附录C 英文原文

Principle and application of single chip microcomputer

Overview of single chip microcomputer

Hardware and software system are two parts of a complete computer system. The electronic equipment we can see around us is the hardware system. The hardware system is the physical carrier of a small computing system. Generally speaking, it is composed of ALU, controller, I / O equipment, I / O interface circuit, memory, system bus, etc. Hardware makes our computer have the ability of computing, but to make the computer work, it also needs to be driven by software system. Software system is to edit the program artificially so that it can operate automatically and at high speed according to the wishes of users.

According to the bit classification of microprocessor, it can be divided into: the first 4-bit machine launched by Hoff of Intel company in 1971, the 8-bit machine also developed by Hoff, the 16 bit machine appeared in the process improvement, and the 32-bit machine and 64 bit machine still widely used today.

The structural form of single chip microcomputer and its semiconductor technology make single chip microcomputer have many characteristics, such as high cost performance, high integration, small volume, good reliability, long service life, strong control function, low energy consumption, low voltage, convenient for production and portability, easy to form application systems of various scales and so on.

Early microcontrollers were 8-bit or 4-bit. Among them, the most successful is Intel 8031, which has won great praise for its simplicity, reliability and good performance. Since then, MCS51 series single chip microcomputer system has been developed on 8031. The single chip microcomputer system based on this system is still widely used until now. With the improvement of the requirements in the field of industrial control, 16 bit single chip microcomputer began to appear, but it has not been widely used because of its poor cost performance. After the 1990s, with the great development of consumer electronic products, single chip microcomputer technology has been greatly improved. With the wide application of Intel i960 series, especially the later arm series, 32-bit MCU quickly replaced the high-end position of 16 bit MCU and entered the mainstream market. The performance of the traditional 8-bit MCU has also been rapidly improved, and the processing capacity has been hundreds of times higher than that in the 1980s. At present, the main frequency of the high-end 32-bit single chip microcomputer has exceeded 300MHz, and its performance has caught up with the special processor in the mid-1990s. The ex factory price of the ordinary model has dropped to $1, and the most high-end [1] model is only $10. It is no longer widely used in the whole series of embedded single-chip microcomputer and special-purpose single-chip microcomputer operating system. As the core processing of handheld computers and mobile phones, high-end MCU can even directly use special windows and Linux operating systems.

Single chip microcomputer is more suitable for embedded system than special processor, so it has been used most. In fact, MCU is the largest number of computers in the world. Almost every electronic and mechanical product used in modern human life will be integrated with single chip microcomputer. Mobile phones, telephones, calculators, household appliances, electronic toys, handheld computers, mice and other computer accessories are equipped with 1-2 single-chip computers. There will also be a large number of single chip computers working in personal computers. Cars are generally equipped with more than 40 single-chip computers. There may even be hundreds of single-chip computers working at the same time in complex industrial control systems. The number of single-chip computers is not only far more than the sum of PC and other calculations, but even more than the number of human beings.

The MCU also uses modules with similar functions to the computer, such as CPU, memory, parallel bus, and storage devices with the same function as the hard disk. The difference is that the performance of these components is much weaker than our home computer, but the price is also low. Generally, it can be used to do some less complex work such as controlling electrical appliances for no more than 10 yuan. It can be seen in the fully automatic drum washing machine, smoke hood, VCD and other household appliances we use now. It is mainly used as the core component of the control part.

Principle of single chip microcomputer

Single chip microcomputer is a circuit chip that integrates the CPU, memory, I/O equipment, I/O interface circuit and other components of microcomputer. Is a complete microcomputer. Based on the hardware equipment, the program is written manually to make it run. When the user needs to make the single chip microcomputer complete a certain operation independently according to his will, first write a series of programs that can make it run. The operation of single chip microcomputer is executed according to the instruction program written by the user. Among them, the instruction is a program command written according to the users wishes, which drives the single chip microcomputer to independently perform the corresponding operation according to the users requirements. Generally speaking, an operation needs an instruction to control.

In short, the written program will be stored in the memory, which is divided into many storage units and given different unique and determined address numbers. What is stored in these storage units with different unique and determined address numbers is the artificially written program. When the MCU is running, find the corresponding instruction according to the address number, take it out for translation and execute the correspondi

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单片机原理及应用

单片机概述

硬件和软件系统是组成一个完整的计算机系统的两大部分。在我们身边所能看见触碰到的电子设备即硬件系统，硬件系统是组成小型计算系统的物理载体，一般来说由ALU、控制器、I/O设备、I/O接口电路、存储器、系统总线等构成。硬件使得我们的计算机有了运算的能力，但要使得计算机工作起来还需要软件系统进行驱动。软件系统就是人为编辑程序使之能够按照使用者的意愿进行自动高速的运作。

