简述单片机未来的发展趋势
简述单片机未来的发展趋势
1、关于单片机编程语言的未来发展趋势
单片微型计算机以下简称单片机是计算机的一种，众所周知计算机的运行需要系统软件和操作软件，而单片机也不例外它需要一些指令才能运行。这些指令被编译为十六进制文件（hex文件）烧写到单片机，为单片机的运行提供指令。单片机编程与计算机软件编程是一脉相承的，现在主流的单片机编程语言有c语言、汇编语言、python等。
但是在全民创客的时代对于一个没有编程语言基础的人特别是中学一下的学生学习单片机编程比较困难，所以单片机编程环境在非专业领域的发展应该是基于图形化操作界面，类似于plc编程。在这方面乐高积木推出的nxt控制器（基于avr单片机）和图形化编程开发平台labview平台，将编程全部图形化、模块化适合没有编程语言的人进行简单的单片机开发，对单片机和编程进行初步的认识。arduino公司推出的ardunio ide虽然没有图形化界面但它将编程简单化，将程序分为三大部分第一是库函数，第二是初始化函数，第三是循环函数。与c/c++的库函数+主函数比较有一定差异。其次arduino将常用传感器的驱动程序封装起来做成库，使用传感器时非常方便直接调用库函数并在初始化函数进行简单初始化就可以使用。但这样做局限性也比较大，将库封装起来虽然调用方便，但开发者大多不会去研究传感器的工作方式与单片机的通讯方式（数字传感器），更不会去编写类似的库。并且ide的开发环境无法胜任复杂的程序编写，因此在未来开发环境的模块化和模块化程度值得商榷。
而对于专业单片机程序开发，我认为开发语言应该更加多样化java等目前程序员使用比较多的语言也应该加入其中。目前单片机程序开发环境主要有arm公司的keil和arduino公司推出的arduino ide但是相对于计算机c/c++众多的开发环境还是太小众。我认为现在主流的开发环境应当加入hex文件编译功能，像微软公司推出的强大的visual studio加入编译hex功能后可以简化单片机程序开发的过程，这也应该是未来发展的趋势。
2、关于单片机硬件电路的未来发展趋势 单片机正常工作需要外部电路的支持，异于个人电脑单片机它不仅仅需要外部电源供电，它还需要外部晶振电路、复位电路，如果需要控制大功率器件还需要外围的驱动电路，进行模拟电压比较时需要外围稳压电路输入标准信号源。但是回顾单片机的发展历史，单片机硬件电路已经得到了很好的优化。比如中国第一家本土单片机公司stc宏晶科技推出的stc15f100系列单片机内部就集成高精度r\c时钟无需外围晶振电路。st意法半导体公司推出的stm32系列32位嵌入式单片机内部集成了rtc时钟电路，只需外围备用电池接入就可实现实时时钟功能。另外单片机供电门槛也不断降低。st公司的stm32系列单片机只需2.6v就可启动，耐压也达到了5.5v。
由于从初中开始接触51单片机和编程，对51单片机具有独特的情感。在接触之初对最小系统的搭建印象比较深刻，只有在最小系统的基础上单片机才能正常运行程序。单片机开发需要开发者精通数字电路、模拟电路、计算机编程，技术门槛要求比较高。因此未来单片机硬件的发展应该是：1、集成更多的外围电路力图只需电源就可正常运行2、降低供电电压（就现在来看0.9v的单片机已经问世）3、内部集成ad\da高速转换电路省区外围ad\da芯片的不稳定性4、提高单片机的抗干扰能力使其在复杂电磁环境下仍可以正常运行5、通过优化架构提高单片机运算速度，就目前来看arm单片机速度最快，72mhz主频明显优于51单片机的12mhz主频6、进一步降低单片机功耗尤其是待机功耗（大多是单片机应用于移动设备靠电池供电）7、缩小体积（尤其运用于可穿戴式领域）
3、单片机开发系统的未来发展趋势 单片机开发系统分为软件系统和硬件系统。而硬件系统则指的就是单片机及其外围电路我们称之为单片机开发板，单片机开发板包括：单片机（mcu）、晶振电路、实时时钟电路、逻辑器电路、口烧写电路、i\o口、spi接口、i2c总线接口等等，以为开发提供硬件准备。在未来集成化的趋势下一些外围电路将被集成入单片机内部有效缩小开发板体积、降低成本。
在这方面国外几家厂商做的不错。包括意大利arduino公司在2016年底推出的arduino 101居里开发板同时具有x86核心和intel的夸克核心，最具有进步意义的是将博世六轴陀螺仪也一起集成到单片机中，此开发板将广泛运用于可穿戴设备的开发中。早在2013年英特尔也推出了属于自己的单片机开发板“爱迪生开发板”这款开发板首次将通信芯片、电源管理芯片、声卡芯片、gpu全部集成到邮票大小的硅片上外界内存和对应的显示器就相当于一台平板电脑（由于此单片机位x86架构可运行windows系统和linux系统）。英国树莓派公司近期也推出了第三代嵌入式开发板“树莓派3b/3b+”树莓派开发板采用博通方案将gpu、wifi芯片、蓝牙、cpu集成到一起整个开发板只有身份证大小而且功能强大，并且带有hdmi输出可适配普通显示器。因此单片机硬件将向低体积、高集成度方面发展。
