【单片机原理及应用】第一篇——单片机概述
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目錄
內容概要
1.1單片機簡介
1.2單片機的發展歷史
1.3單片機的特點
1.4單片機的應用
1．工業檢測與控制
2．儀器儀表
3．消費類電子產品
4．通訊
5．武器裝備
6.各種終端及計算機外部設備
7．汽車電子設備
8．分布式多機系統
1.5單片機的發展趨勢
1.CPU的改進
2．存儲器的發展
3．片內1/0的改進
4. 低功耗
5．外圍電路內裝化
6．編程及仿真的簡單化
7．實時操作系統的使用
內容概要
本章介紹單片機基礎知識。 Intel 公司的8051單片機被世界許多廠商作為基核，先后推出多種兼容機型，在世界范圍內得到廣泛應用，已成為國內外公認的標準體系結構。
在眾多的兼容機型中，美國 ATMEL 公司的AT89S5x系列中的增強型AT89S52單片機非常適合作為單片機初學者的入門機型。
本章除了對AT89S51/52單片機作以簡單介紹外，還對嵌入式處理器家族中的 DSP 、嵌入式微處理器進行概括性介紹，使讀者初步了解，為后續學習打下基礎。
20世紀70年代問世，廣泛地應用在工業自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、機電一體化設備、汽車電子、家用電器等各個方面。什么是單片機？
1.1單片機簡介
一片半導體硅片集成：中央處理單元（ CPU )、存儲器（ RAM 、 RON )、并行1/0、串行1/0、定時器／計數器、中斷系統、系統時鐘電路及系統總線。用于測控領域的單片微型計算機，簡稱單片機。
單片機使用時，通常是處于測控系統的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機稱為嵌入式控制器（ EMCU , Embedded??MicroControl ler Unit )，或微控制器 Unit )。
我國習慣于使用“單片機”這一名稱。
單片機的問世是計算機技術發展史上的一個重要里程碑，標志著計算機正式形成了通用計算機系統和嵌入式計算機系統兩大分支。
單片機體積小、成本低，嵌入到工業控制單元、機器人、智能儀器儀表、汽車電子系統、武器系統、家用電器、辦公自動化設備、金融電子系統、玩具、個人信息終端及通訊產品中。
按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。
(1）通用型單片機就是其內部可開發的資源（如存儲器、1/0等各種外圍功能部件等）可以全部提供給用戶。
用戶根據需要，設計一個以通用單片機芯片為核心，再配以外圍接口電路及其它外圍設備，并編寫相應的軟件來滿足各種不同需要的測控系統。通常所說的的是指通用型單片機。
(2）專用型單片機是專門針對某些產品的特定用途而制作的單片機。
例如，各種家用電器中的控制器等。由于用于特定用途，單片機芯片制造商常與產品廠家合作，設計和生產“專用”的單片機芯片。
由于在設計中，已經對“專用”單片機的系統結構最簡化、可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的綜合考慮，所以“專用”單片機具有十分明顯的綜合優勢。
無論“專用”單片機在用途上有多么“專”，其基本結構和工作原理都是以通用單片機為基礎的。
1.2單片機的發展歷史
單片機按其處理的二進制位數主要分為：4位單片機、8位單片機、16位單片機和32位單片機。
發展大致分為4個階段。
- 第一階段（1974年～1976年）：單片機初級階段。因工藝限制，單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。1974年12月，仙童公司推出了8位F8單片機，實際上只包括了8位 CPU 、64B RAM 和2個并行口。
- 第二階段（1976年1978年）：低性能單片機階段。1976年 Intel 的 MCS -48單片機（8位）極大地促進了單片機的變革和發展，1977年 GI 公司推出了PIC1650，但這個階段仍處于低性能階段。
- 第三階段（1978年～1983年）：高性能單片機階段。1978年， Zilog 公司推出Z8單片機，1980年， Intel 公司在 MCS -48系列基礎上推出 MCS -51系列， Mortorola 推出6801單片機。使單片機的性能及應用躍上新的臺階。
此后，各公司的8位單片機迅速發展。推出的單片機普遍帶有串行1/0口、多級中斷系統、16位定時器／計數器，片內 ROM 、 RAM 容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內還帶有 A / D 轉換器。由于這類單片機的性能價格比高，所以被廣泛應用，是目前應用數量最多的單片機。 - 第四階段（1983年～現在）:8位單片機鞏固發展及16位單片機、32位單片機推出階段。20世紀90年代單片機制造業大發展時期， Mortorola 、Inte1、 ATMEL 、德州儀器（ T I)、三菱、日立、飛利浦、 LG 等公司開發一大批性能優越的單片機，極大推動單片機的應用。近年，又有不少新型的高集成度的單片機產品涌現出來，出現了產品豐富多彩的局面。
目前，除8位單片機得到廣泛應用外，16位單片機、32位單片機也得到廣大用戶青睞。
1.3單片機的特點
是集成電路技術與微型計算機技術高速發展的產物。體積小、價格低、應用方便、穩定可靠，因此，給工業自動化等領域帶來了一場重大革命和技術進步。
由于體積小，很容易地嵌入到系統之中，以實現各種方式的檢測、計算或控制，這一點，一般微機根本做不到。
由于單片機本身就是一個微型計算機，因此只要在單片機的外部適當増加一些必要的外圍擴展電路，就可以靈活地構成各種應用系統，如工業自動檢測監視系統、數據采集系統、自動控制系統、智能儀器儀表等。
為什么應用廣泛？具有以下優點：
(1）簡單方便，易掌握和普及。單片機應用系統設計、組裝、調試已經是一件容易的事情，廣大工程技術人員通過學習可很快地掌握其應用設計與調試技術。
