1、什么是单片机

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机介绍

单片机也被称为微控制器（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[1]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器,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。单片机芯片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单片机历史

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

起初模型

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。Micro Controller Unit2.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器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

嵌入式系统

单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

单片机的应用领域

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。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。   单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：    1.在智能仪器仪表上的应用   单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。    2.在工业控制中的应用   用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管芯片理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。    3.在家用电器中的应用   可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。    4.在计算机网络和通信领域中的应用   现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。    5.单片机在医用设备领域中的应用   单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。    6.在各种大型电器中的模块化应用   某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。   在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。    7.单片机在汽车设备领域中的应用   单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。   此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。用单片机或其它可编程逻辑器件上。

2、常见的嵌入式操作系统有哪些

常见的嵌入式系统

Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、CExecutive

什么是嵌入式操作系统?

嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统的重要组成部分。

嵌入时操作系统具有通用操作系统的基本特点，能够有效管理复杂的系统资源，并且把硬件虚拟化。

从应用角度可分为通用型嵌入式操作系统和专用型嵌入式操作系统。

常见的通用型嵌入式操作系统有Linux、VxWorks、WindowsCE.net等。

常用的专用型嵌入式操作系统有SmartPhone、PocketPC、Symbian等。

按实时性可分为两类:

实时嵌入式操作系统主要面向控制、通信等领域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus等。

非实时嵌入式操作系统主要面向消费类电子产品。这类产品包括PDA、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。如微软面向手机应用的SmartPhone操作系统。

3、单片机最小系统介绍

什么是单片机最小系统

单片机最小系统是指单片机与外部器件组成的最简单的电路系统，它包括了单片机、晶振、电源和复位电路等基本电路。

单片机最小系统是单片机开发的基础，也是单片机应用的基础。掌握单片机最小系统的原理和设计方法对于学习单片机编程和应用有着重要的意义。

单片机最小系统的组成

单片机最小系统由单片机、晶振、电源和复位电路等基本电路组成。

单片机

单片机是整个系统的核心，它是一种集成电路，包含了中央处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入输出接口（I/O口）和定时计数器等功能模块。

晶振

晶振是单片机工作的时钟源，它提供了单片机的时钟信号。单片机需要时钟信号来同步其内部操作，晶振的频率越高，单片机的运行速度就越快。

电源

电源是单片机最小系统的能量来源，它提供了单片机和外部器件所需的电能。电源可以是直流电源或交流电源，也可以是电池。

复位电路

复位电路是单片机最小系统的重要组成部分，它用于在单片机上电或复位时将单片机的内部状态清零，使其进入初始状态。复位电路通常由复位电路芯片、电容和电阻等器件组成。

单片机最小系统的设计

单片机最小系统的设计需要考虑以下几个方面：

选择单片机

选择单片机需要考虑应用场景和需求，确定单片机的型号和参数。常用的单片机有51系列、AVR系列、PIC系列等。

选择晶振

选择晶振需要考虑单片机的时钟频率和精度，一般选择4MHz或8MHz的晶振。

设计电源

设计电源需要考虑单片机和外部器件的功率需求和电压需求，一般使用5V直流电源。

设计复位电路

设计复位电路需要考虑复位电路的稳定性和可靠性，一般使用复位电路芯片和电容电阻等器件。

单片机最小系统的操作步骤

单片机最小系统的操作步骤如下：

1.确定单片机型号和参数

根据应用场景和需求，选择单片机型号和参数。

2.选择晶振

根据单片机的时钟频率和精度，选择4MHz或8MHz的晶振。

3.设计电源

根据单片机和外部器件的功率需求和电压需求，设计5V直流电源。

4.设计复位电路

根据复位电路的稳定性和可靠性，设计复位电路芯片和电容电阻等器件。

5.连接电路

将单片机、晶振、电源和复位电路等器件按照电路图连接起来。

6.编写程序

根据单片机的型号和参数，编写程序并烧录到单片机中。

7.调试程序

将单片机最小系统连接到电脑上，使用开发工具进行调试，检查程序是否正常运行。

4、单片机由哪几部分组成，最小系统是什么？

单片机由中央处理器（含部分特殊功能寄存器）、内部RAM、程序存储器、各种外设（IO

端口、定时器、串行接口、中断处理电路等等）及对应控制寄存器、时钟电路、复位电路等

几部分组成。

单片机的最小系统就是使单片机能够实现简单运行的最少的原件的组合。单片机最小系统主

要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。

电源供电模块：

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳

定可靠是系统平稳运行的前提和基础。

复位电路

单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电

路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些

寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

振荡电路

结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单

片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

5、单片机开发系统的组成及各部分的作用

单片机的全称为：单片微型计算机

也就是说将计算机的所有功能都集成在一块芯片内的芯片都可以称之为单片机

说白了就是一块集成IC

内部包含中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、定时计数器、外部中断、串行通信等内部结构

以单片机为核心，再配合其它外部电路组成的控制系统称为单片机系统

单片机开发一般要求硬件和软件都要在行，因为单片机开发面向的都是最底层的开发，硬件方面可以先从一些常用的电子器件开始（如二极管，三极管，74XXXX系列CD4XXX系列的逻辑芯片，以及一些运放，AD、DA转换，各种串行接口的芯片开始着手），软件方面的话则可以先从汇编开始，然后再转向C语言开发。