單片機與嵌入式系統(tǒng)應用探討

單片機與嵌入式系統(tǒng)應用探討一、本文概述隨著科技的飛速發(fā)展，單片機與嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子領域的兩大核心技術。它們廣泛應用于智能家居、工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、航空航天等多個領域，推動了社會的科技進步和產(chǎn)業(yè)升級。本文將深入探討單片機與嵌入式系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷程、應用領域以及未來發(fā)展趨勢，旨在幫助讀者更好地理解和應用這兩項技術，為相關領域的研究和實踐提供有益的參考。本文將簡要介紹單片機和嵌入式系統(tǒng)的定義及特點，幫助讀者建立對這兩項技術的初步認識。然后，文章將回顧單片機與嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，分析其在不同歷史時期的技術特點和應用領域。接著，本文將重點探討單片機與嵌入式系統(tǒng)在各個行業(yè)中的應用實例，展示其在實際工作中的巨大作用。文章將展望單片機與嵌入式系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢，包括新技術、新應用、新挑戰(zhàn)等方面的內(nèi)容，為讀者提供前瞻性的思考和準備。通過本文的閱讀，讀者將能夠全面了解單片機與嵌入式系統(tǒng)的相關知識，掌握其在實際應用中的技巧和方法，為未來的研究和實踐打下堅實的基礎。二、單片機概述單片機，也被稱為微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU），是一種集成電路芯片，它采用超大規(guī)模集成電路技術將具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上，構成一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。這種芯片具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、價格低、可靠性高、性能穩(wěn)定、易于產(chǎn)品化、控制功能強等突出優(yōu)點，因此在各種智能儀器儀表、實時控制、家用電器、智能卡、汽車電子、消費類電子產(chǎn)品等領域得到了廣泛應用。單片機的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀70年代末，隨著半導體技術的快速發(fā)展，單片機的性能不斷提升，功能也日益豐富。目前，單片機已經(jīng)形成了多個系列和型號，如8051系列、PIC系列、AVR系列等，每種系列都有其獨特的架構和特點，適用于不同的應用場合。集成度高：將中央處理器、存儲器、I/O接口等電路集成在一塊芯片上，減少了外部電路的連接和布線難度?？刂乒δ軓姡壕哂卸喾N控制功能，如定時/計數(shù)、PWM輸出、A/D轉換等，可以滿足多種控制需求?？煽啃愿撸翰捎么笠?guī)模集成電路技術，具有良好的抗干擾能力和穩(wěn)定性。功耗低：采用低功耗設計，適用于電池供電的便攜式設備和長期運行的工業(yè)控制系統(tǒng)。價格低廉：隨著生產(chǎn)技術的不斷提高和市場競爭的加劇，單片機的價格越來越低，使得它在許多領域都有廣泛的應用前景。單片機作為一種重要的嵌入式系統(tǒng)核心芯片，在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領域的快速發(fā)展，單片機的應用前景將更加廣闊。三、嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是一種專用計算機系統(tǒng)，通常被嵌入到更大的設備或系統(tǒng)中，以執(zhí)行特定的控制、監(jiān)視或數(shù)據(jù)處理任務。這些任務可能涉及從簡單的設備控制，如家庭電器的定時器，到復雜的系統(tǒng)管理，如飛機或火箭的導航和控制。嵌入式系統(tǒng)的關鍵特性包括它們的定制性、實時性、資源限制以及與主系統(tǒng)的緊密集成。嵌入式系統(tǒng)通常包括一個或多個微處理器或微控制器，以及用于存儲和執(zhí)行程序的內(nèi)存。它們可能還包含各種傳感器和執(zhí)行器，用于與環(huán)境交互，以及用于通信的接口，如串行端口、網(wǎng)絡接口或無線收發(fā)器。嵌入式系統(tǒng)的軟件通常是定制的，以滿足特定應用的需求，并且通常需要在資源有限的環(huán)境下運行，例如內(nèi)存和處理器速度有限。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與應用領域的廣泛擴展密切相關，如消費電子、工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、航空航天、軍事裝備等。隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和嵌入式技術的結合，嵌入式系統(tǒng)的應用前景變得更加廣闊。例如，智能家居系統(tǒng)、智能城市基礎設施、遠程監(jiān)控和控制系統(tǒng)等，都是嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)領域的重要應用。