MCU未来的发展专业毕业论文.doc

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1、毕 业 论 文系部 专业 班级 姓名 论 文 提 纲论文题目MCU未来的发展提纲（三级标题）：第一章 MCU的概述第一节 定义第二节 分类一 .按存储器分类二 .按位数分类第二章 MCU在应用领域的概况第一节 4位、8位、16位、32位、64位在市场中所占的比例第二节 在电子产业中的应用一.在家电、IT 制造业、工业及中国三表中的应用二.在汽车产业中的应用三 8位16位32位的技术难点及趋势第三章 MCU的未来发展第一节 产业链分工日趋专业化多层次服务体系建设势在必行第二节 MCU面临的四大挑战第三节 中国MCU市场未来几年呈微量上升趋势 MCU未来的发展 作者：随着近些年嵌入式产品应用的日益

2、普及，市场对MCU的需求也日趋多样化。从消费类电子产品、计算机与外设到工业控制、通信以及汽车电子等各个方面都有各类MCU产品的身影。与此同时，中国电子信息制造业的迅速发展也带动了对MCU需求的快速增长。第一章 MCU的概述第一节 MCU的定义MCU(MicroControllerUnit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。第二节 MCU的分类一 按存储器类型分类MCU按其存

3、储器类型可分为MASK(掩模)ROM、OTP(一次性可编程)ROM、FLASHROM等类型。MASKROM的MCU价格便宜，但程序在出厂时已经固化，适合程序固定不变的应用场合；FALSHROM的MCU程序可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途；OTPROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的应用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。二 按位数分类微控制器在经过这几年不断地研究,发展,历经4位,8位,到现在的16位及32位,甚至64位。产品的成熟度,以及投入厂商之多,应用范围之广,真可谓之空

4、前。目前在国外大厂因开发较早,产品线广,所以技术领先,而本土厂商则以多功能为产品导向取胜。第二章 MCU在应用领域的概况第一节 4位、8位、16位、32位、64位在市场中所占的比例 8位MCU与4位MCU价差相去无几，8位已渐成为市场主流；目前4位MCU大部份应用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD播放器LED驱动控制器、LCD游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等；8位MCU大部份应用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器（CallerID）、电话录音机、CRT显示器、键盘及USB等；16位MCU大部份应用在

5、行动电话、数字相机及摄录放影机等；32位MCU大部份应用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN电话、激光打印机与彩色传真机；64位MCU大部份应用在高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高级终端机等。据2005年统计，在中国MCU市场销量产品结构中，8位MCU市场所占比例最高，销量达到27.4亿块，所占比例为52.8%。4位MCU销量达到16.6亿块，所占比例为32.0%。16位及32位MCU价格较贵，属于比较高端的芯片，市场销量相对较少，2005年的销量分别为

6、6.6%和8.6%从销售额来看，2005年8位MCU销售额达到167.2亿元，市场份额接近60%，达到56.5%。4位MCU则由于单价便宜，销售额只有14.9亿元，市场份额为5.0%。32位MCU市场份额仅次于8位MCU，达到25.9%，超过1/4，销售额为76.5亿元。16位MCU销售额则为37.3亿元，市场份额为12.6%。从产品结构的发展趋势来看，在出口市场扩大以及内销市场增长的带动下，未来几年中国吸尘器、智能电饭煲、电风扇、遥控器等小家电产量将保持快速增长，带动4位低端MCU销量增长。从销量来看，4位MCU仍然有庞大的需求空间，仍将在未来几年中国消费类MCU销量结构中占据最主要的份额。

7、同时考虑到空调、洗衣机、电冰箱等白色家电以及彩色电视机、家庭影院、收录放组合机、组合音响等黑色家电产品仍将保持较大的产业规模，使得8位MCU仍然占据中国消费类MCU市场主要份额。与此同时，数字电视一体机、电子游戏机等数字消费电子产品以及高端白色家电市场需求强劲增长，必然拉动对16位、32位高端MCU的需求，并使得16位、32位高端MCU市场份额不断增长。 新一代32位微控制器具有非常高的集成度，具有片上闪存、模数转换器和其他的集成外设。这种集成度结合增强的处理能力，能提供高性能和具有成本效益的解决方案，可用于很多新的家电产品、白色家电、消费电子产品和其他应用。设计师现在发现32位控制器仅仅比1

