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单片机的原理及应用

近年来，随着科学技术的不断完善，推动了单片机的发展速度，

也进一步促进了单片机在各个领域内的应用。作为微型控制器，单片

机以其自身强大的功能特点获得了人们的认可，这也为其应用领域的

不断拓宽奠定了基础。为了使人们对单片机有一个深入的了解和认识，

本文就单片机的原理及应用进行浅谈。

1.单片机的原理

所谓的单片机是单片微型计算机的简称，它是一种十分典型的嵌

入式微控制器，即MCU。从技术层面看，单片机并不是完成某个简单

或复杂逻辑功能的芯片，实质上它是将一个计算机系统集成到一个芯

片上，这是完全不同的两个概念。与普通的计算机相比，单片机唯独

缺少的就是外围设备，总体来讲，每一个单片机都可以是一台计算机。

由于其具有体积小、质量轻、价值低等优点，从而使其被广泛应用于

多个领域当中。单片机刚刚被研制出来的时候，基本都是8位或是4

位，其中最具代表性的要属INTEL研制开发的8051系列单片机，在

此基础上开发出了MCS51系列单片机，其基本原理如图1所示。

图1MCS5系列单片机原理图

现如今，人们生活中所用的每一件电子类产品几乎都有单片机的

身影，如手机、家用电器等等，同时，汽车以及复杂的工业控制中，

单片机也成为不可或缺的重要组成部分之一，部分大型的工控系统中

有时会有上百个单片机同时运行。由此可见，单片机的使用量现已远

远超过了PC机和其它计算机。

1.1单片机的构成

想要进一步了解单片机的原理，就必须对其各个组成部分有所了

解。目前，常见的单片机绝大多数都是由以下几个部分构成：

1.1.1运算器。可将单片机中的运算器视作为执行单元，其主要负

责执行各种算术和逻辑运算，同时可以进行相关的逻辑测试，如零值

测试等。运算器主要是通过接收来自于控制器发出的各种控制信号来

完成相关执行操作的。通常一个算术操作会产生出一个运算结果，而

一个逻辑操作则会产生出一个判决。

1.1.2控制器。可将其视作为单片机中的控制单元，其主要作用是

指挥与协调。具体负责指挥并控制CPU、内存以及输入输出设备间的

数据流方向，通过接口电路可以与外部设备相连接。

1.1.3寄存器。这是单片机的存储单元，主要由以下几个部分组成：

累加器、数据寄存器、指令寄存器、指令译码器、程序计数器、地址

寄存器。通常情况下，单片机运行时，CPU需要向存储器存储数据，

并从内存中读取数据，此时需要用到数据寄存器和地址寄存器。

1.2单片机的特点

虽然单片机只是一块体积较小的芯片，但是它却有着普通微型计

算机无法比拟的优越性，这主要是单片机自身的特点决定的。

1.2.1RAM与ROM分工明确。RAM是单片机当中的数据存储器，

其主要负责变量的存放，而ROM是程序存储器，其中不存放任何变

量，只存储各种程序、常数以及数据表格。由此可见，两者同为存储

器却有着明确的分工，互不干扰、独立运作，这使得单片机的整体性

能显著提高。

1.2.2面向指令控制。为了充分满足各种控制功能的实际需要，单

片机的逻辑控制能力要远远高于等级相同的CPU，尤其是单片机本身

的处理能力更强、运行速度也更快，能够完成各种复杂的处理和控制。

1.2.3多功能的I/O引脚。这是单片机独有的特点，其多功能主要

体现在以下几个方面：可用作外部中断、作为PPG的输出口、A/D的

输入口等等。

1.2.4可扩展性强。单片机的系统相对比较齐全，并且具有较强的

功能扩展性，能够与各类微机接口芯片兼容，这为相关应用系统的开

发设计提供了便利条件。

1.2.5通用性强。单片机的应用具有较强的通用性。目前，一般都

是将单片机作为控制器使用，虽然控制对象有所区别，但是单片机的

控制功能却是通用的，其能够像微处理器一样被广泛应用于多个领域

当中。

1.2.6单片机是目前为止功能部件最齐全、体积最小的微型计算机，

并且它的可靠性非常高，能够满足多个领域的应用需求。不仅如此，

单片机的使用非常方便，响应速度较快，性价比超高。

1.3单片机的应用领域