浅谈单片机的基本应用

单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机也是了解计算机原理与结构的最佳选择。主要介绍了单片机的基础知识、特点与一些常见的应用领域。

基础知识结构应用领域

目前单片机已渗透到我们生活的各个领域，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机……单片机到底是什么呢？就是一个电脑，只不过是微型的。麻雀虽小，五脏俱全：它内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU、内存、并行总线、还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能相对于我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过十元即可用它来做一些控制电器之类不是很复杂的工作了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。它主要是作为控制部分的核心部件，是一种在线式实时控制计算机。在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机（比如家用PC）的主要区别。

一、单片机基础知识

1、中央处理器：单片机中的中央处理器 CPU和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器组成，另外增设了“面向控制”的处理功能，增强了实时性。

2、存储器：单片机中的存储器 ROM和 RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而 RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在 ROM中，而把少量的随机数据存放在 RAM中，这样，小容量数据，存储器能以高速 RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上 RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。

3、并行 I/O口：单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、使用灵活的并行 I/O口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和 I/O接口提供了方便。

4、串行 I/O口：高速的 8位单片机都可提供全双工串行 I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连接。

5、定时器/计数器：在实际的应用中，单片机往往需要精确地定时，或者需对外部事件进行计数，因而在单片机内部设置了定时器/计数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理。

二、单片机的特点

单片机独特的结构决定了它具有如下特点。

1、高集成度、高可靠性：单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的 CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在 ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

2、控制功能强：为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力、I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

3、低电压、低功耗：为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V—1.6V，而工作电流仅为数百微安。

4、优异的性能价格比：单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用 RISC流水线和 DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破 64KB的限制，有的已可达到 1MB和 16MB，片内的ROM容量可达 62MB，RAM容量则可达 2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

三、单片机的应用领域

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为以下几个范畴：

1、在智能仪器仪表的应用：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计、示波器、各种分析仪）。

2、在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例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。

3、在计算机网络和通信领域中的应用：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。

4、在医用设备领域中的应用：单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。从医疗仪器领域来看，除了新的传感检测技术不断运用推广之外，对所采集信息的分析、存储和显示也提出了更高的目标。这就要求现代的医疗仪器具备更强大的计算和存储能力，以及更稳定可靠的性能。另外医疗仪器作为一个特殊的行业又要求设备能够达到更高级别的环保要求。如何进一步地智能化、专业化、小型化，同时做到低功耗、零污染，将会是一个无止境的追求过程。这为单片机在医疗仪器中的应用提供了更广阔的天地和更高的要求。

单片机改变了我们的生活，纵观我们现在生活的各个领域，例如在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师，种种迹象表明，单片机有着广阔的应用前景。

参考文献：

[1]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.航空航天大学出版社，1990.

[2]李全利.单片机原理及接口技术.高等教育出版社，2010.

[3]孙涵芳.MCS-51/96系列单片机原理及应用.北京航空航天大学出版社，1996.