單片機(jī)概述

單片機(jī)(Single-Chip Microcomputer)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。

單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)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(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。 [1] 從二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始，單片機(jī)技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，隨著時(shí)代的進(jìn)步與科技的發(fā)展，目前該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用日漸成熟，單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，人們?cè)絹?lái)越重視單片機(jī)在智能電子技術(shù)方面的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入到新的時(shí)期，無(wú)論是自動(dòng)測(cè)量還是智能儀表的實(shí)踐，都能看到單片機(jī)技術(shù)的身影。當(dāng)前工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，電子行業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)，工業(yè)生產(chǎn)中人們將電子信息技術(shù)成功運(yùn)用，讓電子信息技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)相融合，有效提高了單片機(jī)應(yīng)用效果。作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一個(gè)分支，單片機(jī)技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用，豐富了電子產(chǎn)品的功能，也為智能化電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新的出路，實(shí)現(xiàn)了智能化電子設(shè)備的創(chuàng)新與發(fā)展。 [2] 單片機(jī)也被稱(chēng)為單片微控器，屬于一種集成式電路芯片。在單片機(jī)中主要包含CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM等，多樣化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)能夠讓單片機(jī)完成各項(xiàng)復(fù)雜的運(yùn)算，無(wú)論是對(duì)運(yùn)算符號(hào)進(jìn)行控制，還是對(duì)系統(tǒng)下達(dá)運(yùn)算指令都能通過(guò)單片機(jī)完成。 由此可見(jiàn)，單片機(jī)憑借著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和計(jì)算功能可以在智能電子設(shè)備中充分應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說(shuō)，單片機(jī)就是一塊芯片，這塊芯片組成了一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)集成電路技術(shù)的應(yīng)用，將數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力集成到芯片中，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高速化處理。

(1)單片機(jī)的體積比較小， 內(nèi)部芯片作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是功能完善，使用起來(lái)十分方便，可以模塊化應(yīng)用。(2)單片機(jī)有著較高的集成度，可靠性比較強(qiáng)，即使單片機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間的工作也不會(huì)存在故障問(wèn)題。(3) 單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)低電壓、低能耗，是人們?cè)谌粘Ｉ钪械氖滓x擇， 為生產(chǎn)與研發(fā)提供便利。(4)單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力和運(yùn)算能力較強(qiáng)，可以在各種環(huán)境中應(yīng)用，且有著較強(qiáng)的控制能力。

(1)累加器A累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù);運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。(2)數(shù)據(jù)寄存器DR數(shù)據(jù)寄存器通過(guò)數(shù)據(jù)總線向存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備送(寫(xiě))或取(讀)數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等等。(3)指令寄存器IR和指令譯碼器ID指令包括操作碼和操作數(shù)。指令寄存器是用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時(shí)，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。(4)程序計(jì)數(shù)器PCPC用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱(chēng)為指令地址計(jì)數(shù)器。在程序開(kāi)始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址(即程序的首地址)送入PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。(5)地址寄存器AR地址寄存器用于保存當(dāng)前CPU所要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來(lái)保持地址信息，直到內(nèi)存讀/寫(xiě)操作完成為止。