8、6位产品略贵一点，但增加的功能特性远远超过了微小的成本差异。很多基于RISC的32位MCU现在能提供非常高的性能，功耗只相当于16位控制器的水平。这些控制器还具有较小的封装尺寸，因此，在采用32位MCU设计时封装大小不再是一个挑战，即使是在空间受限的应用中。第二节 在电子产业中的应用一在家电、IT 制造业、工业及中国三表中的应用中国是消费电子产业大国，彩色电视机、电冰箱、洗衣机、空调以及其他各类小家电产品产量位居世界前列，对MCU形成巨大的需求。从应用结构市场来看，消费电子是MCU最大的细分应用市场。据2005年统计，MCU在消费电子市场销量为29.6亿块，所占比例为57.0%；销售额为127

9、.5亿元，市场份额为43.1%。随着全球IT制造业持续向中国转移，中国IT制造业规模持续壮大，显示器、鼠标、键盘、摄像头、USB外接设备等计算机周边产品产业发展迅速，带动对MCU的需求持续增长。据2005年统计，在中国计算机领域中，MCU销量达到11.9亿块，所占比例为22.9%；销售额为68.3亿元，市场份额达到23.1%。此外，由于工业控制、通信等领域对核心处理芯片要求较高，大多使用的是CPU或者DSP产品，MCU不能满足其运算、多媒体处理、通信协议处理要求，因而销售规模不大。2005年，中国工业控制领域MCU销量为5.1亿块，所占比例为9.8%；销售额为44.6亿元，市场份额为15.1%

10、。通信领域MCU销量为3.3亿块，所占比例为6.4%；销售额为32.4亿元，市场份额为10.9%。中国三表(暖气表、煤气表、水表)、汽车电子、电动自行车、二代身份证读卡器、USB接口设备等新型产品市场增长迅速。随着计算机网络通信技术的高速发展和人们对居住环境要求的提高，高科技、多功能的智能化小区越来越成为人们关注的新焦点。智能化小区是利用现代计算机、通信、控制等高新技术，把物业管理、安防、通信等系统集成在一起，为小区住户提供一个安全、舒适、便利的现代生活环境，其中远程抄表是智能化小区重要的组成部分。在建设部门的推动下，电子“暖气表、煤气表、水表”成为中国住宅的标准设施，成为中国MCU市场一个新

11、的增长点。二在汽车产业中的应用近几年来，中国汽车产业规模持续产销两旺，汽车产业及市场成为全世界关注的焦点。载重汽车、乘用车产量再创新高。其中，2005年中国轿车产量295.84万辆，比2004年增长26.9%。中国轿车产业的蓬勃发展吸引越来越多的汽车电子配套企业进行本地化生产，包括汽车安全系统、底盘控制系统、信息娱乐系统、车身及车灯控制系统等在内的汽车电子配备水平的不断提高也进一步增加了对MCU的市场需求。随着通信、连接、计算机技术与汽车的日益融合，汽车MCU作为核心部件将在汽车电子中扮演越来越重要的角色，MCU在汽车中应用的数量将越来越多。 汽车MCU在提高自身性能的同时，在应用上不同于在消

12、费、通信中的应用模式，高、中、低端汽车MCU将现身同一系统，推动汽车向更节能、更安全和更舒适的方向发展。本文介绍了汽车MCU的几个未来发展趋势。过去几年里，平均一部汽车大约会用到20颗MCU，而现在汽车中使用的MCU数量已达到上百颗。2004年，全球汽车半导体的收入就占到34%。据预测，2005年，汽车MCU所占比例还将保持这一数字。目前，汽车MCU已经进入汽车动力系统、汽车安防系统、汽车娱乐系统、车导航与远程通信系统，这些系统对汽车MCU提出了不同的要求，推动汽车MCU不断发展。汽车MCU在提高性能的同时，在应用上也将以不同于消费、通信中的应用模式演绎新的发展，助力汽车向更节能、更安全和更舒

