【正文】 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。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(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。 單片機廣泛應用于儀器儀表、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 ： (1) 在智能儀器儀表上的應用 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 20 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。 (6)終端及外圍設備控制 計算機網(wǎng)絡終端設備，如銀行終端、商業(yè) POS(自動收款機 )以及計算機外圍設備如打印機、通信終端和智能化 UPS 等。 (5)消費類電子產(chǎn)品控制 該應用主要反映在家電領域，如洗衣機、空調器、保安系統(tǒng)、 VCD視盤機、電子秤、 IC 卡、手機、 BP 機等。許多工業(yè)儀表中的智能流量計，氣體分析儀、成分分析僅等也采用了這項技基于單片機的烘爐溫度自動檢測系統(tǒng)的研究與設計術。采用單片機的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動補償和自適應功能，還可進行數(shù)字 PID 調節(jié)，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。 (3)分布控制系統(tǒng)的前端控制器 在直接控制級的計算機分布控制系統(tǒng) (DCS)中，單片機作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進行數(shù)據(jù)采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機命令的指揮下進行相應協(xié)調工作。使用單片機作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計算機發(fā)出采集命令，再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計算機中進行處理。單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化技術的發(fā)展，它作為機電產(chǎn)品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。從航空航天、地質石油、冶金采礦、機械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機電一體化設備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設備和器械，單片機都發(fā)揮了巨大作用。單片機也廣泛地應用于實時控制系統(tǒng)中，例如對下SID 卜各種窯爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。且單片機廣泛地應用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強控制功能。 隨著計算機技術的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應用，以及設備向小型化、智能化發(fā)展 ，作為高新技術之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強的生命力。 (3) 由于構成的應用系統(tǒng)是一個計算機系統(tǒng)，相當多的測控功能由軟件實現(xiàn)，故具有柔性特點。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 18 單片機在各個技術領域的迅猛發(fā)展，與單片機所構成的計算機應用系統(tǒng)的特點有關 : (1) 單片機構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。單片機特別適合于將其做到產(chǎn)品的內部 ，取代部分老式機械、電子零件或元器件。 由于單片機的集成度很高，它又具有體積小、質量輕、價格便宜、耗電少等突出特點，尤其耗電少，又可使供電電源體積小，質量輕。其實現(xiàn)手段采用嵌入方式，即嵌入到對象環(huán)境中作為一個智能控制單元。由于單片機特點顯著、功能突出，故在眾多領域中獲得廣泛應用。 單片機問世 30 多年來，從體系結構、運行速度、存儲形式、接口功能等方面都有了長足的發(fā)展。當被測信號很微弱時，就會被噪聲“淹沒”掉，導致很大的數(shù)據(jù)采集與處理誤差，可靠性降低，還可能造成系統(tǒng)失靈，甚至釀成重大事故。總之，不論在哪個應用領域，數(shù)據(jù)采集與處理越及時，工作效率、性能價格比就越高，取得的經(jīng)濟效益就越好。 隨著計算機技術、電磁兼容技術、傳感器技術和信息技術的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)也越來越得到了廣泛的應用。 為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉移指令、 I/0 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機作為測控領域中的一個主要機種，可靠的控制功能是其主要特點所在。 ，各得其所 單片機另一顯著特點是，高低檔并存，各得其所。在運行方式上增加了掉電保護和程序運行監(jiān)視系統(tǒng) (WATCHDOG)功能，大大提高了用單片機構成系統(tǒng)工作的可靠性。單片機在體系結構和指令系統(tǒng)方面都進行了針對性設計。它為傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的智能化改造和新產(chǎn)品的研發(fā)提供了有力支持和保障。 ，價格低 性能價格比是衡量一個電子系統(tǒng)的一項主要技術和經(jīng)濟指標，單片機集 CPU、存儲器和 I/0 功能于一身，像一塊集成電路一樣嵌入到系統(tǒng)中起著智能控制作用，但其價格像普通 IC 一樣低廉，電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的設計人員通常都把單片機定為首選部件作為控制核心。 總之，某一單片機內部究竟包括哪些特殊功能部件以及特殊功能部件的數(shù)量是和它的型號有關的。定時器、計數(shù)器用于產(chǎn)生定時脈沖，以實現(xiàn)單片機的定時控制 。通常，特殊功能部件包括 。