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1、单片机介绍 ，常用英文字母的缩写 MCU 表示 单片机也被称为微控制器Microcontroller Unit单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的开展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上开展出了 MCS51 系列
2、单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大开展，单片机技术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端的型号也只有 10 美元。
3、当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和 核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。 、 、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片
4、机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器它不是完成某一个逻辑功能的芯片而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O 设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最正确选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比方 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 元即可。用它来做一些控制电器一
5、类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制局部的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的本钱，这也是和离线式计算机的比方家用 PC的主要区别。1 单片机芯片 单片机是靠程序运行的，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，有些那么是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PC
6、B 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对本钱是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经到达了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的 CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会到达几十 K 的尺寸！对于家用 PC 的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利
7、用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各 。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成种机械的单片机亦称微控制器电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪
8、了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的成效，常在产品名称前冠以形容词“智能型，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。2 单片机历史 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、MCU、SOC 三大阶段。起初模型1SCM 即单片微型计算机Single Chip Microcomputer阶段，主要是寻求最正确的单片形态嵌入式系统的最正确
9、体系结构。“创新模式获得成功，奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的开展道路。在开创嵌入式系统独立开展道路上，Intel 公司功不可没。2MCU 即微控制器Micro Controller Unit阶段，主要的技术开展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，开展 MCU 的重任不可防止地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的开展也有其客观因素。在开展 MCU 方面，最著名的厂家当数 Philips 公司。 将 Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，
10、MCS-51 从单片微型计算机迅速开展到微控制器。因此，当我们回忆嵌入式系统开展道路时，不要忘记 Intel 和 Philips的历史功绩。3 嵌入式系统 单片机是嵌入式系统的独立开展之路，向 MCU 阶段开展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的开展自然形成了 SOC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的开展，基于 SOC 的单片机应用系统设计会有较大的开展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。4 单片机的应用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上
11、各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的平安保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、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：4.1 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、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
12、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4.2 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4.3 在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器根本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、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。4.4 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
13、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，现在的通信设备根本上都实现了单片机智能控制，从 ， 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 ，集群移动通信，无线电对讲机等。4.5 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。4.6 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电 ，就需要复
14、杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号子芯片中有别于磁带机的原理 ，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信以数字的形式存于存储器中类似于 ROM 。号类似于声卡 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。4.7 单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS 导航系统，abs 防抱死系统，制动系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 The Introduce Of Single Chip Microcom
15、puter SCM is also known as micro-controller Microcontroller Unit commonly used lettersof the acronym MCU that it was first used in industrial control. Only a single chip by the CPU chip developed from a dedicated processor. The firstdesign is by a large number of peripherals and CPU on a chip in the
16、 computer system smallermore easily integrated into a complex and demanding on the volume control device which.INTELsZ80 is the first designed in accordance with this idea processor then on thedevelopment of microcontroller and dedicated processors have parted ways. Are 8-bit microcontroller early o
17、r4 bits. One of the most successful is the INTEL 8031for a simple reliable and good performance was a lot of praise. Then developed in 8031 outof MCS51 MCU Systems. SCM systems based on this system until now is still widely used.With the increased requirements of industrial control field began a 16-
18、bit microcontrollerbecause the cost is not satisfactory but have not been very widely used. After 90 years withthe great development of consumer electronics microcontroller technology has been a hugeincrease. With INTEL i960 series especially the later series of widely used ARM 32-bitmicrocontroller
19、 quickly replace high-end 16-bit MCU status and enter the mainstream market.The traditional 8-bit microcontroller performance have been the rapid increase capacityincrease compared to 80 the number of times. Currently high-end 32-bit microcontrollerclocked over 300MHz the performance catching the mi
20、d-90s dedicated processor while theaverage model prices fall to one U.S. dollars the most high-end 1 model only 10dollars.Modern SCM systems are no longer only in the development and use of bare metalenvironment a large number of proprietary embedded operating system is widely used in thefull range
21、of SCM. The handheld computers and cell phones as the core processing ofhigh-end microcontroller can even use a dedicated Windows and Linux operating systems. SCM is more suitable than the specific processor used in embedded systems so it wasup to the application. In fact the number of SCM is the wo