13、适方向发展。三 8位16位32位的技术难点及趋势8位MCU：处在主流的地位自20世纪70年代初面世以来，8位微控制器（MCU）已成为电子行业广为应用的器件。目前，8位MCU仍然处在主流的地位，占据全球MCU市场近一半的销售额。主打优势：低成本、技术的特性化和应用的专用化。应用市场：(小)家电、电子玩具和一些低端汽车电子产品等。同时由于中国已经成为了空调、电冰箱、洗衣机为代表的白色家电和彩色电视、家庭剧院、组合音响等黑色家电的生产基地，未来几年中国白色家电以及黑色家电用品也将是8位MCU大有作为的地方。发展趋势：8位 MCU一方面在价格上继续挤压4位 MCU的市场空间； 另一方面通过改善性能：1

14、、加入越来越多的模拟电路2、同时提升内核的主频，3、将8位MCU的可编程内存提升到兆位级，以从高端MCU手中抢占某些特定市场。技术难点：多数8位架构都是在上世纪70年代和80年代开发的。笨拙的内存组织妨碍这些架构扩大，使之难以突破64K的内存限制。而16和32位架构可以更容易地扩大内存。16位MCU: 上求性能，下降成本处于中间位置的16位MCU产品，为了得到更好的发展，在下探至8位价格和上探至32位性能中努力。主打优势： 16位MCU既具有比8位更高的性能，又具有比32位更快的响应时间、更低的成本。应用市场：16位MCU出货量主要归功于IC卡及工业控制应用。同时占据着汽车电子、消费电子等领域

15、的一定份额。随着汽车智能化进程的加快，很多控制对精度的需求也越来越高。技术难点：在价格上努力与8位产品抗争，在性能方面逼近32位，是其发展之路。32位MCU: 价格降低，发展提速32位产品主要面向高端应用。主打优势：强大的处理能力。应用市场：消费电子。随着中国消费电子产品制造业不断升级，同时应用复杂度的提高以及对安全性的日益关注，使32位 MCU产品日益成为市场的热点。技术难点：较高成本，较高功耗 ，较低集成度和相对高的复杂度。第三章 MCU的未来发展第一节 产业链分工日趋专业化多层次服务体系建设势在必行 随着家电产品数字化、智能化，数字家庭势在必行。可以说数字家庭以提高人们生活的舒适性与方便

16、性，已经得到越来越多人的认可。目前，中国已经形成了以联想牵头，长虹、长城、康佳、海信、中兴通讯、中国电信等为主要成员的“闪联”联盟以及以海尔牵头，清华同方、上广电、中国网通为主要成员的“e家佳”两大数字家庭标准组织。随着数字家庭产业化的进程的不断加快，以家居安全、信息家电控制、远程查表服务、信息服务为主要内容的数字家庭市场逐渐兴起，各类数字家庭产品将不断出现，成为中国消费类市场新的增长点。未来消费电子市场竞争日趋激烈，功能过于单一的产品日显颓势，为增加卖点,吸引消费者，消费电子产品必将朝多功能、多用途方向发展。例如，机械控温微波炉基本上已经被淘汰，取而代之的是MCU控制的多功能微波炉；普通半自

17、动洗衣机已经没有多大市场，“电脑模糊控制”的全自动洗衣机将成为市场主流；液晶电视、等离子电视等平板电视不仅仅是大尺寸、超薄的代名词，各类USB、蓝牙、UWB等接口将越来越多。此外，其他创新性产品如电动自行车等都将成为MCU新的市场机会。随着全球电子制造业产能继续向中国转移，未来几年将推动中国消费电子产量持续增长，中国内销市场增长旺盛也对消费电子产业形成很大的拉动作用。在消费电子产品制造业持续发展的带动下，未来几年中国MCU市场规模持续增长，预计2006年-2010年这5年间市场的年均复合增长率将达到22.1%，到2010年时其市场规模将达到804.2亿元。面对市场未来广阔的发展前景以及日益激烈

18、的企业竞争，如何及时推出新产品并有效降低成本成为制约消费电子厂商发展的关键问题。中国消费电子厂商普遍技术研发能力相对不足，在缩短整机开发周期及开发低成本解决方案等方面存在很大的困难，需要MCU厂商在提供MCU产品及参考设计的同时，能够提供成熟的解决方案。由于MCU厂商资源有限，更多依赖家电控制器厂商即家电解决方案提供商提供完善的解决方案。整机厂商开发能力不足而引发的对解决方案的持续需求必将促进消费电子产业链日趋完善，从而推动中国家电控制器厂商的不断壮大，也使家电控制器厂商成为联系MCU厂商与消费电子厂商的重要纽带。此外，方案供应及技术支持是未来服务发展热点。和外国工程师相比，中国工程师还大多缺

