2.1 单片机的概述

2.1.1 单片机的定义

微型计算机的发展，促进了工业控制领域的进步。目前，已有各种各样的微型计算机控制系统在工业中得到应用。一个微型计算机包括微处理器（CPU）、存放程序指令存储器（ROM）和存放数据的存储器（RAM）、输入/输出端口（I/O端口）及时钟、计数器和中断等。它们经过地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）的连接以及输入/输出端口与外围设备连接，构成微机系统。由于单片微处理器集成了计算机的主要器件，所以把单片微处理器看做一个微型计算机，简称单片机（Single Chip Micro-computer）。

2.1.2 单片机的特点

单片机是微型计算机的一个重要分支，它是工业控制和智能化系统中应用最多的一种微机。它的最大特点是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，更加方便、灵活，且成本低。

单片机就是计算机，由于计算机的特殊结构，其具有如下特点：

①体积小、重量轻。

②电源单一、功耗低（突出特点）。

许多单片机可在2.2V的电压下工作，有的能在1.2V或0.9V电压下工作，功耗降为μA级。

③功能强、价格低，有优异的性能价格比。

④全部集成在芯片上，布线短、合理、集成度高。

⑤数据大部分在单片机内传递，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。

2.1.3 单片机的发展

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，不仅能满足很多应用场合的需要，而且具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、网络系统、汽车工业、国防工业、高级计算器具、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统，单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大、抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促进了单片机技术的发展。

单片机的发展主要经历了3个阶段（美国intel公司）。

第1阶段（1971～1978年）：初级单片机阶段，以MCS-48系列为代表。有4位、8位CPU，并行I/O口，8位定时器/计数器，无串行口，中断处理比较简单，RAM、ROM容量较小，寻址范围不超过4KB。

第2阶段（1978～1983年）：单片机普及阶段，以MCS-51系列为代表。是8位CPU，片内RAM、ROM容量加大，片外寻址范围可达64KB，增加了串行口，多级中断处理系统，16位定时器/计数器。

第3阶段（1983年以后）：16位单片机阶段，以MCS-96系列为代表。是16位CPU，片内RAM、ROM容量进一步增大，增加了A-D和D-A转换器，8级中断处理功能，实时处理能力更强。它允许用户采用面向工业控制的专用语言，如C语言等。

总之，单片机发展可归结为以下几个方面：

①增加字长，提高数据精度和处理的速度。

②改进制作工艺，提高单片机的整体性能。

③由复杂指令集CISC转向简单指令集RISC技术。

④多功能模块集成技术，使一块“嵌入式”芯片具有多种功能。

⑤微处理器与DSP技术相结合。

⑥融入高级语言的编译程序。

⑥低电压、宽电压、低功耗。

目前，国际市场上8位、16位单片机系列已有很多，32位的单片机也已经进入了实用阶段。随着单片机技术的不断发展，新型单片机还将不断涌现，单片机技术正以惊人的速度向前发展着。

2.1.4 单片机的应用

单片机是在芯片上集成了微型计算机所需的CPU、存储器、输入/输出部件和时钟电路等。因此它具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠地工作等特点。特别是它应用面广，控制能力强，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用。单片机主要可用于以下几方面：

1.家用电器

已广泛应用于家用电器的自动控制中，如洗衣机、空调机、电冰箱、彩色电视机、录像机、VCD、音响设备和手机等。单片机的使用提高了家用电器的性能和质量，降低了家用电器的生产成本和销售价格。

2.智能卡

尽管目前使用的各种卡主要是磁卡和IC卡，但是，带有CPU和存储器的智能卡，已经并将日益广泛用于金融、通信、信息、医疗保健、社会保险、教育、旅游、娱乐和交通等各个领域。

3.智能仪器仪表

单片机体积小、耗电少，被广泛用于各类仪器仪表，如智能电表、智能流量计、气体分析仪、智能电压电流测试仪和智能医疗仪器等。单片机使仪器仪表走向了智能化和微型化，使仪器仪表的功能和可靠性大大提高。

4.网络与通信

许多型号的单片机都有通信接口可方便地进行机间通信，也可方便地组成网络系统，如单片机控制的无线遥控系统、列车无线通信系统和串行自动呼叫应答系统等。

5.工业控制

单片机可以构成各种工业测控系统、数据采集系统，如数控机床、汽车安全技术检测系统、报警系统和生产过程自动控制等。