1.1　什么是单片机

1.1　什么是单片机

1.1.1　单片机的概念

单片机又称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），是一种集成电路芯片，是采用超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/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。单片机外形和内部基本结构如图1-2所示。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器（Micro-Controller Unit，简称MCU）。

单片机是一种控制芯片。在我国，芯片的设计居全球第二的领先地位，但芯片制造的能力尚弱，众所周知，中国两大科技巨头——中兴和华为，在短短两年内，先后被美国制裁——特朗普签署总统令，禁止所有美国企业购买华为设备。美国商务部工业与安全局又禁止华为从美国企业购买技术或配件。美国打压制裁中国企业，华为不是第一个，也不会是最后一个。对于中国企业来说，要想在国际舞台上拥有更多的话语权和主动权，就必须手握芯片制造核心技术，拥有自主产权的高端产品。否则，就只能任人鱼肉。对于大学生来说，芯片制造技术需要你们的推动与发展。

图1-2　单片机外形和内部基本结构

（a）单片机外形；（b）单片机内部基本结构

1.1.2　单片机的内部逻辑结构及功能

8051是MCS-51系列单片机中早期的典型产品，以8051为例，它由8个部分组成，分别是中央处理器（CPU）、内部数据存储器、内部程序存储器、中断系统、定时/计数器、并行I/O口、串行口及时钟电路，如图1-3所示。

各部件的功能分别为：

（1）中央处理器CPU：单片机核心部分，由运算器、控制器和少量寄存器组成。运算器用来执行基本的算术运算和逻辑运算，寄存器用来暂存操作数、中间运算结果和运算结果的状态，控制器是单片机系统的控制指挥中心。(https://www.daowen.com)

图1-3　8051单片机内部逻辑结构框图

（2）RAM数据存储器：8051单片机共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。

（3）ROM程序存储器：主要用来存储单片机的程序、常数和数据表格。8051单片机有4KB掩膜ROM，在工作时，CPU从ROM中读取指令。

（4）定时/计数器：8051单片机有两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能，通过定时或计数的结果来对单片机进行控制。

（5）并行I/O口：8051单片机有4个8位的I/O口，即P0、P1、P2、P3，用于单片机与外部信息的传递。

（6）中断控制系统：单片机通过中断来实现对程序段的优先执行，完成控制的需要。8051有5个中断源，分别是两个外部中断、两个定时/计数器中断、一个串行中断。5个中断源拥有高、低两个优先级别。

（7）时钟电路：可产生时钟脉冲序列，为CPU提供时钟，驱动单片机进行工作。只需外接石英晶体和微调电容即可，晶振频率通常选择6 MHz、12 MHz或11.059 2MHz。

（8）串行口：8051单片机有一个可编程全双工串行口，用于实现单片机与其他设备之间数据的串行传输。

单片机是把一个计算机系统集成到一个芯片上，相当于一个微型的计算机。和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括地讲，一块芯片就成了一台计算机。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，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通信设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——智能型，如智能型洗衣机等。