單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及其發(fā)展

（江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院信息科學(xué)系 江蘇徐州 221116）

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)已經(jīng)滲透到我們生活的每個(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。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部功能十分強(qiáng)大，而且系統(tǒng)擴(kuò)展也十分方便，它具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾性強(qiáng)、高性價(jià)比、低電壓、等等優(yōu)點(diǎn)，所以這幾十年來(lái)一直很受歡迎，廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表、工業(yè)測(cè)控、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、日常家電和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等方面。在本文中就會(huì)介紹MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特征和一些內(nèi)部功能以及簡(jiǎn)單的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；應(yīng)用；發(fā)展；結(jié)構(gòu)

1. 單片機(jī)的介紹和結(jié)構(gòu)特征

單片機(jī)是由芯片內(nèi)CPU處理器發(fā)展而來(lái)，單片機(jī)在國(guó)際上被稱作MCU（Micro controller Unit），它最早是被應(yīng)用在工業(yè)控制的領(lǐng)域。最早Inter公司的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將CPU和大量外圍設(shè)備集成在一個(gè)芯片中，來(lái)適應(yīng)對(duì)體積和功能有較高要求的設(shè)備之中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，在國(guó)際上得到了極大的歡迎，所以各國(guó)各公司爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)單片機(jī)，將其大力發(fā)展。

單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是將組成計(jì)算機(jī)的基本器件全部整合到一塊芯片上面，構(gòu)成一個(gè)體積小功能強(qiáng)的微型處理器，這就是它最顯著的特點(diǎn)。它的處理器CPU是由運(yùn)算器、控制器、中斷部件等等所構(gòu)成。因?yàn)閱纹瑱C(jī)有為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專門(mén)的指令系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)，所以在其基礎(chǔ)之上可以設(shè)計(jì)出很多種滿足應(yīng)用要求的兼容系統(tǒng)，所以它有極廣闊的應(yīng)用空間。用戶可以根據(jù)所需要的功能來(lái)挑選單片機(jī)的類型。這都依靠于單片機(jī)具有極強(qiáng)的可靠性。

2. 單片機(jī)的一些內(nèi)部功能

2.1單片機(jī)的引腳功能

MCS-51單片機(jī)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(shí)鐘引腳外接晶體是為了與單片機(jī)內(nèi)部的反向放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào)。32條引腳一般分為四組IO口，具有傳輸數(shù)據(jù)、搜集定時(shí)計(jì)數(shù)器脈沖、儲(chǔ)存高8位地址、串行接入輸入輸出端、外部?jī)?chǔ)存器選通等等功能，所以單片機(jī)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(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2單片機(jī)的中斷計(jì)數(shù)定時(shí)功能

由于系統(tǒng)內(nèi)外原因，所以一個(gè)好的系統(tǒng)一定要有能夠及時(shí)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(jìn)行先前的操作，所以這就是單片機(jī)的中斷功能，我們也把能夠?qū)崿F(xiàn)這樣功能的部件稱之為中斷系統(tǒng)。中斷功能它應(yīng)該具有中斷及無(wú)差異返回恢復(fù)執(zhí)行、能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)操作、高級(jí)中斷電路源能中斷低級(jí)中斷處理等具體功能。

定時(shí)器、計(jì)數(shù)器是單片機(jī)控制系統(tǒng)兩個(gè)特別重要的功能，許多單片機(jī)中就有這樣兩個(gè)功能，避免添加特定計(jì)算芯片的麻煩。這兩個(gè)功能的衍生功能有

1. 定時(shí)來(lái)操作，保證準(zhǔn)確性，比如定時(shí)采用輸入信號(hào)、定時(shí)掃描顯示器，產(chǎn)生定時(shí)中斷等。

2. 計(jì)數(shù)操作，可以對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部脈沖次數(shù)的記錄，并保存數(shù)據(jù)。

3. 定時(shí)輸出，使輸出脈沖的占空比、寬度、周期頻率達(dá)到預(yù)期的精度不被程序所影響，是應(yīng)用精確防干擾能力加強(qiáng)。

4. 監(jiān)視系統(tǒng)能正常工作，如果超出我們預(yù)先設(shè)定的標(biāo)注，則系統(tǒng)直接進(jìn)行復(fù)位，重啟系統(tǒng)正常工作。

2.3 A/D，D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)

當(dāng)單片機(jī)工作時(shí)總是會(huì)測(cè)量一些參數(shù)，但是在絕大部分情況之下，這些信號(hào)都是模擬信號(hào)，但是我們現(xiàn)在講的此種單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以A/D轉(zhuǎn)換接口就是把這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化的電路外設(shè)，進(jìn)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(zhuǎn)化的時(shí)間就被我們稱之為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換原理一般采用雙積分法、電壓時(shí)間式、逐次逼近式等等方法，A/D轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間打開(kāi)了一扇大門(mén)。

D/A就是單片機(jī)中有數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出的必備電路設(shè)備，它是由精密電阻網(wǎng)絡(luò)、電子開(kāi)關(guān)、電壓基準(zhǔn)或電流基準(zhǔn)等等期間構(gòu)成。它的基本原理就是把數(shù)字量的每一位代碼按照加權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成模擬分量，然后依照疊加原理將這些分量依次疊加，轉(zhuǎn)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(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)如今的單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)就是向著高性能、小體積、大容量化、外圍電路內(nèi)裝功能強(qiáng)大化等幾個(gè)方面來(lái)完善發(fā)展。

1.小體積大容量化，將單片機(jī)的體積做小但是內(nèi)部程序儲(chǔ)存器的ROM、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器RAM做大，同時(shí)性價(jià)比大大提高來(lái)適應(yīng)人們的要求，滿足市場(chǎng)需要。

2.進(jìn)一步升級(jí)CPU的性能，加快其指令的運(yùn)行速度，加強(qiáng)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(shè)備逐漸的集成到一塊芯片之中，會(huì)把一些基本的功能加進(jìn)來(lái)例如聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器、A/D、D/A、液晶顯示器、蜂鳴報(bào)警器、動(dòng)態(tài)靜態(tài)數(shù)碼管等待，這樣使得單片機(jī)集成程度更高，功能更強(qiáng)、體積更小。

4.總結(jié)

單片機(jī)的發(fā)展在這幾十年來(lái)是越來(lái)越迅速，現(xiàn)在8位單片機(jī)雖然還是占據(jù)市場(chǎng)主要地位，但是單片機(jī)已經(jīng)達(dá)到64位，其性能指標(biāo)應(yīng)用能力越來(lái)越被人們所重視。它將會(huì)將更多內(nèi)設(shè)集成上一塊芯片，其性價(jià)比越來(lái)越高，其應(yīng)用將會(huì)更加廣闊。

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作者簡(jiǎn)介：

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