單片機簡介

單片機是一種集成電路芯片。它采用超大規模技術將具有數據處理能力的微處理器(CPU)、存儲器（含程序存儲器ROM和數據存儲器RAM）、輸入、輸出接口電路(I/O接口)集成在同一塊芯片上，構成一個即小巧又很完善的計算機硬件系統，在單片機程序的控制下能準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規定的任務。所以說，一片單片機芯片就具有了組成計算機的全部功能。

由此來看，單片機有著一般微處理器（CPU）芯片所不具備的功能，它可單獨地完成現代工業控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。

然而單片機又不同于單板機（一種將微處理器芯片、存儲器芯片、輸入輸出接口芯片安裝在同一塊印制電路板上的微型計算機），單片機芯片在沒有開發前，它只是具備功能極強的超大規模集成電路，如果對它進行應用開發，它便是一個小型的微型計算機控制系統，但它與單板機或個人電腦(PC機)有著本質的區別。

單片機的應用屬于芯片級應用，需要用戶（單片機學習者與使用者）了解單片機芯片的結構和指令系統以及其它集成電路應用技術和系統設計所需要的理論和技術，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使該芯片具備特定的功能。

不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內部結構，用戶要使用某種單片機，必須了解該型產品是否滿足需要的功能和應用系統所要求的特性指標。這里的技術特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產廠商的技術手冊中得到。軟件特征是指指令系統特性和開發支持環境，指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，數據處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發支持的環境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可支持開發應用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機開發自己的應用系統，掌握其結構特征和技術特征是必須的。

單片機控制系統能夠取代以前利用復雜電子線路或數字電路構成的控制系統，可以以軟件控制來實現，并能夠實現智能化，現在單片機控制范疇無所不在，例如通信產品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應用領域越來越廣泛。

誠然，單片機的應用意義遠不限于它的應用范疇或由此帶來的經濟效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統的控制方法和設計思想。是控制技術的一次革命，是一座重要的里程碑。

單片機發展概述

1946年第一臺電子計算機誕生至今，依靠微電子技術和半導體技術的進步，從電子管——晶體管——集成電路——大規模集成電路，使得計算機體積更小，功能更強。特別是近20年時間里，計算機技術獲得飛速的發展，計算機在工農業，科研，教育，國防和航空航天領域獲得了廣泛的應用，計算機技術已經是一個國家現代科技水平的重要標志。

單片機誕生于20世紀70年代，象Fairchild公司研制的F8單片微型計算機。所謂單片機是利用大規模集成電路技術把中央處理單元(Center Processing Unit,也即常稱的CPU)和數據存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)及其他I/O通信口集成在一塊芯片上，構成一個最小的計算機系統，而現代的單片機則加上了中斷單元，定時單元及A/D轉換等更復雜、更完善的電路，使得單片機的功能越來越強大，應用更廣泛。

20世紀70年代，微電子技術正處于發展階段，集成電路屬于中規模發展時期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機仍處在初級的發展階段，元件集成規模還比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，象Fairchild公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構成完整的計算系統。類似的單片機還有Zilog公司的Z80微處理器。

1976年INTEL公司推出了MCS-48單片機，這個時期的單片機才是真正的8位單片微型計算機，并推向市場。它以體積小，功能全，價格低贏得了廣泛的應用，為單片機的發展奠定了基礎，成為單片機發展史上重要的里程碑。

在MCS-48的帶領下，其后，各大半導體公司相繼研制和發展了自己的單片機，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，單片機已發展到了高性能階段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司NEC和HITACHI都相繼開發了具有自己特色的專用單片機。

80年代，世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機，約有幾十個系列，300多個品種，此時的單片機均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、數目繁多的I/O接口、多種中斷系統，甚至還有一些帶A/D轉換器的單片機，功能越來越強大，RAM和ROM的容量也越來越大，尋址空間甚至可達64kB，可以說，單片機發展到了一個新的平臺．

單片機誕生于20世紀70年代末，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段。

      1.SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。“創新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。

      2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統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。它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的廠家當數Philips公司。

      Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。

      3.單片機是嵌入式系統的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基于SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統