单片机的基本概念-基于汇编与C语言的单片机原理及应用

1.单片机的定义

单片机是指将组成微型计算机的中央处理器CPU、内部存储器（包含随机存储器RAM、只读存储器ROM）、I/O接口电路、定时/计数器以及串行通信接口等各个功能部件集成在一块芯片中构成的一个完整的微型计算机。因此单片机早期的含义为单片微型计算机SCM（Single Chip Microcomputer），简称单片机。

由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的。随着单片机技术的发展，人们可以在芯片内集成许多面对测控对象的接口电路，如A/D转换器、D/A转换器、高速I/O口、PWM（脉冲宽度调制）和WDT（看门狗定时器）等。这些对外电路及外设接口已经突破了微型计算机MC（Micro Computer）传统的体系结构，更能确切反映单片机本质的名称——微控制器MCU（Micro Controller Unit）。

单片机是以单芯片形态进行嵌入式应用的计算机，它有唯一的专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点，因此单片机又称为嵌入式微控制器EMC（Embedded Micro Controller）。

在国内，“单片机”的叫法仍然有着普遍的意义。可以把单片机理解为一个单芯片形态的微控制器，是一个典型的嵌入式应用计算机系统。目前按单片机内部数据总线DB的宽度，可以分为4位、8位、16位、32位及64位单片机。

2.单片机与微处理器的关系

随着大规模与超大规模集成电路技术的快速发展，微计算机技术形成了两大分支：微处理器MPU（Micro Processor Unit）和单片机SCM。

微处理器MPU是微型计算机的核心部件，其性能决定了微型计算机的性能。通用型的计算机已从早期的数值计算、数据处理发展到当今的人工智能阶段。它不仅可以处理文字、字符、图形和图像等信息，还可以处理音频、视频等信息，并正向多媒体、人工智能、数字模拟和仿真、网络通信等方向发展。它的存储容量和运算速度正在以惊人的速度发展。高性能的32位、64位微型计算机系统正在向中、大型计算机挑战。因此，为了实现海量高速数值计算，通用计算机系统对计算机运行速度的要求是无限的，而对计算机的控制功能的要求是有限的。(www.xing528.com)

单片机SCM主要用于工业控制领域的测控对象。它构成的检测控制系统能实时、快速地进行外部响应，能迅速采集到大量数据，能在做出正确的逻辑推理和判断后实现对被控制对象参数的调整与控制。单片机的发展直接利用了MPU的成果，也发展了8位、16位、32位、64位的机型。但它的发展方向是高性能、高可靠性、低功耗、低电压、低噪音和低成本。目前主流的单片机仍然是以8位机为主，16位、32位、64位机为辅。单片机的发展主要还是表现在其接口和性能能不断地满足多种多样检测控制对象的要求上，突出表现在它的控制功能上。例如，构成各种专用的控制器和多机控制系统。单片机系统对被控对象的采集、处理、控制的速度要求是有限的，而对控制方式与控制能力的要求是无限的。

3.单片机与嵌入式系统的关系

面向检测控制对象、嵌入到应用系统中去的计算机系统称之为嵌入式系统。实时性是它的主要特征，对系统的物理尺寸、可靠性、重启动和故障恢复方面也有特殊的要求。由于被嵌入对象的体系结构、应用环境等的要求，嵌入式计算机系统比通用的计算机系统应用设计更为复杂，涉及面也更为广泛。

从形式上可将嵌入式系统分为系统级、板级和芯片级3大类。系统级嵌入式系统为各种类型的工控机，包括机械加固和电气加固后的通用计算机系统、各种总线方式工作的工控机和模块组成的工控机。它们大都有丰富的通用计算机软件及周边外设的支持，有很强的数据处理能力，应用软件的开发也很方便。但由于体积庞大，适用于具有大空间的嵌入式应用环境，如大型实验装置、船舶以及分布式测控系统等。

板级嵌入式系统则有各种类型的带CPU的主板及代工生产（OEM）产品。与系统级相比，板级的嵌入式系统体积较小，可以满足较小空间的嵌入应用环境。

芯片级的嵌入式系统则以单片机最为经典。单片机嵌入到对象的环境、结构体系中，作为其中的一个智能化控制单元使用，是最典型的嵌入式计算机系统。它有唯一的专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级的体积和在现场运行环境下的高可靠性，使得它最能满足各种中、小型对象的嵌入式应用要求。因此，单片机是目前发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式计算机系统。但是一般的单片机目前还没有通用的系统管理软件或监控程序，只放置由用户调试好的应用程序。它本身不具备开发能力，常常需要专门的开发工具。不过目前嵌入式系统更多指安装有嵌入式操作系统（如μcos、Linux、WinCE、Windows Mobile、Embedded XP、Palm等）的可嵌入到应用对象中去的专业计算机。它一般具有便携、低功耗的特点，开发时除须具备底层知识外，还须掌握操作系统的定制、裁减和在操作系统下的应用开发。现常用于工控机、路由器、掌上电脑（PDA）、手机等中。