单片机是什么（新手必看）

嵌入式系统是目前电子系统设计最活跃的领域之一，具有广阔的市场前景。单片机作为嵌入式系统最典型的代表，在嵌入式系统产品中占有最大的份额，成为广大高校学生和电子工程技术人员学习和开发嵌入式系统的主流。由单片机开发的产品也广泛地应用到了家电、通信、工商业，以及航空、航天和军事方面。

单片机就是把中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器/计数器和各种输入/输出接口（I/O接口）等主要功能部件集成在一块集成电路板上的微型计算机。

所以，单片机实际上是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称。因为单片机在控制方面有重要应用，所以国际上通常将单片机称为微型控制器（Microcontroller Unit，MCU）。

单片机已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、机电设备、过程控制、自动检测等方面应用最广泛的微型计算机。

单片机的外形及内部组成

下图给出了 AT89S51 单片机的外形：


它有 40 个引脚，内部集成了 CPU、存储器和输入/输出接口等电路，其引脚排列如下图所示：


MCS−51 单片机的内部组成如下图所示：


下面介绍各部分的基本功能。

1) 中央处理器（CPU）

中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。

CPU 的结构非常复杂，但由于采用了 C语言来设计程序，在编写程序的时候就无须过多地了解它的结构和原理。MCS−51 单片机的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码的运算。

2) 内部数据存储器（128B RAM）

MCS−51 单片机中共有 256 个 RAM 单元。其中，后 128 个单元被专用寄存器占用，通常称为特殊功能寄存器；供用户使用的寄存器只有前 128 个单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前 128 个单元，简称内部 RAM。

3) 内部程序存储器（4KB ROM）

MCS−51 单片机共有 4KB 掩膜 ROM，用于存放程序或原始数据，因此称为程序存储器，简称内部 ROM。

4) 定时器/计数器

MCS−51 单片机共有两个 16 位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并通过定时或计数结果对计算机进行控制。

5) 可编程I/O口

MCS−51 单片机共有 4 个 8 位的 I/O口（P0、P1、P2、P3），通过编写程序可以实现数据的并行输入/输出，从而接收外部信号或输出控制信号。

6) 串行（通信）接口（简称串行口或串口）

MCS−51 单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步收发器使用，也可作为同步移位器使用。

7) 中断控制系统

当 CPU 执行正常的程序时，如果接收到一个中断请求（如定时时间到，需要鸣笛报警），中断控制系统马上会让 CPU 停止正在执行的程序，转而去执行程序存储器 ROM 中特定的某段程序，执行完成该段程序后再继续执行先前中断的程序。

MCS−51 单片机共有 5 个中断源，即 2 个外中断源、2 个定时器/计数器中断源和 1 个串行中断源。

8) 时钟电路

时钟电路产生时钟信号并送至单片机内部各电路，控制这些电路，使它们有节拍地工作。时钟信号频率越高，内部电路工作速度越快。

MCS−51 单片机的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接，系统允许的晶振频率一般为 6~12MHz。

从上述内容可以看出，虽然 MCS−51 是一个单片机芯片，但是作为计算机应该具有的基本部件它都包括。因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。

单片机的应用

目前单片机已经应用到生活的各个领域。导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信与数据传输、工业自动化过程的实时控制与数据处理、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、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等，这些都离不开单片机。

1) 在智能仪器仪表中的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。结合不同类型的传感器，可实现如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度和压力等物理量的测量。

采用单片机控制可以使得仪器仪表数字化、智能化和微型化，其功能比电子或数字电路的仪器仪表更加强大。

2) 在智能化家用电器中的应用

各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，进行升级换代，如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲和各种视听设备等。

3) 在工业控制中的应用

工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，如各种测控系统、过程控制、机电一体化和 PLC 等。在化工、建筑、冶金等工业领域都要用到单片机控制。

4) 在商业营销设备中的应用

在商业营销系统中已广泛使用的电子秤、收款机、条形码阅读器、IC 卡刷卡机、出租车计价器，以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等都采用了单片机控制。

5) 在汽车电子产品中的应用

现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。

6) 在航空、航天和军事中的应用

航天测控系统、航空导航系统、卫星遥控/遥测系统、载人航天系统、导弹制导系统和电子对抗系统等都采用了单片机进行控制。

单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的是，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。

例如，以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现，即人们所说的“软件就是硬件”。以前自动控制中的 PID 调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。

这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控技术将不断发展完善。