什么是单片机？单片机的应用范围有哪些？

　　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。什么是单片机？不清楚的朋友，那就跟着课课家小编一起来学习今天的内容吧。
　　什么是单片机?
　　简单的说，单片机就是一个计算机系统。为了弄清楚这个问题，得要从计算机说起。提到计算机，大家可能马上会想到“显示器、鼠标、键盘”，不过，这不是一个计算机的核心和关键，计算机的核心部分在一边的机箱里呢。打开机箱，可以看到，机箱里有主板、硬盘、光驱等，仔细观察主板，这上面有CPU、内存条、BiOS芯片，通常还有25针的打印接口等，这些部件都是通过主板上的连线相互连接。
　
　　不论是计算机复杂程度如何，他总是由运算器、控制器、存储器、输入/输出接口、总线五个部分组成。通常运算器和控制器被做成一块芯片，也就是CPU（中央处理器）。在计算机主板上，内存条和BIOS芯片及时存储器，25针打印接口就是输入/输出设备，则总线被设计在主板上，即各部件相互连接的线路。
　　在一些应用场合，人们不需要计算机完成十分复杂的运算，但却希望计算机小巧，可靠，价格低。于是人们就把组成计算机的这5个部分全部集成到一块芯片上，也说是一块芯片就能构成一个独立的计算机，在当时的技术条件下，这是一件了不起的事情，于是人们就用这个特征来为之命名，称为“单片机”。
　　将构成一个计算机所需要的5个部分全部都集成到一块芯片中，这块芯片是否要很大、价格是否很高呢?并非如此。如果要把图1所示主板上的所有元件都集成到一块芯片中，那当然非常昂贵，可能技术上也无法实现，但很多单片机中所需要用到的功能完全没必要那么强大，因此很多单片机体积很小，价格也很低。如市场上常见的单片机有8，14，16，18，20，28，40，84等引脚，有些甚至只有6个引脚，如图2所示是微芯公司(Microchip)发布的一款6引脚单片机。而价格从几元到几十、上百元的都有，有些品种在大批量定购时甚至可以低至1元以下。

　　刚接触到单片机的人往往会有个疑惑：既然人们已经有能力制造功能强大的计算机，为何还要生产些功能不强的计算机?其实，功能强弱并不是决定是否生产的决定因素，市场需要才是关键。比如，用来控制一台电箱的计算机显然没必要使用“奔腾”芯片的强大运算能力，只要进行非常简单的计算，作个比较，看一看温度是否在所控制区间之内，然后再做出相应的控制就行了。
　　单片机在人们的生活中、工农业生产设备中处处有应用，例如各定时装置、自动控制装置等。爱好者学习单片机应该注意观察事物，找到自己周围能够使用单片机的场合，从而将学到的知识应用到实际中去。例如，使用单片机技术改造传统的机电设备、在特定的场合使用单片机替代PLC等就有着广阔的应用前景;又如，使用单片机控制电扇、抽油烟机、空调等，从而制作出具有更强功能、能够通用的控制器，也是可以尝试的。
　　单片机的应用范围
　　现代人类生活中所用的几乎没见电子和机械产品中都会集成有单片机。按照单片机的特点，单片机的应用分为单片机应用和多机应用。在一个应用系统中，只能使用一片单片机称为单机应用。单片机的单机应用范围包括：
　　1）监控系统。用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统，自适应控制系统、数据采集系统等，达到测量与控制的目的。
　　2）智能仪表。用单片机可以改造原有的测量、控制仪表，促进仪表数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。
　　3）机电一体化。单片机与传统的机械产品相结合，是传统机械产品结构简化，控制职能化。
　　4）智能接口。在计算机控制系统，特别是在较大型的工业测控系统中，用单片机进行接口的控制与管理，加之单片机与主机的并行工作，大大提高了系统的运行速度。
　　5）智能民用产品。 如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中, 单片机控制器的引入, 不仅使产品的功能大大增强, 性能得到提高, 而且获得了良好的使用效果。
　　单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。
　　1）功能集散系统。多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。
　　2）并行多机控制系统。并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题, 以便构成大型实时工程应用系统。
　　3）局部网络系统。单片机按应用范围又可分成通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的，例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中，又可按字长分为4位、8位、16/32位，虽然计算机的微处理器现在几乎是32/64位的天下，8位、16位的微处理器已趋于萎缩，但单片机情况却不同，8位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能能满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用16/32位，而在一般工业领域，8位通用型单片机，仍然是目前应用最广的单片机。
　　单片机是如何工作的?
　　单片机的工作过程就是一个不断“取指令-分析指令-执行指令”的过程。单片机的程序以一条一条指令的形式存放在程序存储器中，单片机开始工作后，就从程序存储器的特定位置开始取指令，然后由单片机内部的控制器对指令进行分析，根据指令要求，进行“取数、送数、算术运算、逻辑运算、跳转”等基本操作中的一种或几种，这些操作都在一个规定的周期中完成，执行完了以后，到下一个存储器单元中取指令，重复刚才的操作(当然，这些要执行的操作具体内容可能跟上一次不一样了)，如此不断重复，直到断电为止。这里所说的“存储器特定位置”、“规定的周期”等与单片机的型号有关，下面以51系列单片机为例来说明。
　　在51系列单片机中有一个名为PC的寄存器(就是用来存数的一个容器)，在单片机复位后，这个寄存器中的内容被置为0000H，单片机内部的控制器总是根据PC寄存器中的值去相应的程序存储器单元取指令，因此，开机后，将从0000H单元取第一条指令，分析执行，同时，PC值将作相应的调整，指向将要执行的下一条指令的位置，下一条指令的位置在哪里呢?对于51单片机来说，一条指令可能占用一个字节、二个字节或三个字节，如果第一条指令是单字节指令，取完第一条指令以后，PC的值就会变为0001H，因此，第一条指令执行完毕以后，将从0001H单元中取出第二条指令来执行，以此类推。如果程序是顺序执行的，PC的值将始终不断增加，如果程序中有跳转指令，该指令将影响PC中的值，使PC中的值指向将要执行的下一条指令所在地址单元。这种跳转既可能是正向的，例如由0000H跳转到0030H，也可能是反向的，即往回跳转，如由200H跳转到100H。正是由于指令可以影响到PC中的值，才使得程序可以实现“分支”、“循环”等各种功能。那么，执行一条指令的时间又是多少呢?对于51单片机来说，指令执行时间有三种可能，单周期、双周期和四周期，不管一条指令需要做多少工作，都必然在规定的时间内完成。
　　单片机从1971年发展至今，各方面都得到了发展，种类上更丰富，集成度更高，价格更便宜，功能上更强大。