簡述單片機未來的發展趨勢

　　1、關于單片機編程語言的未來發展趨勢

　　單片微型計算機以下簡稱單片機是計算機的一種，眾所周知計算機的運行需要系統軟件和操作軟件，而單片機也不例外它需要一些指令才能運行。這些指令被編譯為十六進制文件（HEX文件）燒寫到單片機，為單片機的運行提供指令。單片機編程與計算機軟件編程是一脈相承的，現在主流的單片機編程語言有C語言、匯編語言、Python等。

　　但是在全民創客的時代對于一個沒有編程語言基礎的人特別是中學一下的學生學習單片機編程比較困難，所以單片機編程環境在非專業領域的發展應該是基于圖形化操作界面，類似于PLC編程。在這方面樂高積木推出的NXT控制器（基于AVR單片機）和圖形化編程開發平臺LabView平臺，將編程全部圖形化、模塊化適合沒有編程語言的人進行簡單的單片機開發，對單片機和編程進行初步的認識。Arduino公司推出的Ardunio IDE雖然沒有圖形化界面但它將編程簡單化，將程序分為三大部分第一是庫函數，第二是初始化函數，第三是循環函數。與C/C++的庫函數+主函數比較有一定差異。其次Arduino將常用傳感器的驅動程序封裝起來做成庫，使用傳感器時非常方便直接調用庫函數并在初始化函數進行簡單初始化就可以使用。但這樣做局限性也比較大，將庫封裝起來雖然調用方便，但開發者大多不會去研究傳感器的工作方式與單片機的通訊方式（數字傳感器），更不會去編寫類似的庫。并且IDE的開發環境無法勝任復雜的程序編寫，因此在未來開發環境的模塊化和模塊化程度值得商榷。

　　而對于專業單片機程序開發，我認為開發語言應該更加多樣化JAVA等目前程序員使用比較多的語言也應該加入其中。目前單片機程序開發環境主要有ARM公司的Keil和Arduino公司推出的Arduino IDE但是相對于計算機C/C++眾多的開發環境還是太小眾。我認為現在主流的開發環境應當加入HEX文件編譯功能，像微軟公司推出的強大的Visual Studio加入編譯HEX功能后可以簡化單片機程序開發的過程，這也應該是未來發展的趨勢。

　　2、關于單片機硬件電路的未來發展趨勢

　　單片機正常工作需要外部電路的支持，異于個人電腦單片機它不僅僅需要外部電源供電，它還需要外部晶振電路、復位電路，如果需要控制大功率器件還需要外圍的驅動電路，進行模擬電壓比較時需要外圍穩壓電路輸入標準信號源。但是回顧單片機的發展歷史，單片機硬件電路已經得到了很好的優化。比如中國第一家本土單片機公司STC宏晶科技推出的STC15F100系列單片機內部就集成高精度R\C時鐘無需外圍晶振電路。ST意法半導體公司推出的STM32系列32位嵌入式單片機內部集成了RTC時鐘電路，只需外圍備用電池接入就可實現實時時鐘功能。另外單片機供電門檻也不斷降低。ST公司的STM32系列單片機只需2.6V就可啟動，耐壓也達到了5.5V。

　　由于從初中開始接觸51單片機和編程，對51單片機具有獨特的情感。在接觸之初對最小系統的搭建印象比較深刻，只有在最小系統的基礎上單片機才能正常運行程序。單片機開發需要開發者精通數字電路、模擬電路、計算機編程，技術門檻要求比較高。因此未來單片機硬件的發展應該是：1、集成更多的外圍電路力圖只需電源就可正常運行2、降低供電電壓（就現在來看0.9V的單片機已經問世）3、內部集成AD\DA高速轉換電路省區外圍AD\DA芯片的不穩定性4、提高單片機的抗干擾能力使其在復雜電磁環境下仍可以正常運行5、通過優化架構提高單片機運算速度，就目前來看ARM單片機速度最快，72MHz主頻明顯優于51單片機的12MHz主頻6、進一步降低單片機功耗尤其是待機功耗（大多是單片機應用于移動設備靠電池供電）7、縮小體積（尤其運用于可穿戴式領域）

　　3、單片機開發系統的未來發展趨勢

　　單片機開發系統分為軟件系統和硬件系統。而硬件系統則指的就是單片機及其外圍電路我們稱之為單片機開發板，單片機開發板包括：單片機（MCU）、晶振電路、實時時鐘電路、邏輯器電路、口燒寫電路、I\O口、SPI接口、I2C總線接口等等，以為開發提供硬件準備。在未來集成化的趨勢下一些外圍電路將被集成入單片機內部有效縮小開發板體積、降低成本。

