单片机概论分析和总结.pdfVIP

第 1 章 单片机概论 1.1 单片机的特点及发展概况 单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展 使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个 重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展 , 并正在深深 地改变着我们的社会。 1.1.1 单片机——微控制器嵌入式应用的概念 1．单片机概述 所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器 CPU 、随机存储器 RAM 、只读存储器 ROM 、输入 / 输出接口电路、定时器 /计数器以及串行通信接口等集成在 一块芯片中， 构成一个完整的微型计算机。 因此单片机早期的含义为单片微型计算机 （single chip microcomputer ），直接译为单片机，并一直沿用至今。 由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是 应控制领域应用的要求而诞生的。随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测 控对象的接口电路，如 ADC 、DAC 、高速 I/O 口、PWM 、WDT 等。这些对外电路及外设 接口已经突破了微型计算机（ microcomputer ）传统的体系结构，所以更为确切反映单片机 本质的名称应是微控制器。 单片机是单芯片形态作为嵌入式应用的计算机，它有惟一的、专门为嵌入式应用而设 计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行 的特点，因此单片机又称之为嵌入式微控制器（ embedded micro controller ）。但是，在国内 单片机的叫法仍然有着普遍的意义。 我们已经把单片机理解为一个单芯片形态的微控制器， 它是一个典型的嵌入式应用计算机系统。目前按单片机内部数据通道的宽度，把它们分为 4 位、 8 位、 16 位及 32 位单片机。 2 ．单片机和微处理器 随着大规模与超大规模集成电路技术的快速发展，微计算机技术形成了两大分支：微 处理器（ micro processor unit ，MPU ）和单片机（ micro controller unit ，MCU ）。 微处理器 MPU 是微型计算机的核心部件，它的性能决定了微型计算机的性能。通用 2 单片机原理与接口技术 型的计算机已从早期的数值计算、数据处理发展到当今的人工智能阶段。它不仅可以处理 文字、字符、图形、图像等信息，而且还可以处理音频、视频等信息，并正向多媒体、人 工智能、数字模拟和仿真、网络通信等方向发展。它的存储容量和运算速度正在以惊人的 速度发展。高性能的 32 位、 64 位微型计算机系统正向中、大型计算机挑战。 单片机 MCU 主要用于控制领域。它构成的检测控制系统应该有实时的、快速的外部 响应，应该能迅速采集到大量数据，能在做出正确的逻辑推理和判断后实现对被控制对象 参数的调整与控制。 单片机的发展直接利用了 MPU 的成果， 也发展了 16 位、32 位的机型。 但它的发展方向是高性能、高可靠性、低功耗、低电压、低噪音和低成本。目前，单片机 的主流仍然是以 8 位机为主， 16 位、32 位机为辅。 单片机的发展主要还是表现在其接口和 性能不断满足多种多样检测控制对象的要求上，尤其突出表现在它的控制功能上，构成各 种专用的控制器和多机控制系统。 3 ．单片机和嵌入式系统 面向检测控制对象，嵌入到应用系统中去的计算机系统称之为嵌入式系统。实时性是 它的主要特征，对系统的物理尺寸、可靠性、重启动和故障恢复方面也有特殊的要求。由 于被嵌入对象的体系结构、应用环境等的要求，嵌入式计算机系统比通用的计算机系统 应用设计更为复杂，涉及面也更为广泛。从形式上可将嵌入式系统分为系统级、板级和芯 片级。 系统级嵌入式系统为各种类型的工