根据微处理机的位数分类可以分为：最初1971年intel公司的霍夫推出的第一款4位机、同样由霍夫研制发出的8位机、工艺的提升出现了16位机、到现在依然在广泛使用的32位机和64位机。

单片机的结构形式和其所采用的半导体工艺，使得单片机具有性价比高、集成度高体积较小可靠性好、使用寿命长、控制功能强、低能耗、低电压、便于生产便携、易于构成各种规模得应用系统等多项特点。

早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端^[1]的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作，单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。它主要是作为控制部分的核心部件。

单片机原理

单片机是一种集成了微型计算机的CPU、存储器、I/O设备、I/O接口电路等部件的电路芯片。是一个完整的微型计算机。在硬件设备的基础下，通过人为编写程序使之运行。当使用者需要使单片机按照其意愿自主完成某种操作时，首先编写出一系列能够使之运行的程序。单片机运行也就是按照用户所编写好的指令程序执行。其中指令是以按照用户的意愿编写的程序命令，驱使单片机按照用户的有要求自主地去执行相应的操作，一般来说，一种操作就需要一条指令来控制。

简单来说，编写好的程序将被储存在存储器中，而存储器中又分划了众多的存储单元并被赋予不同的唯一的确定的地址号，这些有着不同的唯一的确定的地址号的存储单元中存储着的就是人为编写好的程序。当单片机运行时，则根据地址号找到相对应的指令取出来翻译并执行相应的操作。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板。但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别。只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。

由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。

单片机应用

如今的单片机在大量的专用的嵌入式操作系统的应用下，在某些方面比其他处理器更适合用在嵌入式系统上，所以在实际操作中，单片机有着更多的应用。单片机是微型计算机却不限于人们生活中所使用的计算机的样式，如此看来，在全世界，数量最多的计算机是单片机。

（1）工业方面。在工业领域，利用单片机和其他多种技术相结合，将复杂的数字逻辑简单化以达到对电子仪器的控制能力，与高精度的传感器相结合可以达到对温度、湿度、光照等外界环境条件的高精准度把控，与其他设备相连接设定程序协议实现“一对多”的远程通信hellip;hellip;

可以看出单片机对工业领域所提供的多种便利，为工业领域节约了大量的人工成本、实现工业自动化和高精度的技术支持，工业领域能朝着自动化，现代化发展也得益于可靠的单片机的支持。

（2）智能仪器仪表方面。单片机体积微小低电压低能耗等特点使得单片机在只能仪器仪表方面也能灵活于其他技术结合运用。在单片机的控制下，不仅可以实现对外界条件的感知测量，甚至相较于以往所使用的元器件的测量更加精准更加强大，并且能将数据更加简单的呈现给用户参考。

在智能领域，利用单片机可以达到人们对抽象事物的具体化，将无法精确感知的变量转化为可供人们参考的便于分析的数据，并且可将数据进行进一步的利用，对数据处理后可实现设备智能化。

（3）通信方面。单片机实现通信功能已经渗透到了我们生活中的点点滴滴，小到我们日常生活中所普遍使用的手机，大到各种无线通信系统都是单片机在通信方面所涉及的方面。

在通信方面，单片机就显得更加的重要，当今人们所依赖的网络社交，能够拥有流畅高速的通信条件等等。

（4）消费产品方面。如智能机器人，空调等大大小小的电子产品，为人门的生活提供着舒适和便利。

（5）导弹与控制方面。单片机的发展也推动着国防军事的发展。从以往的靠人眼和经验判断投掷炸弹，到现在只需要远程操控导弹就能达到精准打击目标，这是单片机在大众眼中最容易，直观的功能。单片机的发展在国防军事中的应用同样繁多，除了能够实现导弹制导以外，还有飞机导航系统和军事装备等各种应用，为我国的军工发展做出极大贡献。

（6）计算机外部设备及电器方面。

起初模型

1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）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。

2.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。

嵌入式系统

单片机是嵌入式系统的独立发展之路，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。

单片机的应用领域

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

下面以AT89S52单片机为例，对单片机作进一步的描述：

AT89S52单片机

主要性能

bull; 与MCS-51单片机产品兼容

bull; 8K字节在系统可编程Flash存储器

bull; 1000次擦写周期

bull; 全静态操作：0Hz～33Hz

bull; 三级加密程序存储器

bull; 32个可编程I/O口线

bull; 三个16位定时器/计数器

bull; 八个中断源

bull; 全双工UART串行通道

bull; 低功耗空闲和掉电模式

bull; 掉电后中断可唤醒

bull; 看门狗定时器

bull; 双数据指针

bull; 掉电标识符

1.功能特征描述

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉

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