单片机软件系统则指的是：开发环境、上位机编写、下位机编写。当前主流单片机c语言开发环境有arm公司的keil、arduino公司的arduino ide。对于stm32系列和atmel mega16/32系列单片机在同一个软件可以同时完成编译和烧写。问题也出在此，市场上单片机品牌众多几乎所有的程序编写都是在keil中编写的单烧录软件各个公司标准不一。虽说都是通过串口或spi进行烧写但相对比较麻烦，并且单片机编程不想软件编程可直接在电脑中运行必须烧写入单片机才能进行调试，在程序调试阶段会很浪费时间。因此在未来发展在线调试功能是必然，虽然已经有少数几家公司开发出在线调试仿真功能但成本太高需要很多外围设备。也希望各大单片机公司可以开发出自己的编译环境，使开发者更加高效使用单片机运算资源降低错误率和开发失败的风险。
下位机指在单片机中运行的程序我们再熟悉不过，而上位机在单片机调试和数据采集方面起着很重要的作用。单片机通过串口将数据发送至电脑再通过上位机软件呈现在屏幕上并可以绘制成曲线等图标方便数据收集统计。但现在的上位机大多属于第三方对单片机类型和型号限制很大，基本上开发者为了完成开发项目需要自己编写合适的上位机软件很浪费时间和精力。在未来编译环境中集成上位机是必然，当然作为开发者也不能一味依赖上位机所提供的数据。经验和外部仪器的检测是必要的。
4、单片机运用领域的未来发展趋势 由于单片微型计算机为可编程控制器，在早期单片微型计算机主要运用于自动控制领域。随着单片微型计算机运算能力、稳定性的提高而体积、功耗的降低，单片微型计算机在未来将广泛运用于人机交互、可穿戴式设备、无人机飞行控制器、物联网等领域。
在物联网领域，大多数物联网应用的数据处理都是交给云端处理的，终端设备并不需要非常强大的运算能力，并且现在的单片机种类非常多，也有运算能力比较强的可以用于少数要求高运算能力的应用，开发者可以依据具体应用场合来选择最高效的方案，对于大多数物联网应用应该是足以胜任的。单片机以其较高性价比和较低开发门槛，将会是今后物联网的重要组成元素。
在无人机领域，尤其是多旋翼无人机飞行控制器是单片机配合陀螺仪以及pwm波的输入输出，通过pid算法和读取来自接收机的pwm数据、gps数据、光流传感器、超声波传感器、视觉传感器等的数据对多旋翼的飞行姿态进行调整、实现避障、定点环绕、脱空返航、飞行数据和视频的实时传输、爆桨保护等等功能。由于对单片机运算能力和抗干扰行有一定要求多位嵌入式单片机。开源飞行控制器中普遍为stm32方案、mega2560方案例如，最近比较火热的apm飞控和pix飞控。而像大疆精灵成品机以及大疆naza、a系、n系等非开源飞控则多基于dsp的fpga嵌入式开发。
从消费电子产品历史发展的情况来看，正在经历从移动化、便携化向穿戴化产品方向发展，可穿戴式产品在手机之后正引领一个全新的电子产品时代。各种新的电子器件的应用（如mems等）带来了一些创新的产品，给生活工作方方面面带来了更多的改变和新的体验。可穿戴式产品在健康、娱乐、医疗、保健、工业和企业等应用越来越多。在可以预见的未来，越来越多的可穿戴式产品将会出现。
单片机的发展趋势 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：
1.低功耗cmos化
mcs-51系列的8031推出时的功耗达630mw，而现在的单片机普遍都在100mw左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了cmos（互补金属氧化物半导体工艺）。象80c51就采用了hmos（即高密度金属氧化物半导体工艺）和chmos（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。cmos虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而chmos则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2.微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（cpu）、随机存取数据存储（ram）、只读程序存储器（rom）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如a/d转换器、pmw（脉宽调制电路）、wdt（看门狗）、有些单片机将lcd（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中smd（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80c51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有philips公司的产品，atmel公司的产品和中国台湾的winbond系列单片机。所以c8051为核心的单片机占据了半壁江山。而microchip公司的pic精简指令集（risc）也有着强劲的发展势头，中国台湾的holtek公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有motorola公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。
