什么是单片机，对于开发和应用功能 提供哪些呢?

　　单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

　　单片机的概述：

　　单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

　　弹片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：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，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。

　　单片机的特点：

　　2.1.集成度高、体积小。

　　单片机将CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小，节省空间。能灵活，方便地应用于各种智能化的控制设备和仪器，实现机电一体化。

　　2.2.可靠性高，抗干扰性强。

　　单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

　　2.3.低功耗。

　　许多单片机的工作电压只有2～4伏特，电流几百微安，功耗很低，适用于便携式系统。

　　2.4.控制功能强。

　　其CPU可以对I/O端口直接进行操作，可以进行位操作、分支转移操作， 还能方便地实现多机控制，使整个系统的控制效率大为提高，适用于专门的控制领域。

　　2.5.可扩展性好。

　　单片机具有灵活方便的外部扩展总线接口，使得当片内资源不够使用时可以非常方便地进行片外扩展。另外，现在单片机具有越来越丰富的通信接口：如异步串行口SCI、同步串行口SPI、I2C、CAN总线、甚至有的单片机还集成了USB接口或以太网接口，这些丰富的通信接口使得单片机系统与外部计算机系统的通信变得非常容易。

　　2.6.性价比高。

　　单片机应用广泛，生产批量大，产品供应商的商业竞争使得单片机产品的性能越来越强而价格低廉，有优异的性能价格比。

　　单片机的分类：

　　3.1.通用型/专用型 这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的;专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

　　3.2.总线型/非总线型 这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。

　　3.3.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。一般而言，工控型寻址范围大，运算 能力强;用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。 显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。

　　单片机的原理：

　　目前，单片机原理在当代的应用可谓是越来越广泛，单片机原理是值得我们好好学习的，现在我们就深入了解单片机原理。

　　

 

　　单片机原理

　　所谓单片机就是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上 ，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把 一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：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。

　　随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。

　　单片机的结构：

　　5.1.运算器：用于实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行;

　　5.2.控制器：是计算机的控制指挥部件,使计算机各部份能自动协调的工作;

　　5.3.存储器：用于存放程序和数据;(又分为内存储器和外存储器,内存储器就如我们电脑的硬盘,外存储器就如我们的U盘)

　　5.4.输入设备：用于将程序和数据输入到计算机(例如我们电脑的键盘、扫描仪);

　　5.5.输出设备：输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式显示或保存(例如我们的打印机)。

　　单片机的工作过程 ：

　　单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作;单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令(这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令)，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元(最小的存储单位)组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。

　　程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC(包含在CPU中)，在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC之中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

　　单片机的应用 ：

　　7.1.在智能仪器仪表上的应用

　　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)。

　　7.2.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。

　　7.3.在家用电器中的应用

　　可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

　　7.4.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。

　　7.5.单片机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。

　　此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

　　单片机的主要发展阶段：

　　早期阶段SCM即单片微型计算机(Microcontrollers)阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

　　Micro Controller Unit中期发展MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。当前趋势SoC嵌入式系统(System on Chip)式的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

　　单片机系统软件抗干扰方法：

　　在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以mcs-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。

　　单片机系统因干扰复位或掉电后复位均属非正常复位，应进行故障诊断并能自动恢复非正常复位前的状态。

　　单片机的攻击技术：

　　10.1.软件攻击。该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期atmelat89c 系列单片机的攻击。攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞，使用自编程序在擦除加密锁定位后，停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作，从而使加过密的单片机变成没加密的单片机，然后利用编程器读出片内程序。

　　10.2.电子探测攻击。该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性，并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击。因为单片机是一个活动的电子器件，当它执行不同的指令时，对应的电源功率消耗也相应变化。这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计方法分析和检测这些变化，即可获取单片机中的特定关键信息。

　　10.3.探针技术。该技术是直接暴露芯片内部连线，然后观察、操控、干扰单片机以达到攻击目的。

　　虽然大多数普通单片机都具有熔丝烧断保护单片机内代码的功能，但由于通用低档的单片机并非定位于制作安全类产品，因此，它们往往没有提供有针对性的防范措施且安全级别较低。加上单片机应用场合广泛，销售量大，厂商间委托加工与技术转让频繁，大量技术资料外泻，使得利用该类芯片的设计漏洞和厂商的测试接口，并通过修改熔丝保护位等侵入型攻击或非侵入型攻击手段来读取单片机的内部程序变得比较容易。

