者精通數(shù)字電路、模擬電路、計(jì)算機(jī)編程，技術(shù)門(mén)檻要求比較高。因此未來(lái)單片機(jī)硬件的發(fā)展應(yīng)該是：1、集成更多的外圍電路力圖只需電源就可正常運(yùn)行2、降低供電電壓（就現(xiàn)在來(lái)看0.9V的單片機(jī)已經(jīng)問(wèn)世）3、內(nèi)部集成AD\DA高速轉(zhuǎn)換電路省區(qū)外圍AD\DA芯片的不穩(wěn)定性4、提高單片機(jī)的抗干擾能力使其在復(fù)雜電磁環(huán)境下仍可以正常運(yùn)行5、通過(guò)優(yōu)化架構(gòu)提高單片機(jī)運(yùn)算速度，就目前來(lái)看ARM單片機(jī)速度最快，72MHz主頻明顯優(yōu)于51單片機(jī)的12MHz主頻6、進(jìn)一步降低單片機(jī)功耗尤其是待機(jī)功耗（大多是單片機(jī)應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備靠電池供電）7、縮小體積（尤其運(yùn)用于可穿戴式領(lǐng)域）

　　3、單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)分為軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。而硬件系統(tǒng)則指的就是單片機(jī)及其外圍電路我們稱(chēng)之為單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，單片機(jī)開(kāi)發(fā)板包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)（MCU）、晶振電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、邏輯器電路、口燒寫(xiě)電路、I\O口、SPI接口、I2C總線(xiàn)接口等等，以為開(kāi)發(fā)提供硬件準(zhǔn)備。在未來(lái)集成化的趨勢(shì)下一些外圍電路將被集成入單片機(jī)內(nèi)部有效縮小開(kāi)發(fā)板體積、降低成本。

　　在這方面國(guó)外幾家廠(chǎng)商做的不錯(cuò)。包括意大利Arduino公司在2016年底推出的Arduino 101居里開(kāi)發(fā)板同時(shí)具有X86核心和Intel的夸克核心，最具有進(jìn)步意義的是將博世六軸陀螺儀也一起集成到單片機(jī)中，此開(kāi)發(fā)板將廣泛運(yùn)用于可穿戴設(shè)備的開(kāi)發(fā)中。早在2013年英特爾也推出了屬于自己的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板“愛(ài)迪生開(kāi)發(fā)板”這款開(kāi)發(fā)板首次將通信芯片、電源管理芯片、聲卡芯片、GPU全部集成到郵票大小的硅片上外界內(nèi)存和對(duì)應(yīng)的顯示器就相當(dāng)于一臺(tái)平板電腦（由于此單片機(jī)位X86架構(gòu)可運(yùn)行Windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)）。英國(guó)樹(shù)莓派公司近期也推出了第三代嵌入式開(kāi)發(fā)板“樹(shù)莓派3b/3b+”樹(shù)莓派開(kāi)發(fā)板采用博通方案將GPU、WIFI芯片、藍(lán)牙、CPU集成到一起整個(gè)開(kāi)發(fā)板只有身份證大小而且功能強(qiáng)大，并且?guī)в?a target="_blank">HDMI輸出可適配普通顯示器。因此單片機(jī)硬件將向低體積、高集成度方面發(fā)展。

　　單片機(jī)軟件系統(tǒng)則指的是：開(kāi)發(fā)環(huán)境、上位機(jī)編寫(xiě)、下位機(jī)編寫(xiě)。當(dāng)前主流單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境有ARM公司的Keil、Arduino公司的Arduino IDE。對(duì)于STM32系列和Atmel MEGA16/32系列單片機(jī)在同一個(gè)軟件可以同時(shí)完成編譯和燒寫(xiě)。問(wèn)題也出在此，市場(chǎng)上單片機(jī)品牌眾多幾乎所有的程序編寫(xiě)都是在keil中編寫(xiě)的單燒錄軟件各個(gè)公司標(biāo)準(zhǔn)不一。雖說(shuō)都是通過(guò)串口或SPI進(jìn)行燒寫(xiě)但相對(duì)比較麻煩，并且單片機(jī)編程不想軟件編程可直接在電腦中運(yùn)行必須燒寫(xiě)入單片機(jī)才能進(jìn)行調(diào)試，在程序調(diào)試階段會(huì)很浪費(fèi)時(shí)間。因此在未來(lái)發(fā)展在線(xiàn)調(diào)試功能是必然，雖然已經(jīng)有少數(shù)幾家公司開(kāi)發(fā)出在線(xiàn)調(diào)試仿真功能但成本太高需要很多外圍設(shè)備。也希望各大單片機(jī)公司可以開(kāi)發(fā)出自己的編譯環(huán)境，使開(kāi)發(fā)者更加高效使用單片機(jī)運(yùn)算資源降低錯(cuò)誤率和開(kāi)發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

