单片计算机

概述

发展

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。 单片机到底是什么呢？就是一个电脑，只不过是微型的，麻雀虽小，五脏俱全：它内部也用和电脑功能类似的模组，比如CPU，记忆体，并行汇流排，还有和硬碟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複杂的工作足矣了。我们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。 它是一种线上式实时控制计算机，线上式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 比尔.盖茨就是比尔.盖茨，他在关键的时候选择了开发作业系统而不是接着对各种程式开发下去，毕竟作业系统是一切软体的平台，就象地球是我们生存的平台。虽然运行的WIN系列的核心基础是MS-DOS，虽然MS－DOS是比尔.盖茨花钱买来的，开发MS-DOS的那个天才工程师后来在一个酒吧里面死于一次打架斗殴！英年早逝了，不过卖MS-DOS的那20000美元早就花光了。 如果比尔.盖茨不懂技术他也就不会去买什么MS-DOS，也就没有后来的他的微软帝国，这就是我们为什么要学习技术的主要原因，不懂技术可以做混世魔王或者别的什么，但是不会特别辉煌！从对待生命的态度来说，说到底，人其实只分为两种，第一种：悠哉游哉不求人生价值的实现，永远都达不到自我的真正自由；第二种：孜孜不倦以求成功，对失败的认识就是失败是成功之母！这就是学习一些专业技术的意义了，换句话说：生存还是死亡，做一只悠哉游哉快乐的猪其实已经是死了，因为那是毫无意义的快乐，是一种堕落的逃避的快乐，是对生命的放弃。 单片机是靠程式的，并且可以修改。通过不同的程式实现不同的功能，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。一个不是很複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系列这些纯硬体来搞定的话，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式可以实现高智慧型，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体还是最低级彙编语言，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，也没有像硬碟那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程式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的硬碟来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬体资源方面的利用率必须很高才行，所以彙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作业系统和套用软体拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。 嵌入式系统是以套用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬体可裁剪，适用于套用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬体设备、嵌入式作业系统以及用户的应用程式等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬体和软体两部分。硬体包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O连线埠、图形控制器等。软体部分包括作业系统软体（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程式编程。有时设计人员把这两种软体组合在一起。应用程式控制着系统的运作和行为；而作业系统控制着应用程式编程与硬体的互动作用。 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点： 1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断回响时间，从而使内部的代码和实时核心心的执行时间减少到最低限度。 2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软体结构已模组化，而为了避免在软体模组之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软体诊断。 3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足套用的最高性能的嵌入式微处理器。 4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于携带型的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： 1.嵌入式系统通常是面向特定套用的 嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的 系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在晶片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网路的耦合也越来越紧密。 2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体套用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 3.嵌入式系统的硬体和软体都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体套用中对处理器的选择更具有竞争力 4.嵌入式系统和具体套用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 5.为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软体一般都固化在存储器晶片或单片机本身中，而不是存贮于磁碟等载体中。 6.嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程式功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

套用

在计算器的设计工作中引人了单片计算机作为支持，在提高计算器运算能力以及速度方面有着重要的意义与价值。

单片机从根本上来说是对应于硬体结构的晶片，实际使用过程当中，为了能够与被控制对象形成可靠的电气连线关係，同时建立一个完整的单片机套用系统，往往需要通过外部扩展设备、接口电路、以及对象等方式加以实现。在计算器基本结构设计方案下，对单片计算机的套用需要重点关注一个问题：在计算器内部结构构成方面，单片机最小系统外所涉及到的复位电路，时钟源元件，以及电源元件可集中称之为单片机最小系统，实现计算器加减乘除一类的简单性操作功能。