單片機(jī) 又名：MCU

　　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)。

概述

　　單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學(xué)生、愛(ài)好者，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員掌握單片機(jī)這門(mén)技術(shù)，于是產(chǎn)生單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，比較有名的例如電子人DZR-01A單片機(jī)開(kāi)發(fā)板。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。

　　早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。

　　單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。

　　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)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可，用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影，它主要是作為控制部分的核心部件。

　　它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。

　　單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！

　　由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。

　　可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱(chēng)微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(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。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。

分類(lèi)

　　單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個(gè)較科學(xué)的分類(lèi)方法。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專(zhuān)用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。

　　（1） 通用型/專(zhuān)用型 這是按單片機(jī)適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專(zhuān)用途設(shè)計(jì)的；專(zhuān)用型單片機(jī)是針對(duì)一類(lèi)產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。

　　（2） 總線型/非總線型 這是按單片機(jī)是否提供并行總線來(lái)區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過(guò)串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類(lèi)單片機(jī)稱(chēng)為非總線型單片機(jī)。

　　（3） 控制型/家電型 這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算 能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專(zhuān)用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類(lèi)并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類(lèi)單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。

　　工作過(guò)程

　　單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過(guò)程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，即一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫(xiě)下來(lái)，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類(lèi)的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件——存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱(chēng)為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。

　　程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC（包含在CPU中），在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC之中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長(zhǎng)度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。

歷史

　　單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。

　　單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

　　單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。

　　起初模型

　　1.SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。

　　2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。

　　Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。

　　嵌入式系統(tǒng)

　　單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專(zhuān)用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。

　　單片機(jī)發(fā)展史

　　1971年intel公司研制出世界上第一個(gè)4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開(kāi)始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來(lái)最有影響力的7位科學(xué)家”之一。

　　1971年11月，Intel推出MCS-4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器 ）其中4004（下圖）包含2300個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。

　　1972年4月，霍夫等人開(kāi)發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。

　　1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。

　　主頻2MHz的8080芯片運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲(chǔ)器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。

　　1975年4月，MITS發(fā)布第一個(gè)通用型Altair 8800，售價(jià)375美元，帶有1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。

　　1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問(wèn)世。

　　Zilog公司于1976年開(kāi)發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。

　　20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)無(wú)論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。

　　硬件特性

　　1、單片機(jī)集成度高。單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM（8031 無(wú)）、128 B容量的RAM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口。

　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；

　　3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無(wú)故障；

　　4、處理功能強(qiáng)，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(qiáng)

開(kāi)發(fā)

　　單片機(jī)開(kāi)發(fā)是指使用微控制器（單片機(jī)）進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的過(guò)程。單片機(jī)是一種集成了處理器核心、存儲(chǔ)器及輸入/輸出接口的小型計(jì)算機(jī)，常用于嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)實(shí)時(shí)操作和交互進(jìn)行控制。以下是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的一些關(guān)鍵步驟和考慮因素：

　　1、選擇合適的單片機(jī)：

　　根據(jù)項(xiàng)目需求，選擇具有合適性能、功耗、成本、外設(shè)接口及軟件支持的單片機(jī)。

　　常見(jiàn)的單片機(jī)有8051、AVR、PIC、MSP430、ARM Cortex系列等。

　　2、學(xué)習(xí)和設(shè)置開(kāi)發(fā)環(huán)境：

　　安裝單片機(jī)對(duì)應(yīng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），如Keil、IAR、Atmel Studio、MPLAB X等。

　　配置編譯器、鏈接器、調(diào)試器等工具。

　　3、硬件設(shè)計(jì)：

　　設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍電路，包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及與外設(shè)的接口電路。

　　使用原理圖設(shè)計(jì)軟件（如Altium Designer、Eagle）繪制電路圖。

　　制作或購(gòu)買(mǎi)開(kāi)發(fā)板用于原型開(kāi)發(fā)。

　　4、軟件編程：

　　使用C、C++或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)程序。

　　實(shí)現(xiàn)初始化代碼、主循環(huán)、中斷服務(wù)程序等。

　　編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序以控制外設(shè)，如LED、按鍵、傳感器、 通信 模塊等。