(2）功能齊全，應用可靠，抗干擾能力強。
(3）發展迅速，前景廣闊。短短幾十年，單片機經過4位機、8位機、16位機、32位機等幾大發展階段。尤其是集成度高、功能日臻完善的單片機不斷問世，使單片機在工業控制及工業自動化領域獲得長足發展和大量應用。目前，單片機內部結構愈加完美，片內外圍功能部件越來越完善，向更高層次和更大規模的發展奠定堅實的基礎。
(4）嵌入容易，用途廣泛，體積小、性能價格比高，應用靈活性強等特點在嵌入式微控制系統中具有十分重要的地位。
單片機出現前，制作一套測控系統，大量的模擬電路、數字電路、分立元件完成，以實現計算、判斷和控制功能。系統的體積龐大，線路復雜，連接點多，易出現故障。
單片機出現后，測控功能的絕大部分由單片機的軟件程序實現，其它電子線路則由片內的外圍功能部件來替代。
1.4單片機的應用
軟硬件結合、體積小，容易嵌入到各種應用系統中。得到廣泛應用。
1．工業檢測與控制
主要應用：工業過程控制、智能控制、設備控制、數據采集和傳輸、測試、測量、監控等。在工業自動化的領域中，機電一體化技術將發揮愈來愈重要的作用，在這種集機械、微電子和計算機技術為一體的綜合技術（如機器人技術）中，單片機發揮著非常重要的作用。
2．儀器儀表
目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。單片機的使用有助于提高儀器儀表的精度和準確度，簡化結構，減小體積而易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數字化、智能化、多功能化方向發展。
3．消費類電子產品
例如，洗衣機、電冰箱、空調機、電風扇、電視機、微波爐、加濕機、消毒柜等。嵌入了單片機后，功能和性能大大提高，并實現智能化、最優化控制。
4．通訊
在調制解調器、各類手機、傳真機、程控電話交換機、信息網絡及各種通訊設備中，單片機也已經得到廣泛應用。
5．武器裝備
在現代化的武器裝備中，如飛機、軍艦、坦克、導彈、魚雷制導、智能武器裝備、航天飛機導航系統，都有單片機嵌入其中。
6.各種終端及計算機外部設備
計算機網絡終端如銀行終端）以及計算機外部設備（如打印機、硬盤驅動器、繪圖機、傳真機、復印機等）中都使用了單片機作為控制器。
7．汽車電子設備
已經廣泛地應用在各種汽車電子設備中，如汽車安全系統、汽車信息系統、智能自動駕駛系統、衛星汽車導航系統、汽車緊急請求服務系統、汽車防撞監控系統、汽車自動診斷系統以及汽車黑匣子等。
8．分布式多機系統
在較復雜多節點的測控系統中，常采用分布式多機系統。
一般由若干臺功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務，它們通過串行通信相互聯系、協調工作。在這種系統中，單片機往往作為一個終端機，安裝在系統的某些節點上，對現場信息進行實時的測量和控制。
從工業自動化、自動控制、智能儀器儀表、消費類電子產品等方面，直到國防尖端技術領域，單片機都發揮著十分重要的作用。
1.5單片機的發展趨勢
單片機的發展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內裝化等方面發展。
1.CPU的改進
(1)増加 CPU 數據總線寬度。例如，各種16位單片機和32位單片機，數據處理能力要優于8位單片機。
(2）采用雙 CPU 結構，以提高數據處理能力。
2．存儲器的發展
(1）片內程序存儲器普遍采用閃爍（ Flash ）存儲器。可不用外擴展程序存儲器，簡化系統結構。
(2）加大存儲容量。目前有的單片機片內程序存儲器容量可達128KB甚至更多。例如8位單片機PIC18F452片內集成了4KB的 RAM ，以滿足動態數據存儲的需要。
3．片內1/0的改進
(1)増加并行口驅動能力，以減少外部驅動芯片。有的單片機可以直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅動 LED 和 VFD （熒光顯示器）。(2）有些單片機設置了一些特殊的串行1/0功能，為構成分布式、網絡化系統提供方便條件。
(3）引入了數字交叉開關，改變了以往片內外設與外部 I / O 引腳的固定對應關系。
4. 低功耗
CMOS化，功耗小，配置有等待狀態、睡眠狀態、關閉狀態等工作方式。消耗電流僅在口 A 或 nA 量級，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表以及其它消費類電子產品。
5．外圍電路內裝化
眾多外圍電路全部裝入片內，即系統的單片化是目前發展趨勢之一。一片芯片就是一個“測控”系統。
6．編程及仿真的簡單化
目前大多數的單片機都支持程序在系統編程 ISP ( In System Program ),也稱在線編程，只需一條與 PC 機 USB 口（或串行口）相連的 ISP下載線，就可把仿真調試通過的程序代碼從 PC 機在線寫入單片機的 Flash 存儲器內，省去編程器與仿真器。某些機型還支持在線應用編租 AP ，即可在線升級或銷毀單片機的應用程序。
7．實時操作系統的使用
單片機可配置實時操作系統RTX51，簡化了對實時事件反應速度要求較高的復雜系統設計、編程和調試，已完全集成到C51編譯器中，使用簡單方便。
綜上所述，單片機正在向多功能、高性能、高速度（時鐘達40MHz)、低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低價格（幾元錢）、外圍電路內裝化以及片內程序存儲器和數據存儲器容量不斷増大的方向發展。
今天就分享到這里，每周學習單片機，天天進步。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【单片机原理及应用】第一篇——单片机概述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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