单片机的结构及其发展

（江苏师范大学科文学院信息科学系 江苏徐州 221116）

摘要：单片机已经渗透到我们生活的每个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。因为单片机内部功能十分强大，而且系统扩展也十分方便，它具有集成度高、功能强、速度快、抗干扰性强、高性价比、低电压、等等优点，所以这几十年来一直很受欢迎，广泛应用于智能化仪器仪表、工业测控、数据采集系统、日常家电和计算机网络通信等方面。在本文中就会介绍MCS-51单片机的结构特征和一些内部功能以及简单的应用。

关键词：单片机；应用；发展；结构

1. 单片机的介绍和结构特征

单片机是由芯片内CPU处理器发展而来，单片机在国际上被称作MCU（Micro controller Unit），它最早是被应用在工业控制的领域。最早Inter公司的设计理念是通过将CPU和大量外围设备集成在一个芯片中，来适应对体积和功能有较高要求的设备之中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，在国际上得到了极大的欢迎，所以各国各公司争相开发单片机，将其大力发展。

单片机的结构特征是将组成计算机的基本器件全部整合到一块芯片上面，构成一个体积小功能强的微型处理器，这就是它最显著的特点。它的处理器CPU是由运算器、控制器、中断部件等等所构成。因为单片机有为嵌入式系统设计的专门的指令系统和体系结构，所以在其基础之上可以设计出很多种满足应用要求的兼容系统，所以它有极广阔的应用空间。用户可以根据所需要的功能来挑选单片机的类型。这都依靠于单片机具有极强的可靠性。

2. 单片机的一些内部功能

2.1单片机的引脚功能

MCS-51单片机的引脚主要包括电源的引脚、外接晶体的引脚、32条I/O口、4条控制引脚。电源引脚是为了接入+5v电源工作，两条时钟引脚外接晶体是为了与单片机内部的反向放大器构成一个振荡器为单片机提供时钟控制信号。32条引脚一般分为四组IO口，具有传输数据、搜集定时计数器脉冲、储存高8位地址、串行接入输入输出端、外部储存器选通等等功能，所以单片机的功能很多但是引脚数较少，许多引脚都具有双重功能，所以这就为单片机的系统扩展奠定了坚实的基础。

2.2单片机的中断计数定时功能

由于系统内外原因，所以一个好的系统一定要有能够及时终止程序的执行功能，等待系统处理完事件之后，再继续进行先前的操作，所以这就是单片机的中断功能，我们也把能够实现这样功能的部件称之为中断系统。中断功能它应该具有中断及无差异返回恢复执行、能实现优先级排队操作、高级中断电路源能中断低级中断处理等具体功能。

定时器、计数器是单片机控制系统两个特别重要的功能，许多单片机中就有这样两个功能，避免添加特定计算芯片的麻烦。这两个功能的衍生功能有

1. 定时来操作，保证准确性，比如定时采用输入信号、定时扫描显示器，产生定时中断等。

2. 计数操作，可以对外部脉冲进行计数，实现对外部脉冲次数的记录，并保存数据。

3. 定时输出，使输出脉冲的占空比、宽度、周期频率达到预期的精度不被程序所影響，是应用精确防干扰能力加强。

4. 监视系统能正常工作，如果超出我们预先设定的标注，则系统直接进行复位，重启系统正常工作。

2.3 A/D，D/A转换技术

当单片机工作时总是会测量一些参数，但是在绝大部分情况之下，这些信号都是模拟信号，但是我们现在讲的此种单片机只能处理数字信号，所以A/D转换接口就是把这些模拟信号转换为二进制数进行量化的电路外设，进制越高则其精度越高，而且提高分辨率就可以减小误差，通常A/D完成一次转化的时间就被我们称之为A/D转换时间。转换原理一般采用双积分法、电压时间式、逐次逼近式等等方法，A/D转换为模拟信号和数字信号之间打开了一扇大门。

D/A就是单片机中有数字信号转化为模拟信号输出的必备电路设备，它是由精密电阻网络、电子开关、电压基准或电流基准等等期间构成。它的基本原理就是把数字量的每一位代码按照加权的大小转换成模拟分量，然后依照叠加原理将这些分量依次叠加，转换为所需要的模拟输出量，从而得到我们需要信息。

3. 单片机的发展趋势

现如今的单片机的发展趋势就是向着高性能、小体积、大容量化、外围电路内装功能强大化等几个方面来完善发展。

1.小体积大容量化，将单片机的体积做小但是内部程序储存器的ROM、数据储存器RAM做大，同时性价比大大提高来适应人们的要求，满足市场需要。

2.进一步升级CPU的性能，加快其指令的运行速度，加强处理能力，提高系统控制的可靠性，精确度防干扰能力大大提高。

3.随着集成电路的不断发展，人们将把那些外围的电器设备逐渐的集成到一块芯片之中，会把一些基本的功能加进来例如声音发生器、监视定时器、A/D、D/A、液晶显示器、蜂鸣报警器、动态静态数码管等待，这样使得单片机集成程度更高，功能更强、体积更小。

4.总结

单片机的发展在这几十年来是越来越迅速，现在8位单片机虽然还是占据市场主要地位，但是单片机已经达到64位，其性能指标应用能力越来越被人们所重视。它将会将更多内设集成上一块芯片，其性价比越来越高，其应用将会更加广阔。

参考文献

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作者简介：

杨凯伦（1994-），男，福建省晋江市人，民族：汉职称：讲师 学历：在读本科大学生。