單片機(jī)小論文

1、單片機(jī)小論文一.單片機(jī)的發(fā)展史單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit)，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早 是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為使更多 的業(yè)內(nèi)人士、學(xué)生、愛好者，產(chǎn)品開發(fā)人員掌握單片機(jī)這門技術(shù)，于是產(chǎn)生單片 機(jī)開發(fā)板，比較有名的例如電子人DZR-01A單片機(jī)開發(fā)板。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成 在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控 制設(shè)備當(dāng)中INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從

2、此以后，單 片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為 簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了 MCS51系列單 片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng) 域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很廣泛 的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨 著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了 飛速提高，處理能力比起80

3、年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻 已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格 跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸 機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī) 上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows和Linux操作系統(tǒng)。是的單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng) 用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件 電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩 具、掌上電腦

4、以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個人電腦中也會有 為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系 統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過pc機(jī)和其 他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)，和計算機(jī)相比，單 片機(jī)只缺少了 I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、 質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片 機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)

5、歷了 SCM、MCU、SoC三大階段。單片機(jī) 作為微型計算機(jī)的一個重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今， 已發(fā)展為上百種系列的近千個機(jī)種。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā) 展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和 外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。關(guān)鍵詞 微型計算機(jī)8位單片機(jī) 發(fā)展趨勢SCM即單片微型計算機(jī)(Single Chip Microcomputer)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(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定 了 SCM與通用計算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel公司功不可沒。(2)

6、MCU即微控制器(Micro Controller Unit)階段，主 要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)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(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相 關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)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(dāng)數(shù)Philips公司Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51 從單片微型計算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)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。(3)單片機(jī)是嵌入

7、式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā) 展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決； 因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、 EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單 片機(jī)的理解可以從單片微型計算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。二、以 8位單片機(jī)為起點(diǎn)(1)第一階段(1976-1978)：單片機(jī)的控索階段。以Intel公司的MCS - 48為代表。MCS - 48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有 Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片” 一詞即由此而來。

8、第二階段(1978-1982)單片機(jī)的完善階段Intel公司在MCS - 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS -51。它在以下幾個方面奠定了 典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線 及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。CPU外圍功能單元的集中管理模式。體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段(1982-1990)： 8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出 階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段Intel公司推出的MCS

9、- 96系列單 片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入 片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS - 51系列的廣應(yīng)用，許多電氣 廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多 通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng) 化了智能控制的特征。第四階段(1990)：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個 領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16 位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。二.單片機(jī)的分類1.1單片機(jī)作為計算機(jī)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的

10、分類方法。根 據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非 總線型及工控型/家電型。1.1.1通用型/專用型這是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種 專用途設(shè)計的；專用型單片機(jī)是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例 如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電 路?？偩€型/非總線型這是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址 總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片 機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因 此在許多情況

11、下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類 單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)?？刂菩?家電型這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大， 運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和 外設(shè)接口集成度高。顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機(jī)既是通用型又是 總線型，還可以作工控用。1.2單片機(jī)的種類繁多，一般按單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)進(jìn)行分類，主要分為4 位、8位、16位和32位單片機(jī)。4位單片機(jī)4位單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合用于控制單一的小型電子類產(chǎn)品，如PC機(jī)用的輸入裝置（鼠標(biāo)、游戲桿）、電池充電器、遙控器、

12、電子玩具、小家電等。8位單片機(jī)8位單片機(jī)是目前品種最為豐富、應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)，目前，8位單片 機(jī)主要分為51系列及和非51系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)以其典型的結(jié)構(gòu)，眾多的邏輯位操作功能，以及豐富的指令系 統(tǒng)，堪稱一代“名機(jī)”，目前，主要生產(chǎn)廠商有Atmel （愛特梅爾）、Philips （飛利浦）、Winbond （華邦）等。非51系列單片機(jī)在中國應(yīng)用較廣的有Microchip微芯）的PIC單片機(jī)、Atmel 的AVR單片機(jī)、義隆EM78系列，以及Motorola （摩托羅拉）的68HC05/11/12 系列單片機(jī)等。16位單片機(jī)16位單片機(jī)操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比8位機(jī)有較大提高