19、乏经验和技术，不具备开发具有高附加值的高端产品的能力，主要仍在开发一些劳动密集型的产品，重点放在降低元器件和生产工具的成本。而MCU厂商不断将新型MCU产品推向市场，消费电子厂商面临更复杂的产品选型。如何快速进行方案设计，迅速推出适销对路的整机产品成为消费电子厂商关注焦点，于是设计服务水平的高低成为消费电子厂商进行产品选型、供应商选择的重要参考因素。与半导体存储器、模拟集成电路等贸易型的销售模式不同，MCU从熟悉开发工具、产品选型、方案设计、外围器件匹配都有许多工作要做。由此，未来服务仍然是中国消费类MCU市场发展主题，MCU厂商需要构建从大学计划、工程师培训、在线技术支持、本地化渠道等多层次

20、的服务体系。 第二节 MCU面临的四大挑战微控制器(MCU)在实际应用、处理能力、架构以及与ASIC和SoC等其它半导体产品的融合方面已经有了很大的发展。那么，MCU未来还存在哪些挑战、又将如何发展呢？微控制器用户需要在越来越全球化及竞争日益激烈的环境中努力求生存与发展，这些用户面临着四大挑战： 1. 需要通过特性、性能或价格体现最终产品的差异化。 2. 需要缩短产品上市时间来补偿在复杂设计上渐增的投资。 3. 需要在不增加成本的条件下实现上述两个目标。 4需要大批MCU应用型人才开发新的产品。MCU用户面临的这些挑战形成了未来MCU的发展基础。为了实现最终产品的差异化，OEM正在积极添加众多

21、的特性，例如： 1.用户接口：用户接口正在由旋钮和按键迅速转变为触摸感测。特别是在器械工业，触摸感测用户接口在外观和功能上有很大的优势。比如，厨房炉具表面可以是一块没有活动部件的玻璃，这样不仅外观漂亮，而且容易清洁。为了确保在有溢出的水、灰尘或湿手甚至戴着厨用手套的手的情况下触摸感测仍能正确工作，设计复杂性有所上升。未来MCU必须能够应对这种复杂性，并向OEM商提供易于使用的触摸感测接口。 2. 连接性：系统用户需要增强其系统在本地或远程与其它系统相连接的能力。目前有多种有线和无线连接技术正逐渐流行，如USB、以太网、CAN、LIN、IR、RF和ZigBee。在许多情况下，最灵活的解决方案由两

22、个芯片组成，即一片MCU，一片连接芯片。另外，也有单芯片解决方案，其连接模块在MCU板上。 3. 显示器：从LED到点阵再到LCD，系统和设备上的显示器数年来已经有了很大的发展。而显示器的亮度、对比度、尺寸和分段是需要恒久面对的挑战。未来微控制器将使用内置的QVGA技术提供便于连接到大型显示器的接口。 4. 低功耗：为了延长电池寿命，更是为了节省能源改善地球环境，低功耗将是业界不懈追求的目标。越来越多的MCU可提供低功耗模式，如睡眠模式和待机模式，在这些模式下功耗可低到纳瓦数量级。 5. 高电压：许多用户正在转向更高的电压，以便在汽车和工业设备等应用中取得更高的效率。为了克服瞬间效应，MCU需

23、要能在40V、60V或更高电压下正常工作。 MCU用户面临的第二大挑战是缩短产品的上市时间。这要求MCU制造商尽可能提供优秀的开发工具链，包括编译器、集成开发环境(IDE)、调试器、RTOS、图形工具(如GUI)、参考设计以及代码库等。 越来越多的用户缺少足够的技术资源，他们希望MCU供应商能提供技术支持来帮助他们完成设计。对许多应用而言，技术资源的效率比硅片成本要重要得多。因此具有成本效益的移植路径正变得越来越重要，用户由此可将新的设计适配进同一个MCU，或者选择一个具有相同封装引脚输出和相似外设的MCU，然后复用大部分的代码，这样可以保护用户在固件方面的投入。到目前为止，中国的MCU的应用