串行 1/O 用于串行通信，它可以把單片機內部的并行 8 位數(shù)據(jù) (8 位機 )變成串行數(shù)據(jù)向外傳送，也可以串行接收外部送來的數(shù)據(jù)并把它們變成并行數(shù)據(jù)送給 CPU 處理。 RAM 存儲器主要用來存放實時數(shù)據(jù)或作為通用寄存器、數(shù)據(jù)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器之用?？觳列痛鎯ζ?(Flash型 ROM)具有 EPROM 的特點，又可在計算機內進行擦除和編程 ，它的讀取時間與DRAM 相似，而寫時間與磁盤驅動器相當。PROM 在擦除信息時無需從所用系統(tǒng)上拆卸下來，可以通過長途通訊線路對它進行遠距離擦除和再編程。 EPROM 型單片機內 部的程序存儲器是采用特殊 FAMOS 管構成的，程序一旦寫入，也可通過特殊手段加以修改。 無 ROM 型單片機特點是片內不集成 ROM 存儲器，故應用程序必須卿化到外接的 ROM 存儲器芯片中才能構成有完整功能的單片機應用系統(tǒng)。近年來又出現(xiàn)了 E39。為了提高系統(tǒng)的可靠性，應用程序通常固化在片內 ROM中。 1) ROM 存儲器 ROM 存儲器一般為 164K 字節(jié)，用于存放應用程序，故又稱為程 序存儲器。 存儲器 在單片機內部， ROM 和 RAM 存儲器是分開制造的。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 14 外 部 定 時軟 件系 統(tǒng) 時 鐘R O MC P U定 時 器 / 計 數(shù)器串 行 I / O并 行 I / OR A M 復 位中 斷電 源TT x DR x D 圖 22 單片機結構原理 中央處理器 CPU CPU是單片機的核心部件，它通常由圖 所示的運算器、控制器和中斷電路等器件組成。單片機全稱為單片微型機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器 (Microcontroller)。 所謂的單片機是指將上述微型計算機 3 個單元的多個分體中的主要功能用 1 個集成電路芯片來實現(xiàn)，使該芯片具有一個微型計算機的基本功能 .這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計算機，通常簡稱單片機。它們通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接起來，通過輸入 /輸出口線與外部設備及外圍芯片相連。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 13 2． 3 單片機的組成結構及性能特點 通常，一個微型計算機系統(tǒng)由微型計算機與外部設備組成，如圖 21所示。 （ 4） 致力于提高單片機綜合品質。早期單片機以通用型為主，隨著 市場的擴大、單片機設計、生產(chǎn)周期的縮短和成本的下降，推動了專用單片機的發(fā)展。單片機面向最底層的 電子技術應用，從玩具、小家電、工程控制單元到機器人、智能儀表、個人信息終端等，面對不同對象，推出適合不同領域要求的單片機系列。今天，世界上大的電氣公 司、半導體公司無不介入單片機產(chǎn)業(yè)，如菲利浦、西門子、三菱、東芝等，均介 入了單片機產(chǎn)業(yè)，并從中獲取了豐厚利潤。 微控制器百花齊放 當前生產(chǎn)的單片機稱為第四代單片機，其顯著特征是百花齊放、技術創(chuàng)新，以滿足日益增長需求。 （ 3）出現(xiàn)了為滿足我分布式系統(tǒng)、突出控制功能的現(xiàn)場總接線口，如 CANBUS（ Controller Area Network BUS）等。滿足模擬量輸入的 ADC，滿足伺服驅動的 PWM，滿足高速 I/O 口以及保證程序可靠運行的程序監(jiān)視定時器 WDT。除此之外，還有許多知名的其他單片機系列。為了滿足測控系統(tǒng)的嵌入式應用要求，這一階段單片機技術的主要發(fā)展方向是在片內增強了滿足測控對象要求的電路，從而形成了不同于 Single Chip Microputer 特點的微控制器。但 要面向測控對象，不僅要求有完善的計算機體系結構，還要求有許多面向測控對象的接口電路，如 ADC、 DAC、高速 I/O、計數(shù)器的捕捉與比較等，保證程序可靠運行的 WDT（程序監(jiān)視定時器），保證高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?DMA（直接存儲器存?。┑取r至今日，許多半導體廠家以 MCS—— 51 中的 8051 位核心，派生出許多新一代的 80C51 單片機系列，具有旺盛的生命力。有 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線以及多功 能的異步串行接口 USART（ Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）。有位操作指令、 I/O 管理指令及大量 的轉移指令。 （ 4） 設置位地址空間，提供位尋址及位操作功能。 （ 2） 尋址范圍規(guī)范為 16 位和 8 位的尋址空間。 MCS—— 51 是完全按照嵌入式應用而設計的單片機，在以下幾個重要技術方面完善了單片機的體系結構。隨后的任務是如何完善單片機 的體系結構，如何充分體現(xiàn)出嵌入式應用的特點。計算機單芯片集成探索成功，并正式命名為單片微型計算機（ Single Chip Microputer） 。專用 CPU 模式能充分滿足嵌入式應用的要求，成為后來單片機發(fā)展的主要體系結構模式；通用 CPU模式則與通用 CPU 構成的通用計算機兼容，應用系統(tǒng)開發(fā)方便，成為后來嵌入式微處理器的發(fā)展模式。 這一階段的目的在于探索單片形態(tài)計算機的體系結構。專門為嵌入式系統(tǒng)而設計，采用 CPU與 外圍電路的集成方式。它將通用 CPU、增強型的 6800+和 6875（時鐘）、 6810（ 128B RAM）、 2 6830（ 1KB ROM）、1/2 6821（并行 I/O）、 1/3 6840（定時器 /計數(shù)器）、 6850（串行 I/O）集成在一個芯片上，采用 6800CPU的指令系統(tǒng)。 （ 1） 通用 CPU模式。 由于工控領域對計算機提出了嵌入式應用要求，即要實現(xiàn)單芯片形態(tài)的計河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 10 算機，以滿足構成大量中小型智能化測控系統(tǒng)的要求。其發(fā)展階段大 致分為單片機探索階段、單片機完善階段、 MCU形成階段和 MCU完善階段。它的出現(xiàn)標志著計算機技術在工業(yè)領域中的應用開始走向完成與成熟。超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，通用 CPU 及其外圍電路技術的發(fā)展成熟，為單片機的誕生和發(fā)展提供了可能。特別是近 20 年