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1、1单片机简述单片机简述单片机是什么呢？就是一个电脑，只不过是微型的，麻雀虽小，五脏俱全：它内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元，可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作。它主要是作为控制部分的核心部件。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，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，
2、需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的，单片机可以通过你编写的程序实现高智能，高效率，以及高可靠性！由于单片机的成本问题，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。单片机具有：1 、具有优异的性能价格比 ，2 、集成度高、体积小、可靠性高 ，3 、控制功能强， 4 、低电压、低功耗等特点。按照单片机的特点，单
3、片机的应用可以分为单机应用与多机应用。在一个应用系统中，只使用一片单片机称为单机应用。单片机的单机应用的范围包括：(1) 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等, 达到测量与控制的目的。(2) 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表, 促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。(3) 机电一体化产品。单片机与传统的机械产品相结合, 使传统机械产品结构简化, 控制智能化。(4) 智能接口。 在计算机控制系统, 特别是在较大型的工业测、控系统中, 用单片机进行接口的控制与管理, 加之单片机与主机的并行工作, 大大提高了系统的运
4、行速度。 2(5) 智能民用产品。 如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中, 单片机控制器的引入, 不仅使产品的功能大大增强, 性能得到提高, 而且获得了良好的使用效果。单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统：(1) 功能集散系统。 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。(2) 并行多机控制系统。 并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题, 以便构成大型实时工程应用系统。(3) 局部网络系统。单片机按应用范围又可分成通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的，例如用于体温计的单
5、片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中，又可按字长分为 4 位、8 位、16/32 位，虽然计算机的微处理器现在几乎是 32/64 位的天下，8 位、16 位的微处理器已趋于萎缩，但单片机情况却不同，8 位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能能满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用 16/32 位，而在一般工业领域，8 位通用型单片机，仍然是目前应用最广的单片机。单片机广泛地应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗
6、低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 33.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电
7、冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天
8、等领域都有着十分广泛的用途。现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8 位、16 位到 32 位，数不胜数，应有尽有，有与主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。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
9、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4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
10、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
11、。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。目前已投放市场的主要单片机产品多达 70 多个系列，500 多个品种。这其中还不包括那些系统或整机厂商定制的专用单片机，及针对专门业务、专门市场的单片机品种。这里仅对部分常见的和常用的单片机系列进行介绍。 （1）8051 单片机 最早由 I
12、ntel 公司推出的 8051/31 类单片机也是世界上用量最大的几种单片机之一。由于 Intel 公司在嵌入式应用方面将重点放在 186、386、奔腾等与PC 类兼容的高档芯片的开发上，随后 Intel 公司将 80C51 内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名 IC 制造厂商，如 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG 等。在保特与 80C51 单片机兼容的基础上，这些公司容入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路，如满足模拟量输入的 A/D、满足伺服驱动的5PWM、满足高速输入/输出控制的 HSL/
13、HSO、满足串行扩展总线 I2C、保证程序可靠运行的的 WDT、引入使用方便且价廉的 Flash ROM 等，开发出上百种功能各异的新品种。这样 80C51 单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为 80C51 系列单片机。客观事实表明，80C51 已成为 8 位单片机的主流，成了事实上的标准 MCU 芯片。（2）MOTOROLA 单片机 MOTOROLA 是世界上最大的单片机厂商，品种全、选择余地大、新产品多是其特点。在 8 位机方面有 68HC05 和升级产品 68HC08。68HC05 有 30 多个系列，200 多个品种，产量已超过 20 亿片。16 位机 68HC16 也有
14、十多个品种。32 位单片机的 683XX 系列也有几十个品种。MOTOROLA 单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较 Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低、抗干扰能力强，更适合用于工业控制领域及恶劣的环境。（3）Microchip 单片机Microchip 单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是 16C 系列 8位单片机，CPU 采用 RISC 结构，仅 33 条指令，其高速度，低电压，低功耗，大电流 LCD 驱动能力和低价位 OTP 技术等都体现出单片机产业的发展新趋势。且以低价位著称，一般单片机价格都在一美元以下。由美国 Microchip 公司推出的 PIC
15、单片机系列产品，已有三种系列多种型号的产品问世，从电脑的外设，家电控制，电讯通信，智能仪器，汽车电子到金融电子的各个领域都得到广泛的应用。Microchip 单片机没有掩膜产品，全都是 OTP 器件（近年已推出FLASH 型单片机编者注） 。Microchip 强调节约成本的最优化设计、使用量大、档次低、价格敏感的产品。（4）Atmel 单片机 ATMEL 公司的 90 系列单片机是增强 RISC 内载 Flash 的单片机，通常简称为 AVR 单片机，90 系列单片机是基于新的精简指令 RISC 结构的。这种结构是在 90 年代开发出来的综合了半导体集成技术和软件性能的新结构，这种结构使得在
16、 8 位微处理器市场上 AVR 单片机具有最高 MIPS mw 能力。（5）NEC 单片机6NEC 单片机自成体系，以 8 位单片机 78K 系列产量最高，也有 16 位、32 位单片机。16 位以上单片机采用内部倍频技术，以降低外时钟频率。有的单片机采用内置操作系统。NEC 的销售策略著重于服务大客户，并投入相当大的技术力量帮助大客户开发产品。 （6）东芝单片机 东芝单片机从 4 位单片机到 64 位单片机，门类齐全。4 位机在家电领域仍有较大的市场。8 位机主要有 870 系列、90 系列等，该类单片机允许使用慢模式，采用 32K 时钟时功耗低至 10uA 数量级。CPU 内部多组寄存器的使用，使得中断响应与处理更加快捷。东芝的 32 位单片机采用 MIPS3000A RISC 的CPU 结构，面向 VCD、数字相机、图像处理等市场。 （7）富士通单片机 富士通有 8 位、16 位和 32 位单片机，其中 8 位单片机主要有 3V 产品和 5V 产品，3V 产品应用于消费类及便携设备，如空调、洗衣机、冰箱、电表、小家电等，5V 产品应用于工业及汽车电子。8 位单片机有 8L
