单片机工作原理
单片机的工作原理和计算机CPU一样，主要利用芯片内部的半导体存储器来存储用户的程序和数据。单片机的核心中央微处理器CPU，有指令寄存器、指令译码器、程序计数器等部件。程序计数器寻找下一条要执行的指令，找到后将指令送入指令寄存器，再由指令译码器翻译执行指令，完成指令功能的操作。总而言之：单片机的工作是一个不断取指令、分析指令、执行指令的循环过程。按照预先编写的程序执行，达到用户所期望的结果。单片机的主要用途是做生产设备的控制器、智能仪器的核心部件。由于单片机体积小，可以植入任何设备和仪器中，所以也是嵌入式技术的核心部件。
微控制器功能
1、集成度高、体积小、可靠性高。单片机把各种功能元件集成在一块晶体芯片上，集成度高，体积自然也是最小的。芯片本身是按照工业测控环境的要求设计的，内部连线很短，抗工业噪声性能比通用CPU要好。单片机程序指令、常数、表格都固化在ROM中，不易被损坏。许多信号通道都在一块芯片里，所以可靠性高。
2.控制功能强 为了满足对象的控制要求，单片机的指令系统具备极其丰富的条件：分支转移能力、逻辑运算能力和I/O口的位处理能力，非常适合于特殊的控制功能。
3.低电压、低功耗，易于制作便携式产品。为了满足在便携式系统中广泛应用的需要，很多微控制器的工作电压仅为1.8V~3.6V，工作电流仅为几百微安。
4、易于扩展。芯片上具有计算机正常工作所必需的元器件，芯片外部有许多可供扩展的三总线和并、串行输入输出引脚，可以方便地组成各种规模的计算机应用系统。
5、性能价格比极佳。单片机的性能极高，为了提高速度和运行效率，单片机开始采用RISC流水线、DSP等技术。单片机的寻址容量也突破了64KB的极限，有的已达1MB、16MB。芯片的ROM容量可达62MB，RAM容量可达2MB。由于单片机的广泛应用，其销售量极大，各大公司之间的商业竞争，使其价格非常低廉，性能价格比极高。
微控制器的分类
1. 普通型
这是根据微控制器的应用范围来区分的，例如80C51通用微控制器，并不是为某一特定用途而设计的，专用微控制器则是针对一类产品甚至某一特定产品而设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在芯片上集成了带有ADC接口等功能的测温控制电路。
2. 总线类型
这是通过微控制器是否提供并行总线来区分的。总线型微控制器一般都配有并行地址总线、数据总线和控制总线，这些引脚用于扩展并行外围设备，可以通过串口与微控制器连接。另外，很多微控制器已经把所需的外围设备和外围接口集成到一块芯片上，因此在很多情况下，不需要并行扩展总线，大大降低了封装成本和芯片体积。这种类型的微控制器被称为非总线型微控制器。
3. 控制类型
这种区分是按照单片机的一般应用领域来划分的。一般来说，工业控制单片机寻址范围大，运算能力强；家电领域使用的单片机多为专用型，通常封装小，价格低，外围器件和外围接口集成度高。显然，上述分类并不唯一和严格。例如80C51型单片机既是通用型的，又是总线型的，也可用于工业控制。
单片机硬件特点
1、主流MCU包含CPU、4KB RAM、128KB ROM、2个16位定时器/计数器、4个8位并口、全双工串口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP；
2、系统结构简单，使用方便，模块化；
3、单片机可靠性高，可无故障工作10^6~10^7小时；
4、处理功能强，速度快；
5.低电压，低功耗，方便制作便携式产品；
6、控制功能强；
7、适应环境能力强。
单片机应用领域
1、单片机在智能仪器仪表中的应用在各类仪器仪表中引入单片机，使得仪器仪表实现了智能化，提高了测试的自动化和准确性，简化了仪器仪表的硬件结构，提高了其性能价格比。
2、单片机在机电一体化中的应用机电一体化是机械工业的发展方向，机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特点的机电产品，如由微机控制的车床、钻床等，在产品中采用单片机作为控制器，可以充分发挥其体积小、可靠性高、功能强等优点。
3、单片机在日常生活及家用电器中的应用单片机自诞生以来就进入了人类的生活，洗衣机、电冰箱、空调、电子玩具、电饭煲、视听设备等家用电器在搭载单片机后，智能化程度提高，功能增多，深受人们的喜爱，单片机将使人类的生活更加方便、舒适、丰富多彩。
4、在实时过程控制中的应用：利用单片机对数据进行实时处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。
5、办公自动化设备 现代办公室所用的通讯和办公设备大部分都嵌入了单片机，例如打印机、复印机、传真机、绘图仪、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘解码和磁盘驱动器等。