　　5、調(diào)試與測(cè)試：

　　使用調(diào)試器進(jìn)行單步執(zhí)行、斷點(diǎn)設(shè)置、變量監(jiān)視等。

　　使用示波器、邏輯分析儀等工具監(jiān)測(cè)硬件信號(hào)。

　　進(jìn)行功能測(cè)試、性能測(cè)試及穩(wěn)定性測(cè)試。

　　6、固件燒寫(xiě)與部署：

　　將編譯后的固件燒錄到單片機(jī)中。

　　配置啟動(dòng)參數(shù)，確保單片機(jī)能夠正確啟動(dòng)并運(yùn)行。

　　7、文檔與維護(hù)：

　　編寫(xiě)開(kāi)發(fā)文檔，包括硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明、軟件架構(gòu)、接口協(xié)議等。

　　提供用戶手冊(cè)或API文檔，方便后續(xù)開(kāi)發(fā)或維護(hù)。

　　8、持續(xù)學(xué)習(xí)與更新：

　　跟蹤單片機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展，學(xué)習(xí)新的編程技巧和算法。

　　參與社區(qū)交流，分享經(jīng)驗(yàn)并尋求幫助。

　　在進(jìn)行單片機(jī)開(kāi)發(fā)時(shí)，還需要注意以下幾點(diǎn)：

　　功耗管理：優(yōu)化代碼以降低功耗，特別是在便攜式設(shè)備中。

　　安全性：確保程序安全，防止惡意攻擊或數(shù)據(jù)泄露。

　　可維護(hù)性：編寫(xiě)清晰、可讀的代碼，方便后續(xù)維護(hù)和升級(jí)。

　　成本控制：在滿足性能需求的前提下，盡量降低硬件和軟件成本。

應(yīng)用

　　目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。

　　單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：

　　1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用

　　單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。

　　2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用

　　用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。

　　3.在家用電器中的應(yīng)用

　　可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在。

　　4.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。

　　5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。

　　6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用

　　某些專(zhuān)用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類(lèi)似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類(lèi)似于聲卡）。

　　在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。

　　7.單片機(jī)在汽車(chē)設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　單片機(jī)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。

　　此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。

單片機(jī)軟件抗干擾方法

　　在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來(lái)越受到重視。下面以MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)為例，對(duì)微機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾方法進(jìn)行研究。

　　1 軟件抗干擾方法的研究

　　在工程實(shí)踐中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是：一、消除模擬輸入信號(hào)的噪聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）；二、程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。本文針對(duì)后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。

　　1.1 指令冗余

　　CPU取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令，若取指令時(shí)刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)機(jī)率更大。

　　在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)稱(chēng)為指令冗余。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的NOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動(dòng)納入正軌。

　　此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。

　　1.2 攔截技術(shù)

　　所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。通常用軟件陷阱來(lái)攔截亂飛的程序。因此先要合理設(shè)計(jì)陷阱，其次要將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

　?。? ）軟件陷阱的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用。通過(guò)軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱：

　　NOPNOPLJMP 0000H其機(jī)器碼為0000020000。

　?。? ） 陷阱的安排

　　通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最后一條應(yīng)填入020000，當(dāng)亂飛程序落到此區(qū)，即可自動(dòng)入軌。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。如某應(yīng)用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務(wù)程序可為如下形式：

　　NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運(yùn)行。

　　考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2-3個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截。

　　1.3軟件“看門(mén)狗”技術(shù)

　　若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門(mén)狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。

　　“看門(mén)狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)無(wú)法定時(shí)“喂狗”，硬件看門(mén)狗電路失效。而軟件看門(mén)狗可有效地解決這類(lèi)問(wèn)題。

