【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢也是低的，一般不超過(guò) 10 元即可 ......用它來(lái)做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是作為控制部分的核心部件。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。 單片 機(jī)是靠 程序 運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用 美國(guó) 50年代開(kāi)發(fā)的 74 系列，或者60 年代的 CD4000 系列這些純硬 件來(lái)搞定的話， 電路 一定是一塊大 PCB 板！但是如果要是用美國(guó) 70 年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的 軟件 還是最低級(jí) 匯編 語(yǔ)言，它是除了 二進(jìn)制 機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU，也沒(méi)有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化 高級(jí)語(yǔ)言 編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸！對(duì)于家用 PC的硬盤來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的 操作系統(tǒng) 和應(yīng)用軟件拿到家用 PC 上來(lái)運(yùn)行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè) “ 電 ” 的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指 個(gè)人計(jì)算機(jī) ，簡(jiǎn)稱 PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的 最小系統(tǒng) 只用了一片 集成電路 ，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的 “ 肚子 ” 里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如 智能儀表 、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 —— “ 智能型 ” ，如智能型 洗衣機(jī) 等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它 可編程邏輯器件上。 單片機(jī)歷史 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)由 運(yùn)算器 、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成 起初模型 即 單片微型計(jì)算機(jī) （ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳 體系結(jié)構(gòu) 。 “ 創(chuàng)新模式 ” 獲得成功，奠定了 SCM與 通用計(jì)算機(jī) 完全不同的發(fā)展道路。在 開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒(méi)。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 即微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU的重任不可避免地落在電氣、 電子技術(shù) 廠家。從這一角度來(lái)看， Intel 逐漸淡出 MCU的發(fā)展 也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將 MCS51 從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記 Intel和 Philips 的歷史功績(jī)。 嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路 ，向 MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、 IC設(shè)計(jì)、 EDA工具的發(fā)展，基于 SoC的 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)發(fā)展史 1971 年 intel 公司 研制出世界上第一個(gè) 4 位的微處理器； Intel 公司的 霍夫 研制成功世界上第一塊 4 位微處理器芯片 Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和 微機(jī) 時(shí)代從此開(kāi)始。因發(fā)明微處理器，霍夫被 英國(guó) 《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為 “ 二戰(zhàn)以來(lái)最有影響力 的 7 位科學(xué)家 ” 之一 。 1971 年 11 月， Intel 推出 MCS4 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （包括 4001 ROM 芯片、 4002 RAM芯片、 4003 移位寄存器 芯片和 4004 微處理器 ）其中 4004（下圖）包含 2300 個(gè) 晶體管 ，尺寸規(guī)格為 3mm4mm ，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)年的 ENIAC，最初售價(jià)為 200 美元。 1972 年 4 月，霍夫等人開(kāi)發(fā)出第一個(gè) 8 位微處理器 Intel 8008。由于 8008 采用的是 P 溝道 MOS 微處理器，因此仍屬第一代微處理器。 1973 年 intel 公司研制出 8 位的微處理器 8080； 1973 年 8 月，霍夫等人研制出8 位微處理器 Intel 8080，以 N 溝道 MOS 電路 取代了 P 溝道，第二代微處理器就此誕生。 主頻 2MHz 的 8080 芯片運(yùn)算速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 存儲(chǔ)器，使用了基于 6 微米技術(shù)的 6000 個(gè)晶體管，處理速度為 （ Million Instructions Per Second ）。 1975 年 4 月， MITS 發(fā)布第一個(gè)通用型 Altair 8800，售價(jià) 375 美元，帶有 1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。 1976 年 intel 公司研制出 MCS48 系列 8 位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問(wèn)世。 Zilog 公司于 1976 年開(kāi)發(fā)的 Z80 微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)， Zilog、 Motorola 和 Intel 在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 20 世紀(jì) 80 年代初， Intel 公司在 MCS48 系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了 MCS51系列 8 位高檔單片機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)無(wú)論是片內(nèi) RAM 容量， I/O 口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。 單片機(jī)的硬件特性 單片機(jī)集成度高。單片機(jī)包括 CPU、 4KB容 量的 ROM（ 8031 無(wú)）、 128 B 容量的 RAM、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 、 4 個(gè) 8 位并行口、全雙工串口行口。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化 。 單片機(jī)可靠性高，可工作到 10^6 ~10^7 小時(shí)無(wú)故障 。 處理功能強(qiáng)，速度快。 單片機(jī)的應(yīng)用 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡 ，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī) 、 攝像機(jī) 、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 智能儀器 儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的 傳感器 ，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、 功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或 數(shù)字電路 更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（ 功率計(jì) ， 示波器 ，各種分析儀）。 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。例如工廠流水線的智能化管 理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器 基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備 通信接口 ，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型 程控交換機(jī) 、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信， 無(wú)線電 對(duì)講機(jī)等。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的 形式存于存儲(chǔ)器中（類似于 ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于 CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能 電子控制器 ， GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)， abs防抱死系統(tǒng) ，制動(dòng)系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 第