6、商业营销设备商业营销系统中广泛应用的电子秤、收银机、条码阅读器、IC卡阅读器、出租车计价器、仓库安全监控系统、商场防盗系统、空调系统、冷藏保险系统等都是由单片机进行控制的。
7、在计算机网络和通讯领域的应用现代单片机一般都具有通讯接口，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讯设备中的应用提供了优良的物质条件。现在的通讯设备基本都实现了单片机智能控制，从移动电话、电话机、小型可编程交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信，到日常工作中随处可见的手机、集群移动通信、无线对讲机等等。
8、单片机在医疗设备领域的应用单片机在医疗设备中也有着广泛的应用，例如医用的呼吸机、各类分析仪、监护仪、超声诊断设备、床位呼叫系统等等。
9、汽车电子产品现代汽车的集中显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。
10、单片机在航天系统、国防军事、尖端武器等领域的应用是不言而喻的。综上所述，单片机已成为计算机发展应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。过去必须用模拟电路或数字电路来实现的大部分功能，现在都可以用单片机通过软件方法来实现。这种用软件代替硬件的控制技术也叫单片机技术，这是传统控制技术的一次革命。
MCU发展趋势
现在可以说单片机正处于一个百花齐放、百家争鸣的时期，世界各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有。有的与主流的C51系列兼容，有的则不然，但各有特色，相得益彰，为单片机的应用提供了广阔的空间。纵观单片机的发展历程，我们可以预测单片机的发展趋势，大致有以下几种：
1.低功耗CMOS
MCS-51系列的8031推出时，其功耗就达到了630mW，而现在的单片机一般都在100mW左右。随着对单片机功耗要求越来越低，现在的单片机生产厂家基本都采用CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。例如80C51就采用HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗低，但是由于其物理特性决定了其运行速度不够高，而CHMOS则具有速度快、功耗低的特点，这些特点比较适合电池供电等要求低功耗的场合。所以这种工艺将是今后单片机发展的主要方式。
2. 微单片化
现在常规的单片机一般把中央处理器（CPU）、随机存取数据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口、中断系统、定时电路、时钟电路等都集成在一块芯片上。增强型单片机把A/D转换器、PMW（脉冲宽度调制电路）、WDT（看门狗）等集成在一块芯片上，有的单片机把LCD（液晶）驱动电路集成在一块芯片上，这样，单片机包含的单元电路就更多了，功能也更强大了。甚至单片机生产厂家都可以根据用户的要求，量身定制具有自己特点的单片机芯片。另外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强、功耗低之外，还要体积小。现在很多单片机都有各种各样的封装形式，其中SMD（表面贴装）越来越流行，使得由单片机组成的系统向小型化方向发展。
3.主流与多品种并存
虽然单片机品种繁多，各有特点，但以80C51为核心的单片机仍占市场主导地位。台湾的PHILIPS、ATMEL、Winbond系列单片机产品与其结构和指令系统兼容，因此以C8051为核心的单片机占据了市场的半壁江山。Microchip公司的PIC精简指令系统（RISC）也有着强劲的发展势头。台湾HOLTEK公司的单片机产量近年来日益增多，并以其价格低廉、质量上乘的优势，占据了一定的市场份额。此外还有MOTOROLA公司的产品和日本几大公司的专用单片机。在一定时期内，这种局面仍将持续下去，不会出现一家单片机独霸天下的局面，而是走相互依存、相互补充、相互帮助、共同发展的道路。
以上就是仙机网小编为大家介绍的单片机的工作原理、特点、分类、硬件特点、应用领域、发展趋势等内容。单片机已经渗透到我们生活的每个领域，几乎很难找到一个没有单片机踪迹的领域，如导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制与数据处理、广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全系统、录像机、照相机、全自动洗衣机的控制以及程控玩具、电子宠物等等，都离不开单片机，更别提自动控制领域的机器人、智能仪器、医疗设备、各种智能机器了。因此，单片机的研究、开发和应用，将造就一批计算机应用、智能控制方面的科学家和工程师。
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