　　筆者在實(shí)際應(yīng)用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。用定時(shí)器T0監(jiān)視定時(shí)器T1，用定時(shí)器T1監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時(shí)器T0。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件“看門(mén)狗”具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。對(duì)于需經(jīng)常使用T1定時(shí)器進(jìn)行串口通訊的測(cè)控系統(tǒng)，則定時(shí)器T1不能進(jìn)行中斷，可改由串口中斷進(jìn)行監(jiān)控（如果用的是MCS-52系列單片機(jī)，也可用T2代替T1進(jìn)行監(jiān)視）。這種軟件“看門(mén)狗”監(jiān)視原理是：在主程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序中各設(shè)一運(yùn)行觀測(cè)變量，假設(shè)為MWatch、T0Watch 、T1Watch，主程序每循環(huán)一次，MWatch加1，同樣T0、T1中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次，T0Watch、 T1Watch加1。在T0中斷服務(wù)程序中通過(guò)檢測(cè)T1Watch的變化情況判定T1運(yùn)行是否正常，在T1中斷服務(wù)程序中檢測(cè)MWatch的變化情況判定主程序是否正常運(yùn)行，在主程序中通過(guò)檢測(cè)T0Watch的變化情況判別T0是否正常工作。若檢測(cè)到某觀測(cè)變量變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加1而未加1，則轉(zhuǎn)到出錯(cuò)處理程序作排除故障處理。當(dāng)然，對(duì)主程序最大循環(huán)周期、定時(shí)器T0和T1定時(shí)周期應(yīng)予以全盤(pán)合理考慮。限于篇幅不贅述。

　　2 、系統(tǒng)故障處理、自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)系統(tǒng)因干擾復(fù)位或掉電后復(fù)位均屬非正常復(fù)位，應(yīng)進(jìn)行故障診斷并能自動(dòng)恢復(fù)非正常復(fù)位前的狀態(tài)。

　　2.1 非正常復(fù)位的識(shí)別

　　程序的執(zhí)行總是從0000H開(kāi)始，導(dǎo)致程序從 0000H開(kāi)始執(zhí)行有四種可能：一、系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電復(fù)位；二、軟件故障復(fù)位；三、看門(mén)狗超時(shí)未喂狗硬件復(fù)位； 四、任務(wù)正在執(zhí)行中掉電后來(lái)電復(fù)位。四種情況中除第一種情況外均屬非正常復(fù)位，需加以識(shí)別。

　　（1 ）硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識(shí)別#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　此處硬件復(fù)位指開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗復(fù)位，硬件復(fù)位對(duì)寄存器有影響，如復(fù)位后PC=0000H， SP=07H，PSW=00H等。而軟件復(fù)位則對(duì)SP、SPW無(wú)影響。故對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，將SP設(shè)置地址大于07H，或者將PSW的第5位用戶標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時(shí)只需檢測(cè)PSW.5標(biāo)志位或SP值便可判此是否硬件復(fù)位。

　　由于硬件復(fù)位時(shí)片內(nèi)RAM狀態(tài)是隨機(jī)的，而軟件復(fù)位片內(nèi)RAM則可保持復(fù)位前狀態(tài)，因此可選取片內(nèi)某一個(gè)或兩個(gè)單元作為上電標(biāo)志。設(shè)40H用來(lái)做上電標(biāo)志，上電標(biāo)志字為78H，若系統(tǒng)復(fù)位后40H單元內(nèi)容不等于78H，則認(rèn)為是硬件復(fù)位，否則認(rèn)為是軟件復(fù)位，轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理。若用兩個(gè)單元作上電標(biāo)志，則這種判別方法的可靠性更高。

　?。? ）開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗故障復(fù)位的識(shí)別

　　開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗故障復(fù)位因同屬硬件復(fù)位， 所以要想予以正確識(shí)別，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)置一可掉電保護(hù)的觀測(cè)單元。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在定時(shí)喂狗的中斷服務(wù)程序中使該觀測(cè)單元保持正常值（設(shè)為 AAH），而在主程中將該單元清零，因觀測(cè)單元掉電可保護(hù)，則開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)檢測(cè)該單元是否為正常值可判斷是否看門(mén)狗復(fù)位。

