1 、什么是單片機(jī)
在解釋什么是單片機(jī)前，我們先來(lái)看看我們?nèi)粘Ｉ钊巳硕家?jiàn)到過(guò)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖1所示，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括顯示器、主機(jī)、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)四大組成部分。
圖1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成
當(dāng)然這里所說(shuō)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由上面四大部分組成，并不嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)際上上面四部分應(yīng)該說(shuō)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，除了硬件系統(tǒng)外，要讓計(jì)算機(jī)發(fā)揮其強(qiáng)大的功能還必須得加上各種各樣的軟件系統(tǒng)，如windows、 office等，完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
現(xiàn)在我們可以這樣給計(jì)算機(jī)下定義：一臺(tái)完整的且能正常工作的計(jì)算機(jī)要有這樣幾個(gè)部份構(gòu)成：CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出接口（例如：串行口、并行輸出口等）、輸入／輸出設(shè)備（鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯示器等），當(dāng)然還應(yīng)加上各種各樣的軟件系統(tǒng)。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上其中CPU、RAM、ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出接口被分成若干塊芯片，安裝在一塊的印刷線(xiàn)路板上，我們稱(chēng)之為主板。
有了上面的理解，我們就可以正式引出單片機(jī)概念了。我們把主板上的CPU、RAM、ROM、輸入/輸出接口全部集成在一塊微型的集成電路芯片上，就構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為單片機(jī)，如圖3所示。
圖3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)示意圖
這里要補(bǔ)充幾點(diǎn)，
一、單片機(jī)畢竟和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方面不同，除了集成了CPU、RAM、ROM、輸入/輸出接口外，根據(jù)單片機(jī)各類(lèi)的不同，還有可能會(huì)集成另外的一些模塊，如定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、AD、PWM等。
二、和計(jì)算機(jī)一樣，光有主板，是不能完成任何功能的，單片機(jī)要完成相應(yīng)的功能，還得加上輸入設(shè)備（如按鍵、傳感器等）、輸出設(shè)備（數(shù)碼管、1602、12864液晶等）以及最為重要的部分程序。前面的單片機(jī)和輸入設(shè)備、輸出設(shè)備我們稱(chēng)為單片機(jī)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)、后者程序我們軟件系統(tǒng)，也就是一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同組成，硬件是基礎(chǔ)，軟件是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)單片機(jī)的各種資源進(jìn)行合理的調(diào)配和使用，從而完成系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相輔相成，缺一不可。三、一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)除了單片機(jī)自身外，其它所有的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都需要設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì)，我們把這部分人稱(chēng)之外單片機(jī)設(shè)計(jì)工程師。
下面給單片機(jī)正式下個(gè)定義：在一塊集成電路芯片上集成了CPU、存儲(chǔ)器(RAM、ROM) CPU、RAM、ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出接口電路等，從而組成了單芯片微型計(jì)算機(jī)、簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，也就是單片機(jī)實(shí)際是一種類(lèi)內(nèi)部集成了計(jì)算機(jī)核心技術(shù)的智能芯片（或者說(shuō)計(jì)算機(jī)、電腦和集成電路等都可以）。
這里需要注意的是盡管單片機(jī)和日常用的計(jì)算機(jī)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有很多相似的地方，但還是有很多的不同。通用計(jì)算機(jī)系的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算−技術(shù)發(fā)展方向是總線(xiàn)速度的無(wú)限提升,存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大。嵌人式計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）要求則是對(duì)象的智能化控制能力。技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌人性能、控制能力與控制的可靠性。
2、單片機(jī)有什么用
