单片机工作过程.doc

单片机工作过程单片机工作过程编辑本段单片机的工作过程单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令） ，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器 PC（包含在 CPU 中） ，在开始执行程序时，给 PC 赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC 在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是 1、2 或 3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

单片机介绍 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit） ，常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳 早期的单片机都是 8 位或 4 位的其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。

目前，高端的 32 位单片机主频已经超过300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端[1]的型号也只有 10 美元当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上而在作为掌上电脑和核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用事实上单片机是世界上数量最多的计算机现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件 它是一种式实时控制计算机，式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别 单片机芯片单片机是靠程序运行的，并且可以修改通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的 CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。

一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十 K 的尺寸！对于家用 PC 的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行，家用PC 的也是承受不了的 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机它由主机、键盘、显示器等组成还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器） 顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型” ，如智能型洗衣机等现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。

究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上编辑本段单片机历史单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段单片机的基本结构单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成起初模型1.SCM 即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构 “创新模式”获得成功，奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展道路在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel 公司功不可没 Micro Controller Unit2.MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家从这一角度来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素在发展 MCU 方面，最著名的厂家当数 Philips 公司 Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将 MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。

因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记 Intel 和 Philips 的历史功绩嵌入式系统单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向 MCU 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了 SoC 化趋势随着微电子技术、IC 设计、EDA工具的发展，基于 SoC 的单片机应用系统设计会有较大的发展因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统单片机发展史[2] 1971 年 intel 公司研制出世界上第一个 4 位的微处理器；Intel 公司的霍夫研制成功世界上第一块 4 位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的 7 位科学家”之一 1971 年 11 月，Intel 推出 MCS-4 微型计算机系统（包括 4001 ROM 芯片、4002 RAM芯片、4003 移位寄存器芯片和 4004 微处理器 ）其中 4004（下图）包含 2300 个晶体管，尺寸规格为 3mm×4mm，计算性能远远超过当年的 ENIAC，最初售价为 200 美元。

1972 年 4 月，霍夫等人开发出第一个 8 位微处理器 Intel 8008由于 8008 采用的是 P 沟道MOS 微处理器，因此仍属第一代微处理器 1973 年 intel 公司研制出 8 位的微处理器 8080；1973 年 8 月，霍夫等人研制出 8 位微处理器 Intel 8080，以 N 沟道 MOS 电路取代了 P 沟道，第二代微处理器就此诞生 主频 2MHz 的 8080 芯片运算速度比 8008 快 10倍，可存取 64KB 存储器，使用了基于 6 微米技术的 6000 个晶体管，处理速度为 0.64MIPS（Million Instructions Per Second ） 1975 年 4 月，MITS 发布第一个通用型 Altair 8800，售价 375 美元，带有 1KB 存储器这是世界上第一台微型计算机 1976 年intel 公司研制出 MCS-48 系列 8 位的单片机，这也是单片机的问世Zilog 公司于 1976 年开发的 Z80 微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备当时，Zilog、Motorola 和 Intel 在微处理器领域三足鼎立。

20 世纪 80 年代初，Intel 公司在 MCS-48 系列单片机的基础上，推出了 MCS-51 系列 8 位高档单片机MCS-51 系列单片机无论是片内 RAM 容量，I/O 口功能，系统扩展方面都有了很大的提高编辑本段单片机的硬件特性1、单片机集成度高单片机包括 CPU、4KB 容量的 ROM（8031 无） 、128 B 容量的 RAM、 2 个 16 位定时/计数器、4 个 8 位并行口、全双工串口行口 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化; 3、单片机可靠性高，可工作到 10^6 ~10^7 小时无故障; 4、处理功能强，速度快编辑本段单片机的应用单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动。