　?。? ）正常開(kāi)機(jī)復(fù)位與非正常開(kāi)機(jī)復(fù)位的識(shí)別

　　識(shí)別測(cè)控系統(tǒng)中因意外情況如系統(tǒng)掉電等情況引起的開(kāi)機(jī)復(fù)位與正常開(kāi)機(jī)復(fù)位，對(duì)于過(guò)程控制系統(tǒng)尤為重要。如某以時(shí)間為控制標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控系統(tǒng)，完成一次測(cè)控任務(wù)需1小時(shí)。在已執(zhí)行測(cè)控50分鐘的情況下，系統(tǒng)電壓異常引起復(fù)位，此時(shí)若系統(tǒng)復(fù)位后又從頭開(kāi)始進(jìn)行測(cè)控則會(huì)造成不必要的時(shí)間消耗。因此可通過(guò)一監(jiān)測(cè)單元對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間予以監(jiān)控，將控制過(guò)程分解為若干步或若干時(shí)間段，每執(zhí)行完一步或每運(yùn)行一個(gè)時(shí)間段則對(duì)監(jiān)測(cè)單元置為關(guān)機(jī)允許值，不同的任務(wù)或任務(wù)的不同階段有不同的值，若系統(tǒng)正在進(jìn)行測(cè)控任務(wù)或正在執(zhí)某時(shí)間段，則將監(jiān)測(cè)單元置為非正常關(guān)機(jī)值。那么系統(tǒng)復(fù)位后可據(jù)此單元判系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，并跳到出錯(cuò)處理程序中恢復(fù)系統(tǒng)原運(yùn)行狀態(tài)。

　　2.2 非正常復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)

　　對(duì)順序要求嚴(yán)格的一些過(guò)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)非正常復(fù)位否，一般都要求從失控的那一個(gè)模塊或任務(wù)恢復(fù)運(yùn)行。所以測(cè)控系統(tǒng)要作好重要數(shù)據(jù)單元、參數(shù)的備份，如系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)的進(jìn)程值、當(dāng)前輸入、輸出的值，當(dāng)前時(shí)鐘值、觀測(cè)單元值等，這些數(shù)據(jù)既要定時(shí)備份，同時(shí)若有修改也應(yīng)立即予以備份。

　　當(dāng)在已判別出系統(tǒng)非正常復(fù)位的情況下，先要恢復(fù)一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如顯示模塊的初始化、片外擴(kuò)展芯片的初始化等。其次再對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等予以恢復(fù)，包括顯示界面等的恢復(fù)。之后再把復(fù)位前的任務(wù)、參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等恢復(fù)， 再進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

　　應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，真實(shí)地恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)需 要極為細(xì)致地對(duì)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)予以備份，并加以數(shù)據(jù)可靠性檢查，以保證恢復(fù)的數(shù)據(jù)的可靠性。

　　其次，對(duì)多任務(wù)、多進(jìn)程測(cè)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的恢復(fù)需考慮恢復(fù)的次序問(wèn)題。

　　系統(tǒng)基本初始化是指對(duì)芯片、顯示、輸入輸出方式等進(jìn)行初始化，要注意輸入輸出的初始化不應(yīng)造成誤動(dòng)作。而復(fù)位前任務(wù)的初始化是指任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間等。

　　對(duì)于軟件抗干擾的一些其它常用方法如數(shù)字濾波、RAM數(shù)據(jù)保護(hù)與糾錯(cuò)等，限于篇幅，本文未作討論。在工程實(shí)踐中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補(bǔ)充 完善，才能取得較好的抗干擾效果。從根本上來(lái)說(shuō)，硬件抗干擾是主動(dòng)的，而軟件是抗干擾是被動(dòng)的。細(xì)致周到地分析干擾源，硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，設(shè)計(jì)一穩(wěn)定可靠的單片機(jī)系統(tǒng)是完全可行的。

學(xué)習(xí)應(yīng)用的六大重要部分

　　一、總線

　　我們知道，一個(gè)電路總是由元器件通過(guò)電線連接而成的，在模擬電路中，連線并不成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楦髌骷g一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很多，但計(jì)算機(jī)電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào)，所以需要的連線就很多了，如果仍如同模擬電路一樣，在各微處理器和各器件間單獨(dú)連線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機(jī)中引入了總線的概念，各個(gè)器件共同享用連線，所有器件的8根數(shù)據(jù)線全部接到8根公用的線上，即相當(dāng)于各個(gè)器件并聯(lián)起來(lái)，但僅這樣還不行，如果有兩個(gè)器件同時(shí)送出數(shù)據(jù)，一個(gè)為0，一個(gè)為1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？這種情況是不允許的，所以要通過(guò)控制線進(jìn)行控制，使器件分時(shí)工作，任何時(shí)候只能有一個(gè)器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有多個(gè)器件同時(shí)接收）。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱(chēng)為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱(chēng)為控制總線。在單片機(jī)內(nèi)部或者外部存儲(chǔ)器及其它器件中有存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元要被分配地址，才能使用，分配地址當(dāng)然也是以電信號(hào)的形式給出的，由于存儲(chǔ)單元比較多，所以，用于地址分配的線也較多，這些線被稱(chēng)為地址總線。