嵌入式系統(tǒng)是一種多樣化的技術，它涉及硬件、軟件、通信和系統(tǒng)集成等多個方面。隨著技術的進步和應用需求的不斷變化，嵌入式系統(tǒng)將繼續(xù)在各個領域發(fā)揮重要作用，推動智能化和自動化的發(fā)展。四、單片機與嵌入式系統(tǒng)的應用比較單片機和嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)代電子工程中都有著廣泛的應用，它們在許多方面既有相似之處，也存在明顯的差異。以下是對單片機與嵌入式系統(tǒng)應用方面的深入探討和比較。從應用領域來看，單片機通常被用于控制一些較為簡單的電子設備，如家用電器、智能儀表、玩具等。而嵌入式系統(tǒng)則廣泛應用于更為復雜和高端的場合，如智能手機、平板電腦、汽車電子、醫(yī)療設備、工業(yè)自動化等領域。這是因為嵌入式系統(tǒng)通常擁有更強的處理能力、更多的內(nèi)存和存儲資源，以及更豐富的外設接口。從開發(fā)難度上看，單片機的開發(fā)相對較為簡單，因為它們的硬件資源相對固定，軟件編程也較為直接。而嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)則更加復雜，需要考慮到硬件平臺的多樣性、操作系統(tǒng)的選擇、軟件開發(fā)環(huán)境的搭建等多個方面。因此，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常需要更專業(yè)的團隊和更長的開發(fā)周期。再次，從系統(tǒng)穩(wěn)定性上看，由于單片機通常用于控制一些較為簡單的設備，其工作環(huán)境相對固定，因此其系統(tǒng)穩(wěn)定性相對較高。而嵌入式系統(tǒng)則面臨著更為復雜和多變的工作環(huán)境，如溫度、濕度、電磁干擾等因素都可能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，嵌入式系統(tǒng)在設計時需要考慮到更多的環(huán)境因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。從發(fā)展趨勢上看，隨著半導體技術的不斷進步和集成電路的集成度不斷提高，單片機的性能也在不斷提升，其應用領域也在不斷擴展。而嵌入式系統(tǒng)則正在向更高性能、更低功耗、更小體積的方向發(fā)展，以滿足各種復雜和高端的應用需求。單片機和嵌入式系統(tǒng)在應用方面各有其特點和優(yōu)勢，應根據(jù)具體的應用場景和需求來選擇合適的方案。隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，這兩種技術也將繼續(xù)得到發(fā)展和完善。五、單片機與嵌入式系統(tǒng)的應用案例分析單片機和嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中的應用廣泛且深遠，涵蓋了從消費電子產(chǎn)品到工業(yè)控制系統(tǒng)，再到航空航天等高科技領域。以下我們將通過幾個具體的應用案例來探討單片機與嵌入式系統(tǒng)的應用情況。在智能家居系統(tǒng)中，單片機和嵌入式系統(tǒng)起到了關鍵的作用。例如，智能恒溫器能夠?qū)崟r檢測室內(nèi)溫度，并根據(jù)預設的溫度自動調(diào)節(jié)空調(diào)或暖氣，以保持室內(nèi)恒溫。這個過程中，單片機負責接收溫度傳感器的信號，進行數(shù)據(jù)處理，并控制相應的設備動作。嵌入式系統(tǒng)則負責整個家居系統(tǒng)的聯(lián)動和協(xié)調(diào)，使得各個智能設備能夠協(xié)同工作，為用戶提供舒適、便捷的居住環(huán)境。智能穿戴設備如智能手表、健康手環(huán)等也是單片機和嵌入式系統(tǒng)的重要應用領域。這些設備通過內(nèi)置的傳感器實時檢測用戶的運動數(shù)據(jù)、心率、血壓等生理指標，并通過單片機進行數(shù)據(jù)處理和分析。嵌入式系統(tǒng)則負責將這些數(shù)據(jù)與用戶的手機或其他智能設備進行同步，讓用戶能夠隨時了解自己的健康狀況和運動數(shù)據(jù)。同時，這些設備還能通過嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，為用戶提供更加豐富的功能和服務。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，單片機和嵌入式系統(tǒng)更是不可或缺。例如，在生產(chǎn)線上的機械設備中，單片機可以負責控制電機的啟動、停止、正轉、反轉等動作，確保生產(chǎn)線的正常運行。嵌入式系統(tǒng)則負責整個生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理，能夠?qū)崟r了解生產(chǎn)線的運行狀態(tài)、生產(chǎn)效率等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)對生產(chǎn)線的運行進行優(yōu)化和調(diào)整。通過單片機和嵌入式系統(tǒng)的應用，可以實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化、智能化管理，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在航空航天領域，單片機和嵌入式系統(tǒng)的應用更是達到了極高的水平。