2.1 單片機的概述

2.1.1 單片機的定義

微型計算機的發展，促進了工業控制領域的進步。目前，已有各種各樣的微型計算機控制系統在工業中得到應用。一個微型計算機包括微處理器（CPU）、存放程序指令存儲器（ROM）和存放數據的存儲器（RAM）、輸入/輸出端口（I/O端口）及時鐘、計數器和中斷等。它們經過地址總線（Address Bus）、數據總線（Data Bus）和控制總線（Control Bus）的連接以及輸入/輸出端口與外圍設備連接，構成微機系統。由于單片微處理器集成了計算機的主要器件，所以把單片微處理器看做一個微型計算機，簡稱單片機（Single Chip Micro-computer）。

2.1.2 單片機的特點

單片機是微型計算機的一個重要分支，它是工業控制和智能化系統中應用最多的一種微機。它的最大特點是設計者可以根據自己的實際需要開發、設計一個單片機系統，更加方便、靈活，且成本低。

單片機就是計算機，由于計算機的特殊結構，其具有如下特點：

①體積小、重量輕。

②電源單一、功耗低（突出特點）。

許多單片機可在2.2V的電壓下工作，有的能在1.2V或0.9V電壓下工作，功耗降為μA級。

③功能強、價格低，有優異的性能價格比。

④全部集成在芯片上，布線短、合理、集成度高。

⑤數據大部分在單片機內傳遞，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高。

2.1.3 單片機的發展

單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，不僅能滿足很多應用場合的需要，而且具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價格低廉等特點，因此，在工業控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統、網絡系統、汽車工業、國防工業、高級計算器具、家用電器等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現有的多片微機應用系統，單片機的潛力越來越被人們所重視。特別是當前用CMOS工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大、抗干擾能力強、能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促進了單片機技術的發展。

單片機的發展主要經歷了3個階段（美國intel公司）。

第1階段（1971～1978年）：初級單片機階段，以MCS-48系列為代表。有4位、8位CPU，并行I/O口，8位定時器/計數器，無串行口，中斷處理比較簡單，RAM、ROM容量較小，尋址范圍不超過4KB。

第2階段（1978～1983年）：單片機普及階段，以MCS-51系列為代表。是8位CPU，片內RAM、ROM容量加大，片外尋址范圍可達64KB，增加了串行口，多級中斷處理系統，16位定時器/計數器。

第3階段（1983年以后）：16位單片機階段，以MCS-96系列為代表。是16位CPU，片內RAM、ROM容量進一步增大，增加了A-D和D-A轉換器，8級中斷處理功能，實時處理能力更強。它允許用戶采用面向工業控制的專用語言，如C語言等。

總之，單片機發展可歸結為以下幾個方面：

①增加字長，提高數據精度和處理的速度。

②改進制作工藝，提高單片機的整體性能。

③由復雜指令集CISC轉向簡單指令集RISC技術。

④多功能模塊集成技術，使一塊“嵌入式”芯片具有多種功能。

⑤微處理器與DSP技術相結合。

⑥融入高級語言的編譯程序。

⑥低電壓、寬電壓、低功耗。

目前，國際市場上8位、16位單片機系列已有很多，32位的單片機也已經進入了實用階段。隨著單片機技術的不斷發展，新型單片機還將不斷涌現，單片機技術正以驚人的速度向前發展著。

2.1.4 單片機的應用

單片機是在芯片上集成了微型計算機所需的CPU、存儲器、輸入/輸出部件和時鐘電路等。因此它具有體積小、使用靈活、成本低、易于產品化、抗干擾能力強、可在各種惡劣環境下可靠地工作等特點。特別是它應用面廣，控制能力強，使它在工業控制、智能儀表、外設控制、家用電器、機器人、軍事裝置等方面得到了廣泛的應用。單片機主要可用于以下幾方面：

1.家用電器

已廣泛應用于家用電器的自動控制中，如洗衣機、空調機、電冰箱、彩色電視機、錄像機、VCD、音響設備和手機等。單片機的使用提高了家用電器的性能和質量，降低了家用電器的生產成本和銷售價格。

2.智能卡

盡管目前使用的各種卡主要是磁卡和IC卡，但是，帶有CPU和存儲器的智能卡，已經并將日益廣泛用于金融、通信、信息、醫療保健、社會保險、教育、旅游、娛樂和交通等各個領域。

3.智能儀器儀表

單片機體積小、耗電少，被廣泛用于各類儀器儀表，如智能電表、智能流量計、氣體分析儀、智能電壓電流測試儀和智能醫療儀器等。單片機使儀器儀表走向了智能化和微型化，使儀器儀表的功能和可靠性大大提高。

4.網絡與通信

許多型號的單片機都有通信接口可方便地進行機間通信，也可方便地組成網絡系統，如單片機控制的無線遙控系統、列車無線通信系統和串行自動呼叫應答系統等。

5.工業控制

單片機可以構成各種工業測控系統、數據采集系統，如數控機床、汽車安全技術檢測系統、報警系統和生產過程自動控制等。