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而对于专业单片机程序开发，我认为开发语言应该更加多样化java等目前程序员使用比较多的语言也应该加入其中。目前单片机程序开发环境主要有arm公司的keil和arduino公司推出的arduino ide但是相对于计算机c/c++众多的开发环境还是太小众。我认为现在主流的开发环境应当加入hex文件编译功能，像微软公司推出的强大的visual studio加入编译hex功能后可以简化单片机程序开发的过程，这也应该是未来发展的趋势。
2、关于单片机硬件电路的未来发展趋势 单片机正常工作需要外部电路的支持，异于个人电脑单片机它不仅仅需要外部电源供电，它还需要外部晶振电路、复位电路，如果需要控制大功率器件还需要外围的驱动电路，进行模拟电压比较时需要外围稳压电路输入标准信号源。但是回顾单片机的发展历史，单片机硬件电路已经得到了很好的优化。比如中国第一家本土单片机公司stc宏晶科技推出的stc15f100系列单片机内部就集成高精度r\c时钟无需外围晶振电路。st意法半导体公司推出的stm32系列32位嵌入式单片机内部集成了rtc时钟电路，只需外围备用电池接入就可实现实时时钟功能。另外单片机供电门槛也不断降低。st公司的stm32系列单片机只需2.6v就可启动，耐压也达到了5.5v。
由于从初中开始接触51单片机和编程，对51单片机具有独特的情感。在接触之初对最小系统的搭建印象比较深刻，只有在最小系统的基础上单片机才能正常运行程序。单片机开发需要开发者精通数字电路、模拟电路、计算机编程，技术门槛要求比较高。因此未来单片机硬件的发展应该是：1、集成更多的外围电路力图只需电源就可正常运行2、降低供电电压（就现在来看0.9v的单片机已经问世）3、内部集成ad\da高速转换电路省区外围ad\da芯片的不稳定性4、提高单片机的抗干扰能力使其在复杂电磁环境下仍可以正常运行5、通过优化架构提高单片机运算速度，就目前来看arm单片机速度最快，72mhz主频明显优于51单片机的12mhz主频6、进一步降低单片机功耗尤其是待机功耗（大多是单片机应用于移动设备靠电池供电）7、缩小体积（尤其运用于可穿戴式领域）
3、单片机开发系统的未来发展趋势 单片机开发系统分为软件系统和硬件系统。而硬件系统则指的就是单片机及其外围电路我们称之为单片机开发板，单片机开发板包括：单片机（mcu）、晶振电路、实时时钟电路、逻辑器电路、口烧写电路、i\o口、spi接口、i2c总线接口等等，以为开发提供硬件准备。在未来集成化的趋势下一些外围电路将被集成入单片机内部有效缩小开发板体积、降低成本。
在这方面国外几家厂商做的不错。包括意大利arduino公司在2016年底推出的arduino 101居里开发板同时具有x86核心和intel的夸克核心，最具有进步意义的是将博世六轴陀螺仪也一起集成到单片机中，此开发板将广泛运用于可穿戴设备的开发中。早在2013年英特尔也推出了属于自己的单片机开发板“爱迪生开发板”这款开发板首次将通信芯片、电源管理芯片、声卡芯片、gpu全部集成到邮票大小的硅片上外界内存和对应的显示器就相当于一台平板电脑（由于此单片机位x86架构可运行windows系统和linux系统）。英国树莓派公司近期也推出了第三代嵌入式开发板“树莓派3b/3b+”树莓派开发板采用博通方案将gpu、wifi芯片、蓝牙、cpu集成到一起整个开发板只有身份证大小而且功能强大，并且带有hdmi输出可适配普通显示器。因此单片机硬件将向低体积、高集成度方面发展。
单片机软件系统则指的是：开发环境、上位机编写、下位机编写。当前主流单片机c语言开发环境有arm公司的keil、arduino公司的arduino ide。对于stm32系列和atmel mega16/32系列单片机在同一个软件可以同时完成编译和烧写。问题也出在此，市场上单片机品牌众多几乎所有的程序编写都是在keil中编写的单烧录软件各个公司标准不一。虽说都是通过串口或spi进行烧写但相对比较麻烦，并且单片机编程不想软件编程可直接在电脑中运行必须烧写入单片机才能进行调试，在程序调试阶段会很浪费时间。因此在未来发展在线调试功能是必然，虽然已经有少数几家公司开发出在线调试仿真功能但成本太高需要很多外围设备。也希望各大单片机公司可以开发出自己的编译环境，使开发者更加高效使用单片机运算资源降低错误率和开发失败的风险。