例如，在衛(wèi)星和火箭的控制系統(tǒng)中，單片機和嵌入式系統(tǒng)負責執(zhí)行復雜的控制算法和指令，確保衛(wèi)星和火箭能夠準確地進入預定軌道并穩(wěn)定運行。這些系統(tǒng)需要具備極高的可靠性和穩(wěn)定性，以應對極端的環(huán)境條件和復雜的任務要求。單片機和嵌入式系統(tǒng)的應用使得這些任務得以順利完成，推動了航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展。單片機與嵌入式系統(tǒng)在各個領域都有著廣泛的應用和深遠的影響。隨著技術的不斷發(fā)展和進步，相信這些系統(tǒng)的應用將會更加廣泛和深入，為人類的生活和科技發(fā)展帶來更多的便利和可能性。六、單片機與嵌入式系統(tǒng)的未來發(fā)展隨著科技的日新月異，單片機與嵌入式系統(tǒng)作為現(xiàn)代電子技術的核心組成部分，其發(fā)展前景充滿了無限可能。我們可以預見，未來的單片機與嵌入式系統(tǒng)將在性能、應用領域、智能化程度等方面取得顯著的進步。從性能角度看，未來的單片機和嵌入式系統(tǒng)將更加強大。隨著半導體工藝的持續(xù)進步，單片機的處理能力、存儲容量和運行速度將得到大幅度提升。同時，嵌入式系統(tǒng)的集成度也將進一步提高，使得系統(tǒng)更加緊湊、高效。這些技術進步將使得單片機和嵌入式系統(tǒng)能夠處理更加復雜、龐大的任務，滿足更多領域的需求。從應用領域角度看，單片機和嵌入式系統(tǒng)的應用將更加廣泛。在物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智能家居、醫(yī)療健康、汽車電子等領域，單片機和嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮更加重要的作用。例如，在物聯(lián)網(wǎng)領域，單片機和嵌入式系統(tǒng)將作為各種智能設備的核心控制器，實現(xiàn)設備之間的互聯(lián)互通，推動物聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展。再次，從智能化程度角度看，未來的單片機和嵌入式系統(tǒng)將更加智能化。隨著人工智能、機器學習等技術的不斷發(fā)展，單片機和嵌入式系統(tǒng)將能夠具備更強的學習和決策能力，使得設備能夠更加智能地適應環(huán)境變化，提高使用效率。從生態(tài)環(huán)境角度看，單片機和嵌入式系統(tǒng)的開源和標準化趨勢將更加明顯。開源社區(qū)和標準化組織的興起，將使得單片機和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加便捷，同時也促進了技術的共享和創(chuàng)新。這將有助于推動單片機和嵌入式系統(tǒng)的普及和發(fā)展，進一步推動整個電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。單片機與嵌入式系統(tǒng)的未來發(fā)展充滿了無限可能。隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷擴展，單片機與嵌入式系統(tǒng)將在現(xiàn)代科技領域發(fā)揮更加重要的作用，推動人類社會向智能化、數(shù)字化方向邁進。七、結論隨著科技的飛速發(fā)展，單片機與嵌入式系統(tǒng)作為現(xiàn)代電子技術的兩大支柱，其重要性日益凸顯。本文詳細探討了單片機與嵌入式系統(tǒng)的基本原理、應用領域以及發(fā)展趨勢，并對兩者的關系進行了深入的分析。單片機作為一種微型計算機，以其體積小、功耗低、可靠性高等特點，在工業(yè)自動化、智能家居、醫(yī)療設備等領域得到了廣泛應用。同時，隨著單片機技術的不斷進步，其性能也在不斷提升，使得單片機在更多領域發(fā)揮出了巨大的潛力。嵌入式系統(tǒng)則是將計算機硬件和軟件集成到特定設備中的一種系統(tǒng)，具有高度的專用性和靈活性。嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于手機、汽車、航空航天等領域，為現(xiàn)代社會帶來了極大的便利和進步。單片機與嵌入式系統(tǒng)之間有著密切的聯(lián)系。單片機可以作為嵌入式系統(tǒng)的核心處理器，為嵌入式系統(tǒng)提供強大的計算和控制能力。同時，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展也為單片機提供了更廣闊的應用空間，推動了單片機技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。展望未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，單片機與嵌入式系統(tǒng)的應用前景將更加廣闊。未來，單片機和嵌入式系統(tǒng)將在更多領域?qū)崿F(xiàn)深度融合，推動各個領域的技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。單片機與嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著重要作用，其應用前景廣闊。