　　二、數(shù)據(jù)、地址、指令

　　之所以將這三者放在一起，是因?yàn)檫@三者的本質(zhì)都是一樣的——數(shù)字，或者說(shuō)都是一串‘0"和‘1"組成的序列。換言之，地址、指令也都是數(shù)據(jù)。指令：由單片機(jī)芯片的設(shè)計(jì)者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，不可以由單片機(jī)的開(kāi)發(fā)者更改。地址：是尋找單片機(jī)內(nèi)部、外部的存儲(chǔ)單元、輸入輸出口的依據(jù)，內(nèi)部單元的地址值已由芯片設(shè)計(jì)者規(guī)定好，不可更改，外部的單元可以由單片機(jī)開(kāi)發(fā)者自行決定，但有一些地址單元是一定要有的（詳見(jiàn)程序的執(zhí)行過(guò)程）。數(shù)據(jù)：這是由微處理機(jī)處理的對(duì)象，在各種不同的應(yīng)用電路中各不相同，一般而言，被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況：

　　1.地址（如MOV DPTR，1000H），即地址1000H送入DPTR。

　　2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。

　　3.常數(shù)（如MOV TH0，#10H）10H即定時(shí)常數(shù)。

　　4.實(shí)際輸出值（如P1口接彩燈，要燈全亮，則執(zhí)行指令：MOV P1，#0FFH，要燈全暗，則執(zhí)行指令：MOV P1，#00H）這里0FFH和00H都是實(shí)際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實(shí)際輸出的值。

　　理解了地址、指令的本質(zhì)，就不難理解程序運(yùn)行過(guò)程中為什么會(huì)跑飛，會(huì)把數(shù)據(jù)當(dāng)成指令來(lái)執(zhí)行了。

　　三、P0/P2/P3第二功能

　　初學(xué)時(shí)往往對(duì)P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，認(rèn)為第二功能和原功能之間要有一個(gè)切換的過(guò)程，或者說(shuō)要有一條指令，事實(shí)上，各端口的第二功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來(lái)轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號(hào)，當(dāng)微處理機(jī)外接RAM或有外部I/O口時(shí)，它們被用作第二功能，不能作為通用I/O口使用，只要一微處理機(jī)一執(zhí)行到MOVX指令，就會(huì)有相應(yīng)的信號(hào)從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說(shuō)明。事實(shí)上‘不能作為通用I/O口使用"也并不是‘不能"而是（使用者）‘不會(huì)"將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條SETB P3.7的指令，并且當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行到這條指令時(shí)，也會(huì)使P3.7變?yōu)楦唠娖?，但使用者不?huì)這么去做，因?yàn)檫@通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

　　四、程序的執(zhí)行過(guò)程

　　單片機(jī)在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計(jì)數(shù)器（PC）中的值為‘0000"，所以程序總是從‘0000"單元開(kāi)始執(zhí)行，也就是說(shuō)：在系統(tǒng)的ROM中一定要存在‘0000"這個(gè)單元，并且在‘0000"單元中存放的一定是一條指令。