　　应对单片机破解的建议：

　　11.1.在选定加密芯片前，要充分调研，了解单片机破解技术的新进展，包括哪些单片机是已经确认可以破解的。尽量不选用已可破解或同系列、同型号的芯片。

　　11.2.尽量不要选用mcs51系列单片机，因为该单片机在国内的普及程度最高，被研究得也最透。

　　11.3.产品的原创者，一般具有产量大的特点，所以可选用比较生僻、偏冷门的单片机来加大仿冒者采购的难度。

　　11.4.选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机，如atmelavr系列单片机等。

　　11.5.在设计成本许可的条件下，应选用具有硬件自毁功能的智能卡芯片，以有效对付物理攻击。

　　11.6.如果条件许可，可采用两片不同型号单片机互为备份，相互验证，从而增加破解成本。

　　11.7.打磨掉芯片型号等信息或者重新印上其它的型号，以假乱真。

　　当然，要想从根本上防止单片机被解密，程序被盗版等侵权行为发生，只能依靠法律手段来保障。

　　如果说单片机就是一个电脑你可能不会认可，其实它和我们用的电脑的在本质上没有区别，只是5步和100步的区别，想当年比尔.盖茨也给类似的东西搞过编程，当时机器的显示器是几个led显示灯。

　　PLC与单片机的区别：

　　看到网友在讨论PLC与单片机的区别,我也来瞎说几句: PLC其实就是一套已经做好的单片几(单片机范围很广的喔)系统.

　　PLC的梯形图你可以理解成是与汇编等计算器语言一样是一种编程语言,只是使用范围不同!而且通常做法是由PLC软件把你的梯形图转换成C或汇编语言(由PLC所使用的CPU决定),然后利用汇编或C编译系统编译成机器码!PLC运行的只是几器码而已.梯形图只是让使用者更加容易使用而已.

　　同样MCS-51单片机当然也可以用于PLC制作,只是8位CPU在一些高级应用如: 大量运算(包括浮点运算),嵌入式系统(现在UCOS也能移植到MCS-51)等,有些力不从心而已.我公司在使用的一套工业系统就是使用MCS-51单片机做的,不过加上DSP而已,已经能满足我们要求(我们设备速度较慢,而且逻辑控制为主,但是点数不少喔,128点I/O呢!!),而且同样使用梯形图编程,我们在把我们的梯形图转化为C51再利用KEIL的C51进行编译.你没有注意到不用型号的PLC会选用不同的CPU吗!!

　　当然也可以用单片机直接开发控制系统,但是对开发者要求相当高(不是一般水平可以胜任的),开发周期长,成本高(对于一些大型一点的体统你需要做实验,印刷电路板就需要一笔相当的费用,你可以说你用仿真器,用实验板来开发,但是我要告诉你,那样做你只

　　单片机故障的排除：

　　13.1.单片机正常工作的三个条件

　　单片机工作的三个条件分别是电源、时钟晶振、复位。当单片机不能正常工作时，我们首先就要检查这三个条件，用电压表或者万用表检测他的电源和接地脚，检测两个引脚之间的电压是不是5V左右;对于时钟晶体振荡有没有正常工作，我们最好用示波器进行检测，看能否检测到相应频率的正弦波脉冲;复位检测比较简单，单片机的复位电平一般是高电平复位，单片机在接通电源的时候一般复位引脚上会出现5V左右的高电平，另外在按下复位按键时，复位引脚上也会出现高电平，用一般的电压表或者万用表都可以进行检测。

　　13.2.单片机内部是否正常工作的检测

　　单片机内部有没有正常工作，我们主要是通过写入程序的方式来进行检测和排查。这个检测需要有“烧入”代码的硬件和软件才行，检测的原理就是通过“烧入”代码的硬件和软件，将一段带有检测功能的正常代码“烧入”到单片机。检查两个方面：第一就是能不能将目标代码正常写入单片机，不能正常写入单片机时，说明单片机已经损坏，需要更换同型号的单片机;第二就是目标代码可以正常写入单片机，写入后的效果是不是就是程序设定的功能，如果是说明单片机正常。

　　单片机在更换时，我们最好采用同型号的单片机，然后写入公司给予的目标代码，单片机的价格目前一般比较便宜，零售价格大概5元左右。

　　是验证了硬件与软件的可行性,并不代表可以用在工业控制系统,因为工业控制系统对抗干扰的要求非常高,稳定第一,而不是性能第一,所以你的电路板设计必须不断实验,改进).