我們應該繼續(xù)深入研究和探索單片機與嵌入式系統(tǒng)的技術原理和應用領域，為推動科技進步和社會發(fā)展做出更大的貢獻。參考資料：單片機，也稱為嵌入式系統(tǒng)，是我們?nèi)粘Ｉ钪性S多電子設備的核心。它們控制著各種機器的工作，從我們手中的智能手機到家里的微波爐，甚至汽車中的發(fā)動機控制模塊。這些單片機的核心功能包括定時器和計數(shù)器，這兩個功能對于許多應用來說都是至關重要的。單片機嵌入式系統(tǒng)是一種專為嵌入式應用設計的計算機系統(tǒng)，它具有體積小、功耗低、高性能等優(yōu)點。它通過軟件和硬件的緊密配合，實現(xiàn)對外部設備的控制和調(diào)節(jié)。其中，定時器和計數(shù)器是實現(xiàn)這些功能的重要工具。定時器：定時器是一種能夠在特定時間間隔內(nèi)產(chǎn)生中斷的設備。在單片機中，定時器可以用來生成毫秒級別的精確時間間隔，這對于許多實時應用來說非常重要。比如在工業(yè)控制中，需要精確控制電機的旋轉速度和位置，定時器就能完成這個任務。定時器還可以用來產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，用于驅(qū)動LED燈、屏幕等外設。計數(shù)器：計數(shù)器是一種用于記錄事件發(fā)生次數(shù)的設備。在單片機中，計數(shù)器可以用來監(jiān)測外部信號的頻率、脈沖數(shù)量等。比如在汽車發(fā)動機控制模塊中，計數(shù)器可以用來監(jiān)測引擎的轉速。計數(shù)器還可以用來測量時間間隔，或者作為簡單的加法器使用。單片機的定時器和計數(shù)器是實現(xiàn)其嵌入式系統(tǒng)功能的重要工具。通過這兩者的配合使用，我們可以實現(xiàn)對外部設備的精確控制和調(diào)節(jié)。從微控制器到超級計算機，從消費電子產(chǎn)品到工業(yè)自動化設備，單片機的應用無處不在。而其中，定時器和計數(shù)器的作用更是不可或缺。它們?yōu)槲覀兊纳顜砹吮憷?，也推動了科技的發(fā)展。隨著科技的不斷發(fā)展，單片機的性能也在不斷提升。未來的單片機將具有更強大的處理能力、更豐富的外設接口以及更智能的功能。而定時器和計數(shù)器作為單片機的重要部分，也將迎來新的發(fā)展機遇。它們將在更高精度的控制、更復雜的事件處理以及更高效的數(shù)據(jù)分析等方面發(fā)揮更大的作用。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術的普及，單片機的應用領域也將進一步擴大。我們可以期待，未來的單片機將更加智能化、個性化，為我們的生活帶來更多的驚喜和便利。單片機的定時器和計數(shù)器是實現(xiàn)其功能的關鍵部分。它們在許多應用中都發(fā)揮著重要的作用，無論是消費電子產(chǎn)品還是工業(yè)自動化設備，都離不開它們的支持。隨著科技的發(fā)展，我們期待定時器和計數(shù)器在未來的單片機中發(fā)揮更大的作用，為我們的生活帶來更多的便利和樂趣。在當今的電子世界中，嵌入式系統(tǒng)正變得越來越重要。它們是智能化、自動化和信息化的重要支柱，廣泛應用于各種領域，包括工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療設備、汽車電子等。其中，單片機嵌入式系統(tǒng)由于其體積小、價格低、可靠性高等優(yōu)點，尤其受到人們的。單片機嵌入式系統(tǒng)的核心是單片機。這是一種集成電路，內(nèi)部集成了計算機的基本單元，包括中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、定時器/計數(shù)器、串行通信接口等。單片機通過一定的編程語言進行控制，可以實現(xiàn)各種復雜的功能。單片機的應用范圍非常廣泛。在工業(yè)控制中，單片機可以用于控制各種設備的運行，如電機、泵、閥門等。在家居智能化的趨勢下，單片機也可以用于智能家居的控制中心，實現(xiàn)各種設備的智能化控制。在醫(yī)療設備中，單片機可以用于設備的控制和數(shù)據(jù)的采集。在汽車電子中，單片機可以用于發(fā)動機的控制、安全氣囊的觸發(fā)等關鍵任務。然而，單片機的功能并不是固定不變的。通過系統(tǒng)擴展和接口技術，我們可以將單片機的功能進行擴展和增強。例如，我們可以將存儲器、輸入輸出接口、AD/DA轉換器等外部設備與單片機相連，以實現(xiàn)更復雜的功能。我們還可以通過串行通信接口與其他設備進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和控制。在單片機系統(tǒng)擴展和接口技術中，編程是一項重要的技能。我們需要使用特定的編程語言（如C語言或匯編語言）對單片機進行編程。這需要我們對單片機的內(nèi)部結構和編程語言有深入的理解。我們還需要了解各種外部設備和通信協(xié)議的工作原理和使用方法。單片機嵌入式系統(tǒng)是現(xiàn)代電子技術的重要部分。通過深入理解其原理和應用，我們可以更好地利用單片機實現(xiàn)各種復雜的功能。通過系統(tǒng)擴展和接口技術，我們可以進一步增強單片機的性能，滿足各種不同的需求。未來，隨著科技的不斷發(fā)展，單片機嵌入式系統(tǒng)將在更多領域得到更廣泛的應用。隨著科技的不斷發(fā)展，單片機嵌入式系統(tǒng)和（）已經(jīng)成為當今社會中不可或缺的技術。