文献翻译—单片机

附录：英文技术资料及中文翻译单片机单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程 序 通 常 是 顺 序 执 行 的 ， 所 以 程 序 中 的 指 令 也 是 一 条 条 顺 序 存 放 的 ， 单片 机 在 执 行 程 序 时 要 能 把 这 些 指 令 一 条 条 取 出 并 加 以 执 行 ， 必 须 有 一 个 部 件能 追 踪 指 令 所 在 的 地 址 ， 这 一 部 件 就 是 程 序 计 数 器 PC（ 包 含 在 CPU 中 ） ，在 开 始 执 行 程 序 时 ， 给 PC 赋 以 程 序 中 第 一 条 指 令 所 在 的 地 址 ， 然 后 取 得 每一 条 要 执 行 的 命 令 ， PC 在 中 的 内 容 就 会 自 动 增 加 ， 增 加 量 由 本 条 指 令 长 度决 定 ， 可 能 是 1、 2 或 3， 以 指 向 下 一 条 指 令 的 起 始 地 址 ， 保 证 指 令 顺 序 执行 。单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 （ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 缩 写 MCU 表 示 单 片 机 ， 它 最 早 是 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 体 积 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 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 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 又 称 单 片 微 控 制 ， 它 不 是 完 成 某 一 个 逻 辑 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一个 计 算 机 系 统 集 成 到 一 个 芯 片 上 。 相 当 于 一 个 微 型 的 计 算 机 ， 和 计 算 机 相 比 ，单 片 机 只 缺 少 了 I/O 设 备 。 概 括 的 讲 ： 一 块 芯 片 就 成 了 一 台 计 算 机 。 它 的 体积 小 、 质 量 轻 、 价 格 便 宜 、 为 学 习 、 应 用 和 开 发 提 供 了 便 利 条 件 。 同 时 ， 学习 使 用 单 片 机 是 了 解 计 算 机 原 理 与 结 构 的 最 佳 选 择 。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 储 存 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 。它 是 一 种 在 线 式 实 时 控 制 计 算 机 ， 在 线 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 。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 。可 以 说 ， 二 十 世 纪 跨 越 了 三 个 “电 ”的 时 代 ， 即 电 气 时 代 、 电 子 时 代和 现 已 进 入 的 电 脑 时 代 。 不 过 ， 这 种 电 脑 ， 通 常 是 指 个 人 计 算 机 ， 简 称 PC机 。 它 由 主 机 、 键 盘 、 显 示 器 等 组 成 。 还 有 一 类 计 算 机 ， 大 多 数 人 却 不 怎 么熟 悉 。 这 种 计 算 机 就 是 把 智 能 赋 予 各 种 机 械 的 单 片 机 （ 亦 称 微 控 制 器 ） 。 顾名 思 义 ， 这 种 计 算 机 的 最 小 系 统 只 用 了 一 片 集 成 电 路 ， 即 可 进 行 简 单 运 算 和控 制 。 因 为 它 体 积 小 ， 通 常 都 藏 在 被 控 机 械 的 “肚 子 ”里 。 它 在 整 个 装 置中 ， 起 着 有 如 人 类 头 脑 的 作 用 ， 它 出 了 毛 病 ， 整 个 装 置 就 瘫 痪 了 。 现 在 ， 这种 单 片 机 的 使 用 领 域 已 十 分 广 泛 ， 如 智 能 仪 表 、 实 时 工 控 、 通 讯 设 备 、 导 航系 统 、 家 用 电 器 等 。 各 种 产 品 一 旦 用 上 了 单 片 机 ， 就 能 起 到 使 产 品 升 级 换 代的 功 效 ， 常 在 产 品 名 称 前 冠 以 形 容 词 “智 能 型 ”， 如 智 能 型 洗 衣 机 等 。现 在 有 些 工 厂 的 技 术 人 员 或 其 它 业 余 电 子 开 发 者 搞 出 来 的 某 些 产 品 ， 不 是 电路 太 复 杂 ， 就 是 功 能 太 简 单 且 极 易 被 仿 制 。 究 其 原 因 ， 可 能 就 卡 在 产 品 未 使用 单 片 机 或 其 它 可 编 程 逻 辑 器 件 上 。单 片 机 的 基 本 结 构单 片 机 由 运 算 器 、 控 制 器 、 存 储 器 、 输 入 输 出 设 备 构 成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