22、rlds largest computer. Modernhuman life used in almost every piece of electronic and mechanical products will beintegrated single chip.Phone telephone calculator home appliances electronic toyshandheld computers and computer accessories such as a mouse with a 1-2 in both theDepartment of SCM. Person
23、al computer will have a large number of SCM in the work.General car with more than 40 SCM complex industrial control systems may even havehundreds of SCM in the same time work SCM is not only far exceeds the number of PC andother computing the sum or even more than the number of human beings Single
24、chip also known as single-chip microcontroller it is not complete a certain logicchips but to a computer system integrated into a chip.Equivalent to a micro-computer andcomputer than just the lack of a microcontroller I / O devices. General talk: a chip becomes acomputer. Its small size light weight
25、 cheap for the study application and development offacilities provided. At the same time learning to use the MCU is to understand the principleand structure of the computer the best choice. SCM and the computer functions internally with similar modules such as CPU memoryparallel bus the same effect
26、as well and hard disk memory devices and different is itsperformance of these components were relatively weak many of our home computer but theprice is low usually not more than 10 yuan you can do with it . some control for a class isnot very complicated electrical work is enough of. We are using au
27、tomatic drum washingmachine smoke hood VCD and so on appliances which could see its shadow . It isprimarily as a control section of the core components It is an online real-time control computer control-line is that the scene is needed is astronger anti-jamming ability low cost and this is and off-l
28、ine computer such as home PCthe main difference. Single chipMCU is through running and can be modified. Through different procedures to achievedifferent functions in particular special unique features this is another device much effortneeds to be done some great efforts are very difficult to do. A n
29、ot very complex functions ifthe 50s with the United States developed 74 series or the 60s CD4000 series of these purehardware buttoned then the circuit must be a large PCB board But if the United States if the70s with a series of successful SCM market the result will be a drastic change Just because
30、you are prepared by microcomputer programs can achieve high intelligence high efficiencyand high reliability As the microcontroller on the cost-sensitive so now the dominant software or the lowestlevel assembly language which is the lowest level in addition to more than binary machinecode language a
31、nd as so low why is the use Many high-level language has reached the levelof visual programming Why is not it The reason is simply that there is no home computer asa single chip CPU not as hard as a mass storage device.A visualization of small high-levellanguage program which even if only one button
32、 will reach tens of K of size For the homePCs hard drive in terms of nothing but in terms of the MCU is not acceptable. SCM in theutilization of hardware resources to be very high for the job so although the original is still inthe compilation of a lot of use. The same token if the giant computer op
33、erating system andapplications run up to get home PC home PC also can not afford to. Can be said that the twentieth century across the three quotpowerquot era that is the age ofelectricity the electronic age and has entered into the computer age. However this computerusually refers to the personal c
34、omputer referred to as PC. It consists of the host keyboardmonitor and other components. Another type of computer most people do not know how.This computer is to give all kinds of intelligent machines single chip also known asmicro-controller. As the name suggests this computer system took only a mi
35、nimal integratedcircuit can be a simple operation and control. Because it is small usually hidden in thecharged mechanical quotstomachquot in. It is in the device like the human brain plays a role it goeswrong the whole plant was paralyzed. Now this microcontroller has a very broad field of usesuch
36、as smart meters real-time industrial control communications equipment navigationsystems and household appliances. Once all kinds of products were using SCM can serve toupgrade the effectiveness of products often in the product name preceded by the adjective -quotintelligentquot such as intelligent w
37、ashing machines. Now some technical personnel offactories or other amateur electronics developers to engage in out of certain products not thecircuit is too complicated that function is too simple and can easily be copied. The reasonmay be stuck in the product did not use a microcontroller or other
38、programmable logic device.SCM history SCM was born in the late 20th century 70 experienced SCM MCU SOC three stages.First model 1.SCM the single chip microcomputer Single Chip Microcomputer stage mainlyseeking the best of the best single form of embedded systems architecture. quotInnovationmodelquot
39、 success laying the SCM and general computer completely different path ofdevelopment. In the open road of independent development of embedded systems IntelCorporation contributed. 2.MCU the micro-controller Micro Controller Unit stage the main direction oftechnology development: expanding to meet th
40、e embedded applications the target systemrequirements for the various peripheral circuits and interface circuits highlight the object ofintelligent control.It involves the areas associated with the object system therefore thedevelopment of MCUs responsibility inevitably falls on electrical electronics manufacturers.From this point of view Intel faded M.