單片機的結構及其發(fā)展

（江蘇師范大學科文學院信息科學系 江蘇徐州 221116）

摘要：單片機已經滲透到我們生活的每個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。因為單片機內部功能十分強大，而且系統(tǒng)擴展也十分方便，它具有集成度高、功能強、速度快、抗干擾性強、高性價比、低電壓、等等優(yōu)點，所以這幾十年來一直很受歡迎，廣泛應用于智能化儀器儀表、工業(yè)測控、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、日常家電和計算機網絡通信等方面。在本文中就會介紹MCS-51單片機的結構特征和一些內部功能以及簡單的應用。

關鍵詞：單片機；應用；發(fā)展；結構

1. 單片機的介紹和結構特征

單片機是由芯片內CPU處理器發(fā)展而來，單片機在國際上被稱作MCU（Micro controller Unit），它最早是被應用在工業(yè)控制的領域。最早Inter公司的設計理念是通過將CPU和大量外圍設備集成在一個芯片中，來適應對體積和功能有較高要求的設備之中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，在國際上得到了極大的歡迎，所以各國各公司爭相開發(fā)單片機，將其大力發(fā)展。

單片機的結構特征是將組成計算機的基本器件全部整合到一塊芯片上面，構成一個體積小功能強的微型處理器，這就是它最顯著的特點。它的處理器CPU是由運算器、控制器、中斷部件等等所構成。因為單片機有為嵌入式系統(tǒng)設計的專門的指令系統(tǒng)和體系結構，所以在其基礎之上可以設計出很多種滿足應用要求的兼容系統(tǒng)，所以它有極廣闊的應用空間。用戶可以根據(jù)所需要的功能來挑選單片機的類型。這都依靠于單片機具有極強的可靠性。

2. 單片機的一些內部功能

2.1單片機的引腳功能

MCS-51單片機的引腳主要包括電源的引腳、外接晶體的引腳、32條I/O口、4條控制引腳。電源引腳是為了接入+5v電源工作，兩條時鐘引腳外接晶體是為了與單片機內部的反向放大器構成一個振蕩器為單片機提供時鐘控制信號。32條引腳一般分為四組IO口，具有傳輸數(shù)據(jù)、搜集定時計數(shù)器脈沖、儲存高8位地址、串行接入輸入輸出端、外部儲存器選通等等功能，所以單片機的功能很多但是引腳數(shù)較少，許多引腳都具有雙重功能，所以這就為單片機的系統(tǒng)擴展奠定了堅實的基礎。

2.2單片機的中斷計數(shù)定時功能

由于系統(tǒng)內外原因，所以一個好的系統(tǒng)一定要有能夠及時終止程序的執(zhí)行功能，等待系統(tǒng)處理完事件之后，再繼續(xù)進行先前的操作，所以這就是單片機的中斷功能，我們也把能夠實現(xiàn)這樣功能的部件稱之為中斷系統(tǒng)。中斷功能它應該具有中斷及無差異返回恢復執(zhí)行、能實現(xiàn)優(yōu)先級排隊操作、高級中斷電路源能中斷低級中斷處理等具體功能。

定時器、計數(shù)器是單片機控制系統(tǒng)兩個特別重要的功能，許多單片機中就有這樣兩個功能，避免添加特定計算芯片的麻煩。這兩個功能的衍生功能有

1. 定時來操作，保證準確性，比如定時采用輸入信號、定時掃描顯示器，產生定時中斷等。

2. 計數(shù)操作，可以對外部脈沖進行計數(shù)，實現(xiàn)對外部脈沖次數(shù)的記錄，并保存數(shù)據(jù)。

3. 定時輸出，使輸出脈沖的占空比、寬度、周期頻率達到預期的精度不被程序所影響，是應用精確防干擾能力加強。

4. 監(jiān)視系統(tǒng)能正常工作，如果超出我們預先設定的標注，則系統(tǒng)直接進行復位，重啟系統(tǒng)正常工作。

2.3 A/D，D/A轉換技術

當單片機工作時總是會測量一些參數(shù)，但是在絕大部分情況之下，這些信號都是模擬信號，但是我們現(xiàn)在講的此種單片機只能處理數(shù)字信號，所以A/D轉換接口就是把這些模擬信號轉換為二進制數(shù)進行量化的電路外設，進制越高則其精度越高，而且提高分辨率就可以減小誤差，通常A/D完成一次轉化的時間就被我們稱之為A/D轉換時間。轉換原理一般采用雙積分法、電壓時間式、逐次逼近式等等方法，A/D轉換為模擬信號和數(shù)字信號之間打開了一扇大門。

D/A就是單片機中有數(shù)字信號轉化為模擬信號輸出的必備電路設備，它是由精密電阻網絡、電子開關、電壓基準或電流基準等等期間構成。它的基本原理就是把數(shù)字量的每一位代碼按照加權的大小轉換成模擬分量，然后依照疊加原理將這些分量依次疊加，轉換為所需要的模擬輸出量，從而得到我們需要信息。

3. 單片機的發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今的單片機的發(fā)展趨勢就是向著高性能、小體積、大容量化、外圍電路內裝功能強大化等幾個方面來完善發(fā)展。

1.小體積大容量化，將單片機的體積做小但是內部程序儲存器的ROM、數(shù)據(jù)儲存器RAM做大，同時性價比大大提高來適應人們的要求，滿足市場需要。

2.進一步升級CPU的性能，加快其指令的運行速度，加強處理能力，提高系統(tǒng)控制的可靠性，精確度防干擾能力大大提高。

3.隨著集成電路的不斷發(fā)展，人們將把那些外圍的電器設備逐漸的集成到一塊芯片之中，會把一些基本的功能加進來例如聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、A/D、D/A、液晶顯示器、蜂鳴報警器、動態(tài)靜態(tài)數(shù)碼管等待，這樣使得單片機集成程度更高，功能更強、體積更小。

4.總結

單片機的發(fā)展在這幾十年來是越來越迅速，現(xiàn)在8位單片機雖然還是占據(jù)市場主要地位，但是單片機已經達到64位，其性能指標應用能力越來越被人們所重視。它將會將更多內設集成上一塊芯片，其性價比越來越高，其應用將會更加廣闊。

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作者簡介：

楊凱倫（1994-），男，福建省晉江市人，民族：漢職稱：講師 學歷：在讀本科大學生。