說(shuō)到單片機(jī)應(yīng)用，那可就太多了，曾經(jīng)有人這樣說(shuō)過(guò)“凡是能夠想到的地方，單片機(jī)都可以用上”，這句話(huà)其實(shí)一點(diǎn)都不夸張，全世界單片機(jī)的年產(chǎn)量數(shù)以?xún)|計(jì)，據(jù)有關(guān)人士預(yù)測(cè)，到2016年，全世界單片機(jī)的年產(chǎn)量將達(dá)到200億之多。單片機(jī)應(yīng)用范圍之廣、花樣之多，短時(shí)間也不可能祥述，這里先列舉幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子。
一．電子萬(wàn)年歷
如圖4所示，為大家生活中常見(jiàn)的電子萬(wàn)年歷，可以顯示年、月、日、時(shí)間、溫度等息，這就是一個(gè)以單片機(jī)為核心的電子產(chǎn)品，其中左邊用紅色邊框標(biāo)記的就是一塊40引腳的51單片機(jī)，再加上一些其它的外圍器件和程序就可以實(shí)現(xiàn)上述功能。
圖4 電子萬(wàn)年歷
二.摩托車(chē)防盜器
如圖5所示為一摩托車(chē)防盜器，右邊的為防盜器主機(jī)的PCB圖，通過(guò)編程人員把程序?qū)懞煤笙螺d到防盜器內(nèi)部的單片機(jī)中，就可以實(shí)現(xiàn)防盜、報(bào)警、遙控熄火等多種功能。
圖5 摩托車(chē)防盜器
上面只列舉了單片機(jī)應(yīng)用的兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子，其實(shí)單片機(jī)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，小到日常生活，大到國(guó)防工業(yè)，都有單片機(jī)的身影存在。如家用電器方面的冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、MP3、MP4，電信方面的手機(jī)、臺(tái)式電話(huà)機(jī)、無(wú)線(xiàn)對(duì)講機(jī)、調(diào)制解調(diào)器，辦公自動(dòng)化方面的復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、電子計(jì)算器、智能打字機(jī)，工業(yè)控制方面的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人，當(dāng)然除此之外還有諸如電子玩具、儀器儀表、汽車(chē)電子、導(dǎo)彈、飛機(jī)、神5、神６等無(wú)一不跟單片機(jī)有關(guān),更具體的如圖６所求。
圖6 單片機(jī)的應(yīng)用
所以對(duì)單片機(jī)的作用我們可以用這樣一句話(huà)歸納：凡是要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、智能化相關(guān)的電子產(chǎn)品都可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然在實(shí)際的設(shè)計(jì)中我們必須根據(jù)實(shí)現(xiàn)需要選擇合適的單片機(jī)。
3、單片機(jī)的歷史、發(fā)展和種類(lèi)及51單片機(jī)
自從1975年TI公司生產(chǎn)出第一塊單片機(jī)TMS1000后，單片機(jī)先后經(jīng)歷了由4位機(jī)到8位機(jī)、再到16位機(jī)，到現(xiàn)目前出現(xiàn)了大量的32位機(jī)的發(fā)展過(guò)程。目前單片機(jī)種類(lèi)繁多，生產(chǎn)廠(chǎng)商也遍布全球，主要有廠(chǎng)商和典型單片機(jī)如美國(guó)微芯片公司:PIC16C××系列，美國(guó)Atmel公司的AT89S51系列、ＡＶＲ系列，美國(guó)飛思卡爾公司的MC9S08系列、MC9S12等 ，法國(guó)意法半導(dǎo)體STM32系列，德國(guó)ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０系列等等，目前全球所有單片機(jī)生產(chǎn)量加起來(lái)也達(dá)到上百億的的年產(chǎn)量，并且這一數(shù)字還在不斷的迅猛增長(zhǎng)，但很遺憾的中國(guó)目前基本還沒(méi)有開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)單片機(jī)的能力，不過(guò)好的是目前有部分科研機(jī)構(gòu)在這方面已經(jīng)取得了很好的進(jìn)展，希望中國(guó)能夠早一天造出自己的單片機(jī)
關(guān)于單片機(jī)的歷史、發(fā)展和種類(lèi)這里我們只作簡(jiǎn)單的介紹，更多更祥細(xì)的資料希望大家通過(guò)查閱相關(guān)資料獲得，下面說(shuō)一下51單片機(jī)。
1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)，該系列的單片機(jī)在原來(lái)的MCS-48系列的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來(lái)的。后來(lái)Intel公司由于忙于開(kāi)發(fā)PC及高端微處理器而無(wú)精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機(jī)，于是將51系列單片機(jī)的內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)賣(mài)給其它公司，其它公司又在此內(nèi)核的基礎(chǔ)上增加了許多功能模塊，最終形成的現(xiàn)如今天的眾多的51內(nèi)核單片機(jī)，如ATMEL公司ＡＴ89系列，Philips公司的ＬＰＣ系列、宏晶科技的STC89系列等。后來(lái)人們就把所有以Intel公司MCS-51內(nèi)核為基礎(chǔ)生產(chǎn)出來(lái)的單片機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為51單片機(jī)（關(guān)于51的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)，我們?cè)诤髞?lái)的教程給大家講解到）。這次我們用的實(shí)驗(yàn)板采用的就是宏晶科技的STC89C52單片機(jī)，如圖6所示。
圖6 實(shí)驗(yàn)板上的51單片機(jī)