【導讀】Single-chip. systems.2.single-chipintroduced

　　

【正文】 甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用 的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有 12 部單片機。 而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過 PC 機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。 2. 單片機介紹 單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系 統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機，它的體積小，質量輕，價格便宜，為學習 ，應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。 單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過 10 元即可，用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、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。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干 擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，只是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國 50 年代開發(fā)的 74 系列，或者 60 年達的 CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一大塊 PCB 板！但是如果要是用美國 70 年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由 于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制及其碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的 CPU，也沒有像影片那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十 K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。單片機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，如果把巨型計算機 上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC 上來運行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以說，二十世紀跨越了三個“電” 的時代，即電氣時代，電子時代，和現(xiàn)已進入的點時代，不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱 PC 機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器），顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被空機械“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓 了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領域已經十分廣泛，如智能儀表，實施工控，通訊設備，導航系統(tǒng)，家用電器等。各種 產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞 —— “智能型” ，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其他業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品為使用單片機或其他可編程邏輯器件上。 3 單片機歷史 單片機誕生于 20 世紀 70 年代末，經歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段。 即單片微型計算機（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。 “ 創(chuàng)新模式 ” 獲得成功，奠定了 SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒 。 即微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看， Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU方面，最著名的廠家當數(shù) Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。 ，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢。隨著微電子技術、 IC 設計、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC 的單片機應用系統(tǒng)設計會有 較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從 單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實施控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的完全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就 一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機廣泛應用與儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇： 智能儀器 儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的 傳感器 ，可實現(xiàn)諸如電壓、 功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機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 更加強大。例如精密的測量設備（ 功率計 ， 示波器 ，各種分析儀）。 用單片機可以構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、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網構成二級控制系統(tǒng)等。 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設備，五花八門，無所不在。 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算 機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型 程控交換機 、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信， 無線電 對講機等。 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于 ROM），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路 中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。