下位机指在单片机中运行的程序我们再熟悉不过，而上位机在单片机调试和数据采集方面起着很重要的作用。单片机通过串口将数据发送至电脑再通过上位机软件呈现在屏幕上并可以绘制成曲线等图标方便数据收集统计。但现在的上位机大多属于第三方对单片机类型和型号限制很大，基本上开发者为了完成开发项目需要自己编写合适的上位机软件很浪费时间和精力。在未来编译环境中集成上位机是必然，当然作为开发者也不能一味依赖上位机所提供的数据。经验和外部仪器的检测是必要的。
4、单片机运用领域的未来发展趋势 由于单片微型计算机为可编程控制器，在早期单片微型计算机主要运用于自动控制领域。随着单片微型计算机运算能力、稳定性的提高而体积、功耗的降低，单片微型计算机在未来将广泛运用于人机交互、可穿戴式设备、无人机飞行控制器、物联网等领域。
在物联网领域，大多数物联网应用的数据处理都是交给云端处理的，终端设备并不需要非常强大的运算能力，并且现在的单片机种类非常多，也有运算能力比较强的可以用于少数要求高运算能力的应用，开发者可以依据具体应用场合来选择最高效的方案，对于大多数物联网应用应该是足以胜任的。单片机以其较高性价比和较低开发门槛，将会是今后物联网的重要组成元素。
在无人机领域，尤其是多旋翼无人机飞行控制器是单片机配合陀螺仪以及pwm波的输入输出，通过pid算法和读取来自接收机的pwm数据、gps数据、光流传感器、超声波传感器、视觉传感器等的数据对多旋翼的飞行姿态进行调整、实现避障、定点环绕、脱空返航、飞行数据和视频的实时传输、爆桨保护等等功能。由于对单片机运算能力和抗干扰行有一定要求多位嵌入式单片机。开源飞行控制器中普遍为stm32方案、mega2560方案例如，最近比较火热的apm飞控和pix飞控。而像大疆精灵成品机以及大疆naza、a系、n系等非开源飞控则多基于dsp的fpga嵌入式开发。
从消费电子产品历史发展的情况来看，正在经历从移动化、便携化向穿戴化产品方向发展，可穿戴式产品在手机之后正引领一个全新的电子产品时代。各种新的电子器件的应用（如mems等）带来了一些创新的产品，给生活工作方方面面带来了更多的改变和新的体验。可穿戴式产品在健康、娱乐、医疗、保健、工业和企业等应用越来越多。在可以预见的未来，越来越多的可穿戴式产品将会出现。
单片机的发展趋势 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：
1.低功耗cmos化
mcs-51系列的8031推出时的功耗达630mw，而现在的单片机普遍都在100mw左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了cmos（互补金属氧化物半导体工艺）。象80c51就采用了hmos（即高密度金属氧化物半导体工艺）和chmos（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。cmos虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而chmos则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2.微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（cpu）、随机存取数据存储（ram）、只读程序存储器（rom）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如a/d转换器、pmw（脉宽调制电路）、wdt（看门狗）、有些单片机将lcd（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中smd（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
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现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80c51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有philips公司的产品，atmel公司的产品和中国台湾的winbond系列单片机。所以c8051为核心的单片机占据了半壁江山。而microchip公司的pic精简指令集（risc）也有着强劲的发展势头，中国台湾的holtek公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有motorola公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。
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