24、和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程，随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面，MCU从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势，国民经济建设、军事及家用电器等各个领域，尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内目前急需单片机人才的行业。行业高端目前有超过10余万名从事MCU开发应用的工程师，但面对嵌入式系统工业化的潮流和我国大力推动建设“嵌入式软件工厂”的机遇，我国的嵌入式产品要溶入国际市场，形成产业，则必将急需大批MCU应用型人才。第三节 中国MCU市场未来几年呈微量上升趋势为世界领先的民用和商用电子产品制造中心，中国已成为全球最大的

25、微控制器(MCU)产品应用市场。中国家用电器和PC外围设备组件出货量的增加将抵消MCU价格下降带来的影响，16位和32位MCU产品应用增长将确保中国MCU整体消耗量继续微量上升。 汽车电子和工业电子成为维持中国MCU市场增长的关键推动因素，国际汽车电子制造商如德尔福和Visteon正不断将生产转移到中国，同时本土公司也积极推出各种汽车音频/视频及导航系统。此外，监控、马达控制和测量仪器市场的增长也会对中国MCU市场有较大贡献。iSuppli预测，2006年到2010年中国MCU市场复合年增长率(CAGR)将达到8%。 安全系统、马达控制、电力机车、安全与控制以及车载娱乐系统将成为16位和32位

26、MCU产品的新驱动力。3C融合使得高端家用电器也将需要16位甚至32位MCU以满足更多高级系统设计要求，目前的32位MCU产品基于ARM的RISC架构正成为主流，不过随着PowerPC、MIPS、SPARC、x86以及SuperH不断降低功耗，这个市场竞争将愈加激烈。我们预计，2005年到2010年中国16位和32位MCU产品市场将分别达到11%和20%的复合年增长率。 从产品技术发展趋势来看，半导体厂商希望继续提高MCU集成度，除了标准的串行I/O、计时器、A/D转换器以及看门狗计时器等，MCU还将集成LCD驱动器、彩色LCD控制器、D/A转换器、模拟比较器、放大器、滤波器以及USB和SD接

27、口。尽管提高集成度会使MCU本身的价格上升，但将有助于加快系统设计，并降低整体设计成本。由于单纯的MCU结构不能满足A/V编解码与信号处理的要求，供应商们开始采用包含DSP架构的数字信号控制器(DSC)以实现经济有效的控制和信号处理。DSC混合式架构兼具DSP的计算能力和MCU的易用性，非常适合于工业、汽车以及数据通信等应用。 随着系统设计复杂程度提高，MCU还将包含更大容量的闪存以获取编程灵活性。闪存可以让用户在设计完成以后还能继续多次重复写入程序软件，这样用户不用再依赖过去那种只能一次性编程的掩模ROM。 与此同时，MCU供应商为满足用户要求还在降低功耗方面进行了诸多努力。例如MCU可以在

28、较低电压下工作，而且也开始应用电源管理技术，另外还利用休息模式、自动唤醒、唤醒延迟以及待机等功能智能地降低功耗，一些MCU供应商还通过对MCU产品进行优化实现了极低的功耗。 中国的MCU应用市场非常分散，从低端电子玩具到高级移动电话基站，同时市场上大约有一百家MCU供应商在互相竞争。台湾MCU供应商如凌阳和盛群，正着力增大他们在8位MCU市场的份额，而对国际MCU供应商来说，继续在中国发展业务将面临很大的挑战。我们认为，国际MCU供应商需要更加灵活的经营策略来保证他们在中国获得投资回报。由于销售和技术资源有限，除了要有正确的产品外，供应商还应该将他们的目光聚焦于应用市场上，此外，与国内政府和教育机构保持良好的关系，也将给企业在中国长期赢利增加筹码。主要参考书目或资料来源1 .单片机原理与应用(第2版应用电子技术专业新编21世纪高等职业教育电子信息类规划教材) 作者：刘华东2.单片机原理与接口技术 作者: 李朝青 编著3. MCU在电磁炉中的应用 作者: 程智，崔翼翰 编著4. 单片机接口技术实用子程序 作者：陈小忠，黄宁，赵小侠 编著 5. 单片机原理及应用系统设计（附CD-ROM光盘一张） 作者：胡学海 主编 12/12