這兩種技術看似獨立，但實際上有著密切的聯(lián)系和相互影響。本文將探討單片機嵌入式系統(tǒng)與的發(fā)展及其相互關系。單片機嵌入式系統(tǒng)是一種集微處理器、外圍電路和軟件于一體的計算機系統(tǒng)。它具有體積小、功耗低、可靠性高等優(yōu)點，因此在智能儀表、自動化控制、智能家居等領域得到了廣泛應用。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術的普及，單片機嵌入式系統(tǒng)的應用范圍越來越廣泛，成為了現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領域中不可或缺的技術。人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。人工智能的應用領域十分廣泛，包括機器學習、自然語言處理、計算機視覺等。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等技術的不斷發(fā)展，人工智能的應用場景越來越豐富，成為了當今世界最具前景的領域之一。單片機嵌入式系統(tǒng)與的發(fā)展密切相關。一方面，單片機嵌入式系統(tǒng)為提供了硬件基礎。另一方面，的發(fā)展也推動了單片機嵌入式系統(tǒng)的進步。具體來說，單片機嵌入式系統(tǒng)可以通過集成技術，實現(xiàn)智能化控制和處理。例如，在智能家居系統(tǒng)中，單片機嵌入式系統(tǒng)可以通過集成語音識別、圖像識別等技術，實現(xiàn)家庭設備的智能化控制和管理。的發(fā)展也需要大量的數(shù)據(jù)支持和計算能力，而單片機嵌入式系統(tǒng)可以提供高效、可靠的數(shù)據(jù)采集和處理能力。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術的不斷發(fā)展，單片機嵌入式系統(tǒng)和將會更加緊密地結合在一起。單片機嵌入式系統(tǒng)將更加智能化、自適應化，能夠更好地適應各種復雜的應用場景。技術也將不斷進步，實現(xiàn)更加高效、精準的智能處理和應用。在這樣的發(fā)展趨勢下，單片機嵌入式系統(tǒng)和將會共同推動社會的進步和發(fā)展。嵌入式單片機，即嵌入式微控制器，指以微控制器為核心控制單元的嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)，是應用十分廣泛的一種嵌入式系統(tǒng)結構。無論是嵌入式系統(tǒng)還是單片機都是長時間以來科技領域大家關注的焦點，也是推動科技發(fā)展、提高生活水平的科技產(chǎn)品。嵌入式單片機即指以微控制器為核心的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)，廣義上指任何一個包括可編程計算機的設備，且為專用系統(tǒng)。這是相對通用計算機（如個人電腦）來說的；國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置”（英文原文：devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationequipment,machineryorplants）。普遍認可的一種定義是：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。簡單來說，嵌入式系統(tǒng)就是以各種形態(tài)嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。單片機，即微控制器（Microcontroller），是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算機才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點，迅速走出機房；基于高速數(shù)值解算能力的微型機，表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經(jīng)電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點。由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術要求與技術發(fā)展方向。通用計算機系統(tǒng)的技術要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術要求則是對象的智能化控制能力；技術發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。早期，人們勉為其難地將通用計算機系統(tǒng)進行改裝，在大型設備中實現(xiàn)嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統(tǒng)（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計算機系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的技術發(fā)展方向完全不同，因此，必須獨立地發(fā)展通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)代計算機技術發(fā)展的兩大分支。