13、。目前， 應(yīng)用較多的有TI的MSP430系列、凌陽SPCE061A系列、Motorola的68HC16系 列、Intel 的 MCS-96/196 系列等。32位單片機(jī)與51單片機(jī)相比，32位單片機(jī)運(yùn)行速度和功能大幅提高，隨著技術(shù)的發(fā)展 以及價格的下降，將會與8位單片機(jī)并駕齊驅(qū)。32位單片機(jī)主要由ARM公司研制，因此，提及32位單片機(jī)，一般均指ARM 單片機(jī)。嚴(yán)格來說，ARM不是單片機(jī)，而是一種32位處理器內(nèi)核（主要有ARM7、ARM9、 ARM9E、ARM10等），它由英國ARM公司開發(fā)，但ARM公司自己并不生產(chǎn)芯片， 而是由授權(quán)的芯片廠商如Samsung （三星）、Philips （飛利浦

14、）、Atmel （愛特 梅爾）、Intel （英特爾）等制造，芯片廠商可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功 能的調(diào)整，因此，實(shí)際中使用的ARM芯片有很多型號，常見的ARM芯片主要有飛 利浦的LPC2000系列、三星的S3C/S3F/S3P系列等。三.單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)使用范圍廣，在各種儀器儀表生產(chǎn)單位、石油、化工，紡織、機(jī)械 的加工等各個行業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用.目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī) 的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳 輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用 豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象

15、機(jī)、攝象機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩 具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智 能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用 與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的 智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：在工業(yè)控制中的應(yīng)用工業(yè)自動化控制是最早采用單片機(jī)控制的領(lǐng)域之一，在測控系統(tǒng)、過程控制、 機(jī)電一體化設(shè)備中主要利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)通 信等用途。單獨(dú)使用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一些小規(guī)模的控制功能，作為底層檢測、控 制單元與上位計算機(jī)結(jié)合可以組成大

16、規(guī)模工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。特別在機(jī)電一體 化技術(shù)中，單排年級的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其更容易發(fā)揮其集機(jī)械、微電子和計算機(jī)技術(shù) 于一體的優(yōu)勢。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(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。在智能儀器中的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等 優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)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(jī)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(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分 析儀）

17、。在家用電器中的應(yīng)用單片機(jī)功能完善、體積小、價格廉、易于嵌入，非常適合于對家用電器的控 制。嵌入單片機(jī)的家用電器實(shí)現(xiàn)了智能化，是傳統(tǒng)型家用電器的更新?lián)Q代，現(xiàn)已 廣泛應(yīng)用于洗衣機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、視盤機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種 試聽設(shè)備等。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本 上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、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(jī)等。在辦公自動化設(shè)備中的應(yīng)用

18、現(xiàn)在辦公自動化設(shè)備中大多數(shù)嵌入了單片機(jī)控制核心。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、 傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)及電話等。通過單片機(jī)控制不但可以完成設(shè)備的基本功 能，還可以實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。在商業(yè)營銷設(shè)備中的應(yīng)用在商業(yè)營銷系統(tǒng)中單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于電子秤、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC 卡刷卡機(jī)、出租車計價器以及倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、 冷凍保險系統(tǒng)等。在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)施及醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如在醫(yī)用呼吸機(jī)、各 種分析儀、醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)中都得到了實(shí)際應(yīng)用。在汽車電子產(chǎn)品中的應(yīng)用現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和 運(yùn)行監(jiān)視器等裝置中都離不開單片機(jī)。特別是采用現(xiàn)場總線的汽車控制系統(tǒng)中， 以單片機(jī)擔(dān)當(dāng)核心的節(jié)點(diǎn)通過協(xié)調(diào)、高效的數(shù)據(jù)傳送不僅完成了復(fù)雜的控制功 能，而且簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。四.單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)例本例介紹一種用LED制作的電腦電子鐘(電腦萬年歷)。原理圖如下圖所示：7DA有LIZHUH 二t：6 二 zapEL0P 1 415 fEDISPLAY UHETD51820IC 1 gg20i.UJ】：j;Ei =22uTP32P37 EMDF30P 1 P12 PH P 1 2