单片机的原理和应用

一、单片机的简介

单片机也称为微控制器(MCU)等，它并不是一个拥有逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到芯片之上。就相当于一个微型的计算机，和一般的计算机相比，单片机就只是缺少了I/O设备。

简单来说：一块芯片就成了一台计算机。它的质量轻、体积小、价格便宜、开发和应用提供了非常便利的条件。同时，了解计算机原理与结构的最佳选择就是学习使用单片机。

单片机的应用领域十分广泛，比如实时工控、通讯设备、智能仪表、家用电器、导航系统等。各种电子产品一旦用上了单片机，就能够给产品增加一些特定功能，实现更新换代。普通的电器增加了特定单片机模块后，就能称之为：”智能电子“。

二、单片机的硬件特性

1、现在主流单片机包括CPU、2KB容量的RAM、 2个16位定时/计数器、128 KB容量的ROM、4个8位并行口、ADC/DAC、全双工串口行口、EEPROM、SPI、I2C、ISP、IAP等;

2、系统结构简单，使用方便，实现模块化;

3、单片机可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小时无故障;

4、处理功能强，速度快;

5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品;

6、控制功能强;

7、环境适应能力强。

三、单片机的原理

单片机主要由运算器、控制器和寄存器三大部分构成。其中，运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、寄存器等构成，首先累加器和寄存器向ALU输入两个8位源数据，其次ALU完成源数据的逻辑运算，最后将运算结果存入寄存器中;控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等构成，是一个下达命令的“组织”，用于协调整个系统各部分之间的运作;寄存器主要有累加器A、数据寄存器DR、指令寄存器IR、指令译码器ID、程序计数器PC、地址寄存器AR等。

在微处理器内部运算器、控制器、寄存器之间是相互连接的，由控制器向各部分发布操作命令，运算器接到命令后进行相应运算，并将运算后结果存入相应的寄存器中。

四、单片机的应用

单片机现已渗透到我们日常生活中的各个领域，小到家用电器、仪器仪表，大到医疗器械、航空航天，无不存在着单片机的身影。一旦在某种产品上添加了单片机，便使得原产品向互联网靠拢，获得了“智能型”的前缀。单片机具体在各个领域的应用如下：

1、在仪器仪表领域，一旦采用单片机对其进行控制，便使得仪器仪表变得数字化、智能化、微型化，且其功能更加强大;

2、在家用电器领域，已广泛实现了家用电器的单片机控制，如电饭煲、电冰箱、空调、彩电、音响等等;

3、在网络通信领域，手机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统等等都已实现了单片机控制，且单片机普遍具备通信接口，使得通信设备可以方便地与计算机之间进行数据通信;

4、在工业控制领域，可以使用单片机构成多种多样的控制系统，如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等;

5、在医疗设备领域，单片机也极大的实现了它的价值，已广泛应用于各种分析仪、监护仪、病床呼叫系统、医用呼吸机等医疗设备中;

6、在模块化系统中，可利用单片机实现特定功能，进行模块化应用，而不要求操作人员了解其内部结构，这样做大大地缩小了体积、简化了电路，也降低了损坏率、错误率;

7、在汽车电子领域，单片机已广泛应用于发动机控制器、GPS导航系统、ABS防抱死系统、制动系统中;

8、除上述应用外，单片机在工商、金融、教育、物流等领域都或多或少的发挥了其本身的作用。