单片微型计算机技术

摘 要：单片机（Microcontrollers）是一种当今电子产品中应用最广的集成电路芯片之一，是使用大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器、脉宽调制器、多路转换器、A/D转换器等电路集成到一块，相比较之下较为完善的微型计算机系统。

关键词：微型计算机；单片机；集成电子芯片

说道单片机，那就不得不提到MCS-51这个单片机的型号了，以它为例：单片机中含有CPU、4KB容量的ROM、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口这些基本的接口。在这类单片机中，也具有所有微型计算机的共有特性：系统结构简单，使用方便，方便实现模块化，原件之间的可操作性强；单片机可靠性以及安全系数比较高；处理功能强大，速度同比之下快；上电电压低，低功耗；制作方便，便于生产和携带；控制功能强；环境适应能力强。这些特点，也可说是微型计算机家族发展至今，依旧屹立不败的原因吧。

微型单片机作榧扑慊发展领域的一个重要分支，我们大致可以将其分为以下几类：通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

通用型/专用型：这是按单片机在实际领域的适用范围来区分的。例如，89C51是这一类单片机产品，它不是为某种专用途设计的，在许多领域，它都是可以使用的，而专用型单片机则是针对一类产品甚至某一个产品量身定做的，就像你的钥匙和锁。

总线型/非总线型：这是按单片机内部是否含有并行总线来区分的。总线型单片机内部均设置了并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚通过串行口与其他类型的单片机芯片连接，来达到扩展并行器件的作用，而随着科技的发展，人们对单片机的要求越来越苛刻，要求小，又要要求容量大。因此，许多已知的单片机在更新换代后，都将芯片所需要的器件及外设接口集成芯片内部，因此就不再依赖并行扩展总线，这类单片机称为非总线型单片机。

控制型/家电型：这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。对于寻址范围大，运算能力强的微型计算机芯片都是用于工厂控制的；在家用电器中的小封装、低价格，器件连接较多和外设接口集成度高单片机多为专用型。这个分类吧，没有什么明确的界限，换句话说，好的单片机还是可以完全胜任两边的工作。例如，80C51类单片机。

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中在SCM中的领头羊是INTE8031，该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flash Rom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，20世纪90年代后，随着电子产品的大规模发展，单片机技术也进入了一个飞速发展的时期。随着INTEL i960系列以及ARM系列在电子产品中的广泛应用，我们进入了一个以单片机硬件为首、软件为辅的硬件时代。

在Single Chip Microcomputer（SCM，单片微型计算机）阶段，设计者将精力放在了如何构成一个完美的单片形态的微型计算机系统的最佳结构。Intel公司将其开创出来后，单片机进入了Micro Controller Unit（MCU，微控制器）阶段。这时，设计者们开始考虑的问题就是，在扩展满足嵌入式应用的同时，系统要求的对其各种电路与接口电路，实现了智能化控制，在此时，Philips公司成了这个时期的领路人。在目前System on Chip（SOC，嵌入式系统）这个阶段，设计者又需要解决应用系统在芯片上如何最大化的问题，因此，单片微型计算机又成了单片应用系统。

在我们使用单片机的过程中，单片机系统有时会因某些原因出现运行不正常的情况，这时，我们就需要对单片机进行复位操作，复位操作分为正常复位和非正常复位两种状态，正常复位就是芯片内部程序重新启动，进入可以正常工作的状态；而非正常复位就是在不正当的条件下对芯片进行复位，这样的操作有可能造成数据的丢失。干扰复位或掉电后复位均属非正常复位，此时，芯片需要进行故障诊断并需要恢复至自动恢复非正常复位前的状态。

在程序的执行中，如果我们学过汇编语言（最接近计算机的语言），就知道其运行地址总是从0000H开始，这也就会造成以下几种情况：A、系统开机上电复位；B、软件故障复位；C、看门狗超时，未喂狗硬件复位；D、任务正在执行中掉电后来电复位。这几个情况中，除系统开机上电复位外均属非正常复位，我们要特别注意。

在对于某些对程序执行顺序有着严格要求的控制系统，系统是否可以正常复位，决定了这个程序的生死，一旦程序出现非正常复位，系统都需要从失控的那一个模块或任务恢复运行。而在此条件下，系统需要作好重要数据单元、参数的备份工作，这极大地消耗了系统的内存。这些操作完毕后，再把复位前的任务、参数、运行时间等恢复，数据恢复成功，我们才可以再使系统进入运行状态。而在实际中，恢复系统的运行状态需要特别细致地对系统的重要数据加以备份，并需要对数据的可靠性进行检查，以保证恢复的数据的正确性。其次，系统还需要从多内部的任务、多进程的测控、数据的恢复来考虑程序运行的次序问题。

参考文献：

[1] 李群芳，肖看，张士军.单片微型计算机与接口技术（第4版）[M].北京：电子工业出版社，2014.

[2] 张毅刚，王少军，付宁.单片机与接口技术（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3] 张洪润，孙悦，张亚凡.单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2006.