如果說微型機的出現(xiàn)，使計算機進入到現(xiàn)代計算機發(fā)展階段，那么嵌入式計算機系統(tǒng)的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時代，從而導致20世紀末，計算機的高速發(fā)展時期。通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發(fā)展。計算機專業(yè)領域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從486到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴張計算機基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進入到盡善盡美階段。嵌入式計算機系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領域的嵌入式系統(tǒng)，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。因此，現(xiàn)代計算機技術發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術的任務擴展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，然而，微型計算機的體積、價位、可靠性都無法滿足廣大對象系統(tǒng)的嵌入式應用要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的單片機時代。在探索單片機的發(fā)展道路時，有過兩種模式，即“Σ模式”與“創(chuàng)新模式”?！唉材Ｊ健北举|(zhì)上是通用計算機直接芯片化的模式，它將通用計算機系統(tǒng)中的基本單元進行裁剪后，集成在一個芯片上，構成單片微型計算機；“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應用要求設計全新的，滿足嵌入式應用要求的體系結構、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)（單片微型計算機）。MCS-51是在MCS-48探索基礎上，進行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明，“創(chuàng)新模式”是嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的正確道路，MCS-51的體系結構也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結構體系。單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。SCM即單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。嵌入式單片機本質(zhì)上是單片機，目的是構成嵌入式系統(tǒng)，所以其組成和特點遵循單片機和嵌入式系統(tǒng)的組成和特點。單片機的組成架構靈活，一般主要包含：運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備等。硬件結構主要由處理器、數(shù)據(jù)儲存器、程序儲存器、定時器/計數(shù)器、串并行接口等。按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。①與“嵌入性”的相關特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。②與“專用性”的相關特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。③與“計算機系統(tǒng)”的相關特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)，并且必須配置有與對象系統(tǒng)相適應的接口電路。也可以總結為：實時性、多速率、可剪裁、低功耗、低成本、環(huán)境相關等。另外，在理解嵌入式系統(tǒng)定義時，不要與嵌入式設備相混淆。嵌入式設備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設備，例如，內(nèi)含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA等。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、SoC）。嵌入式系統(tǒng)按功用分可為工業(yè)用、商業(yè)用、軍用、民用等，不同的使用環(huán)境對嵌入式系統(tǒng)的要求也是不一樣的。嵌入式系統(tǒng)的嵌入式應用特點，決定了它的多學科交叉特點。作為計算機的內(nèi)含，要求計算機領域人員介入其體系結構、軟件技術、工程應用方面的研究。然而，了解對象系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)系統(tǒng)控制模式必須具備對象領域的專業(yè)知識。因此，從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史過程，以及嵌入式應用的多樣性中