單片機簡介

單片機，全稱單片微型計算機（英語：Single-Chip Microcomputer），又稱微控制器（Microcontroller），是把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器（Timer/Counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。

單片機的種類

1、4位單片機

4位單片機結(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機用的輸入裝置（鼠標、游戲桿）、電池充電器、遙控器、電子玩具、小家電等。 2. 8位單片機。

2、8位單片機

8位單片機是目前品種最為豐富、應(yīng)用最為廣泛的單片機，目前，8位單片機主要分為51系列及和非51系列單片機。51系列單片機以其典型的結(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”。

3、16位單片機

16位單片機操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比8位機有較大提高。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。

4、32位單片機

與51單片機相比，32位單片機運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位單片機并駕齊驅(qū)。32位單片機主要由ARM公司研制，因此，提及32位單片機，一般均指ARM單片機。嚴格來說，ARM不是單片機，而是一種32位處理器內(nèi)核，實際中使用的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。

單片機硬件特性

1、主流單片機包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；

3、單片機可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時無故障；

4、處理功能強，速度快。

5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品

6、控制功能強

7、環(huán)境適應(yīng)能力強。

單片機原理

單片機主要由運算器、控制器和寄存器三大部分構(gòu)成。其中，運算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、寄存器等構(gòu)成，首先累加器和寄存器向ALU輸入兩個8位源數(shù)據(jù)，其次ALU完成源數(shù)據(jù)的邏輯運算，最后將運算結(jié)果存入寄存器中;控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等構(gòu)成，是一個下達命令的“組織”，用于協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)各部分之間的運作;寄存器主要有累加器A、數(shù)據(jù)寄存器DR、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、程序計數(shù)器PC、地址寄存器AR等。

在微處理器內(nèi)部運算器、控制器、寄存器之間是相互連接的，由控制器向各部分發(fā)布操作命令，運算器接到命令后進行相應(yīng)運算，并將運算后結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器中。

8位單片機和16位單片機的區(qū)別

8位單片機的數(shù)據(jù)總線寬度為8位，通常直接只能處理8位數(shù)據(jù)；

16位單片機的數(shù)據(jù)總線寬度為16位，通常可直接處理8位或16位數(shù)據(jù)。

最本質(zhì)的區(qū)別是內(nèi)部CPU的字長不同，即CPU處理數(shù)據(jù)的最大位數(shù)不同，有8位和16位CPU的區(qū)別，你可以認為是ALU、寄存器的字長等。有的32位DSP芯片其外部接口數(shù)據(jù)總線是16位的，根據(jù)這個來判斷是不行的

速度上有區(qū)別，取決于CPU、寄存器的字長。8位單片機不能直接處理16位數(shù)據(jù)，要按照8位數(shù)據(jù)來處理，要分幾個過程來完成。而16位單片機，可直接處理16們數(shù)據(jù)，因為其ALU，寄存器等都是16位的，可一次完成8位單片機要多步完成的動作，特別是對于數(shù)據(jù)處理，16位單片機有它的優(yōu)勢。而且16位單片機大多數(shù)據(jù)接口都為16位。

說簡單了就是16位的比8位快，8位的單片機發(fā)展時間長，且價格偏低。最重要的是在許多的應(yīng)用場合能夠勝任開發(fā)的任務(wù)。16位的單片機在功能上要比8位的強大很多，只在需要的場合使用。

根據(jù)二進制來解釋，你是否知道單片機在進行計算的時候統(tǒng)統(tǒng)是2進制數(shù)的運算。所以8位單片機和16位單片機的最根本區(qū)別就是，8位單片機可以同時進行2個8位的2進制數(shù)相加，而16位單片機則大一倍，可以同時讓2個16位的2進制數(shù)相加。

CPU能同時處理二進制數(shù)的位數(shù)是多少位，就稱其是多少位的計算機。也有數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是CPU位數(shù)的一半的情況，就稱其是準多少位的計算機。比如CPU是16位，數(shù)據(jù)總線也是16位，則是16位計算機；CPU是16位，數(shù)據(jù)總線也是8位，則是準16位計算機。

原來是16位單片機想改用8位的替代是可以的，但電路及程序都要做相應(yīng)改變，并且改為8位機后，在功能和速度上要能夠滿足你工作的需要才行。

單片機的應(yīng)用

1）在儀器儀表領(lǐng)域，一旦采用單片機對其進行控制，便使得儀器儀表變得數(shù)字化、智能化、微型化，且其功能更加強大;

2）在家用電器領(lǐng)域，已廣泛實現(xiàn)了家用電器的單片機控制，如電飯煲、電冰箱、空調(diào)、彩電、音響等等;

3）在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，手機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)等等都已實現(xiàn)了單片機控制，且單片機普遍具備通信接口，使得通信設(shè)備可以方便地與計算機之間進行數(shù)據(jù)通信;

4）在工業(yè)控制領(lǐng)域，可以使用單片機構(gòu)成多種多樣的控制系統(tǒng)，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)、與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等;

5）在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，單片機也極大的實現(xiàn)了它的價值，已廣泛應(yīng)用于各種分析儀、監(jiān)護儀、病床呼叫系統(tǒng)、醫(yī)用呼吸機等醫(yī)療設(shè)備中;

6）在模塊化系統(tǒng)中，可利用單片機實現(xiàn)特定功能，進行模塊化應(yīng)用，而不要求操作人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣做大大地縮小了體積、簡化了電路，也降低了損壞率、錯誤率;

7）在汽車電子領(lǐng)域，單片機已廣泛應(yīng)用于發(fā)動機控制器、GPS導航系統(tǒng)、ABS防抱死系統(tǒng)、制動系統(tǒng)中;

8）除上述應(yīng)用外，單片機在工商、金融、教育、物流等領(lǐng)域都或多或少的發(fā)揮了其本身的作用