　　下位機(jī)指在單片機(jī)中運(yùn)行的程序我們?cè)偈煜げ贿^(guò)，而上位機(jī)在單片機(jī)調(diào)試和數(shù)據(jù)采集方面起著很重要的作用。單片機(jī)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦再通過(guò)上位機(jī)軟件呈現(xiàn)在屏幕上并可以繪制成曲線(xiàn)等圖標(biāo)方便數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)。但現(xiàn)在的上位機(jī)大多屬于第三方對(duì)單片機(jī)類(lèi)型和型號(hào)限制很大，基本上開(kāi)發(fā)者為了完成開(kāi)發(fā)項(xiàng)目需要自己編寫(xiě)合適的上位機(jī)軟件很浪費(fèi)時(shí)間和精力。在未來(lái)編譯環(huán)境中集成上位機(jī)是必然，當(dāng)然作為開(kāi)發(fā)者也不能一味依賴(lài)上位機(jī)所提供的數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)和外部?jī)x器的檢測(cè)是必要的。

　　4、單片機(jī)運(yùn)用領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　由于單片微型計(jì)算機(jī)為可編程控制器，在早期單片微型計(jì)算機(jī)主要運(yùn)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域。隨著單片微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力、穩(wěn)定性的提高而體積、功耗的降低，單片微型計(jì)算機(jī)在未來(lái)將廣泛運(yùn)用于人機(jī)交互、可穿戴式設(shè)備、無(wú)人機(jī)飛行控制器、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

　　在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理都是交給云端處理的，終端設(shè)備并不需要非常強(qiáng)大的運(yùn)算能力，并且現(xiàn)在的單片機(jī)種類(lèi)非常多，也有運(yùn)算能力比較強(qiáng)的可以用于少數(shù)要求高運(yùn)算能力的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)者可以依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇最高效的方案，對(duì)于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用應(yīng)該是足以勝任的。單片機(jī)以其較高性?xún)r(jià)比和較低開(kāi)發(fā)門(mén)檻，將會(huì)是今后物聯(lián)網(wǎng)的重要組成元素。

　　在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，尤其是多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制器是單片機(jī)配合陀螺儀以及PWM波的輸入輸出，通過(guò)PID算法和讀取來(lái)自接收機(jī)的PWM數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、光流傳感器、超聲波傳感器、視覺(jué)傳感器等的數(shù)據(jù)對(duì)多旋翼的飛行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整、實(shí)現(xiàn)避障、定點(diǎn)環(huán)繞、脫空返航、飛行數(shù)據(jù)和視頻的實(shí)時(shí)傳輸、爆槳保護(hù)等等功能。由于對(duì)單片機(jī)運(yùn)算能力和抗干擾行有一定要求多位嵌入式單片機(jī)。開(kāi)源飛行控制器中普遍為STM32方案、MEGA2560方案例如，最近比較火熱的APM飛控和PIX飛控。而像大疆精靈成品機(jī)以及大疆NAZA、A系、N系等非開(kāi)源飛控則多基于DSP的FPGA嵌入式開(kāi)發(fā)。

　　從消費(fèi)電子產(chǎn)品歷史發(fā)展的情況來(lái)看，正在經(jīng)歷從移動(dòng)化、便攜化向穿戴化產(chǎn)品方向發(fā)展，可穿戴式產(chǎn)品在手機(jī)之后正引領(lǐng)一個(gè)全新的電子產(chǎn)品時(shí)代。各種新的電子器件的應(yīng)用（如MEMS等）帶來(lái)了一些創(chuàng)新的產(chǎn)品，給生活工作方方面面帶來(lái)了更多的改變和新的體驗(yàn)。可穿戴式產(chǎn)品在健康、娛樂(lè)、醫(yī)療、保健、工業(yè)和企業(yè)等應(yīng)用越來(lái)越多。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，越來(lái)越多的可穿戴式產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)。

　　單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

　　縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：

　　1.低功耗CMOS化

　　MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。象80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和CHMOS（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。

　　2.微型單片化

　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（RAM）、只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門(mén)狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠(chǎng)商還可以根據(jù)用戶(hù)的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。

　　此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。

　　3.主流與多品種共存

　　現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集（RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專(zhuān)用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。