MCU基本技术原理及应用方案集锦

　　一、单片机与单片微计算机系统

　　计算机系统已明显地朝巨型化、单片化、网络化三个方向发展。巨型化发展的目的在于不断提高计算机的运算速度和处理能力，以解决复杂系统计算和高速数据处理，比如系统仿真和模拟、实时运算和处理。单片化就是把计算机系统尽可能集成在一块半导体芯片上，其目的在于计算机微型化和提高系统的可靠性，通常把这种单片计算机简称单片机。准确而言，单片机（单片微型计算机）实际上是一种将CPU（中央处理器）、存储器和输入输出接口集成在一个芯片中的微型计算机。单片机的内部硬件结构和指令系统主要是针对自动控制应用而设计的，所以单片机又称微控制器mcu（MicroController Unit），又由于用它可以很容易地将计算机嵌入到各种仪器和现场控制设备中，因此单片机也叫嵌入式微控制器（Embedded MCU）。

　　单片机要进行工作，必须构成单片机系统。单片机系统实质上就是一个微计算机系统，它主要由硬件和软件两大部分组成，硬件是指构成计算机系统的所有电子、机械和磁性的部件或设备，软件则是各种程序及数据的总称。图1给出单片微计算机系统的具体构成。

　　二、单片机发展概述

　　单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。 它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来，它的发展到目前为止大致可分为5个阶段。下面以Intel公司的单片机发展为代表加以介绍。

　　第1阶段（1971～1976）： 单片机发展的初级阶段。 1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004， 并配有RAM、 ROM和移位寄存器， 构成了第一台MCS—4微处理器， 而后又推出了8位微处理器Intel 8008， 以及其它各公司相继推出的8位微处理器。

　　第2阶段（1976～1980）：低性能单片机阶段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表， 采用将8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构， 虽然其寻址范围有限（不大于4 KB）， 也没有串行I/O， RAM、 ROM容量小， 中断系统也较简单， 但功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。

　　第3阶段（1980～1983）：高性能单片机阶段。 这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口， 有多级中断处理系统， 多个16位定时器/计数器。片内RAM、 ROM的容量加大，且寻址范围可达64 KB，个别片内还带有A/D转换接口。

　　第4阶段（1983～80年代末）： 16位单片机阶段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS－96系列， 由于其采用了最新的制造工艺， 使芯片集成度高达12万只晶体管/片。

　　第5阶段（1990年代）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。

　　按照单片机的特点，单片机的应用分为单机应用与多机应用。在一个应用系统中，只使用一片单片机称为单机应用。单片机的单机应用的范围包括：

　　（1） 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等， 达到测量与控制的目的。

　　（2） 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表， 促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。

　　（3） 机电一体化产品。单片机与传统的机械产品相结合， 使传统机械产品结构简化， 控制智能化。

　　（4） 智能接口。 在计算机控制系统， 特别是在较大型的工业测、控系统中， 用单片机进行接口的控制与管理， 加之单片机与主机的并行工作， 大大提高了系统的运行速度。

　　（5） 智能民用产品。 如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中， 单片机控制器的引入， 不仅使产品的功能大大增强， 性能得到提高， 而且获得了良好的使用效果。

　　单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。

　　（1） 功能集散系统。 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。

　　（2） 并行多机控制系统。 并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题， 以便构成大型实时工程应用系统。

　　（3） 局部网络系统。

　　二、常用单片机系列

　　1．8051系列单片机

Intel公司于1980年推出8位的高性能8051单片机，在工业控制领域引起不小的轰动，并迅速确立了其不可动摇的地位。之后不久，Intel公司彻 底开放了8051单片机的技术，引来世界上很多半导体厂商加入了开发和改造8051单片机的行列中，这其中贡献