第二章 整体设计方案
2.1 单片机的选择
2.1.1 什么是单片机
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它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。单片机是将中央处理器,随机存储器。只读存储器,定时器芯片和 I/O 接口电路集成于
一个芯片上的微控制器。
单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控制领域。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提及要求严格的控制
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。
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
术得到了巨大的提高。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
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。
单片机是靠程序的,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!