　　五、堆棧

　　堆棧是一個(gè)區(qū)域，是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的，這個(gè)區(qū)域本身沒(méi)有任何特殊之處，就是內(nèi)部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式，即所謂的‘先進(jìn)后出，后進(jìn)先出"，并且堆棧有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令，即‘PUSH"和‘POP"，有一個(gè)特殊的專(zhuān)為其服務(wù)的單元，即堆棧指針SP，每當(dāng)執(zhí)一次PUSH指令時(shí)，SP就（在原來(lái)值的基礎(chǔ)上）自動(dòng)減2，每當(dāng)執(zhí)行一次POP指令，SP就（在原來(lái)值的基礎(chǔ)上）自動(dòng)加2。由于SP中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開(kāi)始階段更改了SP的值，就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中，如在程序開(kāi)始時(shí)，用一條MOV SP，#5FH指令，就是把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存單元60H開(kāi)始的單元中。一般程序的開(kāi)頭總有這么一條設(shè)置堆棧指針的指令，因?yàn)殚_(kāi)機(jī)時(shí)，SP的初始值為07H，這樣就使堆棧從08H單元開(kāi)始往后，而08H到1FH這個(gè)區(qū)域正是8031的第二、三、四工作寄存器區(qū)，經(jīng)常要被使用，這會(huì)造成數(shù)據(jù)的混亂。不同作者編寫(xiě)程序時(shí)，初始化堆棧指令也不完全相同，這是作者的習(xí)慣問(wèn)題。當(dāng)設(shè)置好堆棧區(qū)后，并不意味著該區(qū)域成為一種專(zhuān)用內(nèi)存，它還是可以象普通內(nèi)存區(qū)域一樣使用，只是一般情況下編程者不會(huì)把它當(dāng)成普通內(nèi)存用了。

常用單片機(jī)芯片簡(jiǎn)介

　　STC單片機(jī)

　　STC公司的單片機(jī)主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8~12倍，帶ADC，4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號(hào)，加密性好，抗干擾強(qiáng)。

　　PIC單片機(jī)：

　　是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲(chǔ)器的芯片。

　　EMC單片機(jī)：

　　是臺(tái)灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與PIC 8位單片機(jī)兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對(duì)比PIC的多，價(jià)格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。

　　ATMEL單片機(jī)（51單片機(jī)）：

　　ATMEl公司的8位單片機(jī)有AT89、AT90兩個(gè)系列，AT89系列是8位Flash單片機(jī)，與8051系列單片機(jī)相兼容，靜態(tài)時(shí)鐘模式；AT90系列單片機(jī)是增強(qiáng)RISC結(jié)構(gòu)、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程Flash的單片機(jī)，也叫AVR單片機(jī)。

　　PHLIPIS 51LPC系列單片機(jī)（51單片機(jī)）：

　　PHILIPS公司的單片機(jī)是基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)，嵌入了掉電檢測(cè)、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計(jì)中可以滿足多方面的性能要求。

　　HOLTEK單片機(jī)：

　　臺(tái)灣盛揚(yáng)半導(dǎo)體的單片機(jī)，價(jià)格便宜，種類(lèi)較多，但抗干擾較差，適用于消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。

　　TI公司單片機(jī)（51單片機(jī)）：

　　德州儀器提供了TMS370和MSP430兩大系列通用單片機(jī).TMS370系列單片機(jī)是8位CMOS單片機(jī)，具有多種存儲(chǔ)模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合；MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機(jī)，特別適用于要求功耗低的場(chǎng)合

　　松翰單片機(jī)（SONIX）：

　　是臺(tái)灣松翰公司的單片，大多為8位機(jī)，有一部分與PIC 8位單片機(jī)兼容，價(jià)格便宜，系統(tǒng)時(shí)鐘分頻可選項(xiàng)較多，有PMW ADC 內(nèi)振 內(nèi)部雜訊濾波。缺點(diǎn)RAM空間過(guò)小，抗干擾較好。

單片機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)

　　單片機(jī)在電子技術(shù)中的開(kāi)發(fā)，主要包括CPU開(kāi)發(fā)、程序開(kāi)發(fā)、 存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)、計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)及C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)，同時(shí)得到開(kāi)發(fā)能夠保證單片機(jī)在十分復(fù)雜的計(jì)算機(jī)與控制環(huán)境中可以正常有序的進(jìn)行，這就需要相關(guān)人員采取一定的措施，下文是筆者的一些簡(jiǎn)單介紹：

　?。?）CPU開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)單片機(jī)中的CPU總線寬度，能夠有效完善單片機(jī)信息處理功能緩慢的問(wèn)題，提高信息處理效率與速度，開(kāi)發(fā)改進(jìn)中央處理器的實(shí)際結(jié)構(gòu)，能夠做到同時(shí)運(yùn)行2-3個(gè)CPU，從而大大提高單片機(jī)的整體性能。 

　　（2）程序開(kāi)發(fā)。嵌入式系統(tǒng)的合理應(yīng)用得到了大力推廣，對(duì)程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)要求能夠自動(dòng)執(zhí)行各種指令，這樣可以快速準(zhǔn)確地采集外部數(shù)據(jù)，提高單片機(jī)的應(yīng)用效率。