　　在這方面國外幾家廠商做的不錯。包括意大利Arduino公司在2016年底推出的Arduino 101居里開發板同時具有X86核心和Intel的夸克核心，最具有進步意義的是將博世六軸陀螺儀也一起集成到單片機中，此開發板將廣泛運用于可穿戴設備的開發中。早在2013年英特爾也推出了屬于自己的單片機開發板“愛迪生開發板”這款開發板首次將通信芯片、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存和對應的顯示器就相當于一臺平板電腦（由于此單片機位X86架構可運行Windows系統和Linux系統）。英國樹莓派公司近期也推出了第三代嵌入式開發板“樹莓派3b/3b+”樹莓派開發板采用博通方案將GPU、WIFI芯片、藍牙、CPU集成到一起整個開發板只有身份證大小而且功能強大，并且帶有HDMI輸出可適配普通顯示器。因此單片機硬件將向低體積、高集成度方面發展。

　　單片機軟件系統則指的是：開發環境、上位機編寫、下位機編寫。當前主流單片機C語言開發環境有ARM公司的Keil、Arduino公司的Arduino IDE。對于STM32系列和Atmel MEGA16/32系列單片機在同一個軟件可以同時完成編譯和燒寫。問題也出在此，市場上單片機品牌眾多幾乎所有的程序編寫都是在keil中編寫的單燒錄軟件各個公司標準不一。雖說都是通過串口或SPI進行燒寫但相對比較麻煩，并且單片機編程不想軟件編程可直接在電腦中運行必須燒寫入單片機才能進行調試，在程序調試階段會很浪費時間。因此在未來發展在線調試功能是必然，雖然已經有少數幾家公司開發出在線調試仿真功能但成本太高需要很多外圍設備。也希望各大單片機公司可以開發出自己的編譯環境，使開發者更加高效使用單片機運算資源降低錯誤率和開發失敗的風險。

　　下位機指在單片機中運行的程序我們再熟悉不過，而上位機在單片機調試和數據采集方面起著很重要的作用。單片機通過串口將數據發送至電腦再通過上位機軟件呈現在屏幕上并可以繪制成曲線等圖標方便數據收集統計。但現在的上位機大多屬于第三方對單片機類型和型號限制很大，基本上開發者為了完成開發項目需要自己編寫合適的上位機軟件很浪費時間和精力。在未來編譯環境中集成上位機是必然，當然作為開發者也不能一味依賴上位機所提供的數據。經驗和外部儀器的檢測是必要的。

　　4、單片機運用領域的未來發展趨勢

　　由于單片微型計算機為可編程控制器，在早期單片微型計算機主要運用于自動控制領域。隨著單片微型計算機運算能力、穩定性的提高而體積、功耗的降低，單片微型計算機在未來將廣泛運用于人機交互、可穿戴式設備、無人機飛行控制器、物聯網等領域。

　　在物聯網領域，大多數物聯網應用的數據處理都是交給云端處理的，終端設備并不需要非常強大的運算能力，并且現在的單片機種類非常多，也有運算能力比較強的可以用于少數要求高運算能力的應用，開發者可以依據具體應用場合來選擇最高效的方案，對于大多數物聯網應用應該是足以勝任的。單片機以其較高性價比和較低開發門檻，將會是今后物聯網的重要組成元素。

　　在無人機領域，尤其是多旋翼無人機飛行控制器是單片機配合陀螺儀以及PWM波的輸入輸出，通過PID算法和讀取來自接收機的PWM數據、GPS數據、光流傳感器、超聲波傳感器、視覺傳感器等的數據對多旋翼的飛行姿態進行調整、實現避障、定點環繞、脫空返航、飛行數據和視頻的實時傳輸、爆槳保護等等功能。由于對單片機運算能力和抗干擾行有一定要求多位嵌入式單片機。開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以及大疆NAZA、A系、N系等非開源飛控則多基于DSP的FPGA嵌入式開發。

　　從消費電子產品歷史發展的情況來看，正在經歷從移動化、便攜化向穿戴化產品方向發展，可穿戴式產品在手機之后正引領一個全新的電子產品時代。各種新的電子器件的應用（如MEMS等）帶來了一些創新的產品，給生活工作方方面面帶來了更多的改變和新的體驗?？纱┐魇疆a品在健康、娛樂、醫療、保健、工業和企業等應用越來越多。在可以預見的未來，越來越多的可穿戴式產品將會出現。

　　單片機的發展趨勢

　　縱觀單片機的發展過程，可以預示單片機的發展趨勢，大致有：

　　1.低功耗CMOS化

　　MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS（互補金屬氧化物半導體工藝）。象80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。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，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發展的主要途徑。

　　2.微型單片化

　　現在常規的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數據存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW（脈寬調制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。

　　此外，現在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統正朝微型化方向發展。

　　3.主流與多品種共存

　　現在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統的有PHILIPS公司的產品，ATMEL公司的產品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集（RISC）也有著強勁的發展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增，與其低價質優的優勢，占據一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續，將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發展的道路。