　?。?）存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)。單片機(jī)的發(fā)展應(yīng)著眼于內(nèi)存，加強(qiáng)對(duì)基于傳統(tǒng)內(nèi)存讀寫(xiě)功能的新內(nèi)存的探索，使其既能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)讀寫(xiě)又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)，從而顯著提高存儲(chǔ)性能。 

　?。?）計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)。進(jìn)一步優(yōu)化和開(kāi)發(fā)單機(jī)片應(yīng)激即分析，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)連接通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。 

　?。?）C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)。優(yōu)化開(kāi)發(fā)C語(yǔ)言能夠保證單片機(jī)在十分復(fù)雜的計(jì)算機(jī)與控制環(huán)境中，可以正常有序的進(jìn)行，促使其實(shí)現(xiàn)廣泛全面的應(yīng)用。

單片機(jī)和plc的區(qū)別

　　單片機(jī)和PLC（可編程邏輯控制器）在多個(gè)方面存在顯著的區(qū)別，這些區(qū)別主要體現(xiàn)在適用范圍、編程方式、運(yùn)算速度、通信方式、成本、結(jié)構(gòu)、原理及開(kāi)發(fā)難易度等方面。以下是對(duì)這些區(qū)別的詳細(xì)分析：

1. 適用范圍

　　單片機(jī)：通常用于小型嵌入式系統(tǒng)，如智能家電、汽車(chē)電子、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域。單片機(jī)因其體積小、功耗低、易于編程等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種需要智能化控制的設(shè)備中。

　　PLC：主要用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如機(jī)械生產(chǎn)、石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。PLC因其高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的核心設(shè)備。

2. 編程方式

　　單片機(jī)：編程語(yǔ)言通常使用高級(jí)編程語(yǔ)言如C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言，這些語(yǔ)言提供了豐富的編程功能和靈活的編程方式。

　　PLC：編程語(yǔ)言則多種多樣，包括梯形圖語(yǔ)言、指令表語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言等。這些圖形化或文本化的編程語(yǔ)言使得PLC的編程更加直觀易懂，尤其適合工業(yè)控制領(lǐng)域的工程師使用。

3. 運(yùn)算速度

　　單片機(jī)：需要處理更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)，因此在某些情況下可能需要較高的運(yùn)算速度。

　　PLC：通常需要完成復(fù)雜的邏輯控制任務(wù)，因此PLC通常具有更高的運(yùn)算速度和更高的穩(wěn)定性。

4. 通信方式

　　單片機(jī)：通常需要與其他傳感器或執(zhí)行器進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制指令的傳輸。

　　PLC：則需要與其他PLC或PC進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制。

5. 成本

　　單片機(jī)：開(kāi)發(fā)成本低，但開(kāi)發(fā)起來(lái)可能相對(duì)麻煩一些。單片機(jī)本身的價(jià)格較為低廉，適合用于成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　PLC：開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較高，但開(kāi)發(fā)周期短、見(jiàn)效快、可靠性高。PLC因其高可靠性和穩(wěn)定性，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

6. 結(jié)構(gòu)與原理

　　單片機(jī)：是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將具有數(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)。

　　PLC：是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，但PLC的設(shè)計(jì)更加專(zhuān)注于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。PLC內(nèi)部包含有微處理器等核心部件，通過(guò)執(zhí)行內(nèi)部存儲(chǔ)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等功能。

7. 開(kāi)發(fā)難易度

　　單片機(jī)：由于單片機(jī)的編程和維護(hù)相對(duì)復(fù)雜，需要具備一定的電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程知識(shí)。

　　PLC：則因其編程簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，降低了工業(yè)控制領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)門(mén)檻。PLC的編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)，使得工程師能夠更加方便地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作。

　　綜上所述，單片機(jī)和PLC在適用范圍、編程方式、運(yùn)算速度、通信方式、成本、結(jié)構(gòu)、原理及開(kāi)發(fā)難易度等方面存在顯著差異。這些差異使得單片機(jī)和PLC在各自的應(yīng)用領(lǐng)域中都發(fā)揮著不可替代的作用。