单片机的组成以及分类和指标

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单片机的组成

单片机又称单片微控制器，它把一个计算机系统集成到一块芯片上，主要包括微处理器（CPU）、存储器（随机访问存储器RAM、只读存储器ROM）和各种输入/输出接口（包括定时器/计数器、并行I/O接口、串行口、A/D转换器以及脉冲宽度调制（PWM）等，如图1-1所示。

▲图1-1 单片机组成框图

程序存储器（ROM）

ROM用来存放用户程序，分为EPROM、Mask ROM、OTP ROM和Flash ROM等。

EPROM型存储器编程（把程序代码通过一种算法写入程序存储器的操作）后，其内容可用紫外线擦除，用户可反复使用，故特别适用于开发阶段，但EPROM型单片机价格很高。

Mask ROM型单片机价格最低，适用于批量生产。由于Mask ROM型单片机的代码只能由生产厂商在制造芯片时写入，故用户更改程序代码十分不便，在产品未成熟时选用此型单片机风险较高。

OTP ROM型（一次可编程）单片机价格介于EPROM和MaskROM型单片机之间，它允许用户对其编程，但只能写入一次。

Flash ROM型单片机可采用电擦除的方法修改其内容，允许用户使用编程工具或在系统中快速修改程序代码，且可反复使用，故一推出就受到广大用户的欢迎。Flash ROM型单片机既可用于开发阶段，也可用于批量生产，随着制造工艺的改进，价格不断下降，使用越来越普遍，已成为现代单片机的发展趋势。

中央处理器（CPU）

CPU是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件（ALU）和控制部件构成。CPU就像人的大脑一样，决定了单片机的运算能力和处理速度。

随机存储器（RAM）

RAM用来存放程序运行时的工作变量和数据，由于RAM的制作工艺复杂，价格比ROM高得多，所以单片机的内部RAM非常宝贵，通常仅有几十到几百字节。RAM的内容具有易失性（也称为易挥发性），掉电后数据会丢失。最近出现了EEPROM 或Flash ROM 型的数据存储器，方便用户存放不经常改变的数据及其他重要信息。单片机通常还有特殊寄存器和通用寄存器，也属于RAM空间，但它们存取数据速度很快，特殊寄存器还用于充分发挥单片机各种资源的功效，但这部分存储器占用存储空间更小。

并行输入/输出（I/O）接口

通常为独立的双向I/O接口，既可以用作输入方式，又可以用作输出方式，通过软件编程设定。现代单片机的I/O接口也有不同的功能，有的内部具有上拉或下拉电阻，有的是漏极开路输出，有的能提供足够的电流可以直接驱动外部设备。I/O接口是单片机的重要资源，也是衡量单片机功能的重要指标之一。

串口输入/输出口

用于单片机和串行设备或其他单片机的通信。串行通信有同步和异步之分，这可以用硬件或通用串行收发器件实现。不同的单片机可能提供不同标准的串行通信接口，如 UART、SPI、I2C、MicroWire等。

定时器/针数器（T/C）

用于单片机内部精确定时或对外部事件（输入信号如脉冲等）进行计数，通常单片机内部有2个或2个以上的定时/计数器。

系统时钟

通常需要外接石英晶体或其他振荡源提供时钟信号输入，有的也使用内部RC振荡器。系统时钟相当于PC微机中的主频。

以上只是单片机的基本构成，现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如模拟/数字转换器（A/D）、数字/模拟转换器（D/A）、温度传感器、液晶（LCD）驱动电路、电压监控、看门狗（WDT）电路、低压检测（LVD）电路等。此时的单片机才是真正单片化。内部的RAM和ROM的容量也越来越大，ROM 寻址空间甚至可达 64KB，可以说，单片机发展到了一个全新的阶段，应用领域也更为广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。

单片机的分类和指标

单片机从用途上可分成专用型单片机和通用型单片机两大类。专用型单片机是为某种专门用途而设计的，如DVD控制器和数码摄像机控制器芯片等。在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用芯片成本很高，而且设计和制造的周期也很长。我们常用的都是通用型单片机，通用型单片机把所有资源（如 ROM、I/O 等）全部提供给用户使用。当今通用型单片机的生产厂家已不下几十家，种类有几百种之多。

下面对单片机的几个重要指标进行介绍。

（1）位数：是单片机能够一次处理的数据的宽度，有 1 位机（如 PD7502）、4 位机（如MSM64155A）、8位机（如MCS-51）、16位机（如MCS-96）、32位机（如IMST414）等。

（2）存储器：包括程序存储器和数据存储器，程序存储器空间较大，字节数一般从几KB到几十KB，另外还有不同的类型，如ROM、EPROM、E2PROM、Flash ROM和OTP ROM型。数据存储器的字节数则通常为几十字节到几百字节之间。程序存储器的编程方式也是用户考虑的一个重要因素，有的是串行编程，有的是并行编程，新一代的单片机有的还具有在系统编程（ISP， In-System-Programmable）或在应用再编程（IAP，In-Application re-Programmable）功能；有的还有专用的ISP编程接口JTAG口。

（3）I/O接口：即输入/输出接口，一般有几个到几十个，用户可以根据需要进行选择。

（4）速度：指的是 CPU 的处理速度，以每秒执行多少条指令来衡量，常用单位是 MIPS（百万条指令每秒），目前最快的单片机可达到100MIPS。单片机的速度通常是和系统时钟（相当于PC的主频）相联系的，但并不是频率高的处理速度就一定快，但对于同一种型号的单片机来说，采用频率高的时钟一般比频率低的速度要快。

（5）工作电压：通常工作电压是5V，范围是±5%或±10%；也有3V/3.3V电压的产品；更低的可在1.25V工作。现代单片机又出现了宽电压范围型，在2.5V～6.5V内都可正常工作。

（6）功耗：低功耗是现代单片机所追求的一个目标，目前低功耗单片机的静态电流可以低至μA或nA级。有的单片机还具有等待、关断、睡眠等多种工作模式，以此来降低功耗。

（7）温度：单片机根据工作温度可分为民用级（商业级）、工业级和军用级3种。民用级的温度范围是 0℃～70℃，工业级是-40℃～85℃，军用级是-55℃～125℃（不同厂家的划分标准可能不同）。

（8）附加功能：有的单片机有更多的功能，用户可根据需要选择适合自己的产品。比如有的单片机内部有A/D、D/A、串口、LCD驱动等，使用这种单片机可减少外部器件，提高系统的可靠性。

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单片机是什么？和PLC相比哪个更好？

很多人问，单片机和PLC哪个好学？ 今天咱们就来说说这个问题。

单片机是微型计算机系统，属于微控制器的其中一种，PLC的全称是可编程逻辑控制器，从名字上来看这二者肯定有相通之处，但又互相区别。

对于单片机好学还是PLC好学的问题，总的来看，PLC因为入门简单，所以更适合新手，更容易上手和入门，口说无凭，一起来看看原因。

单片机的确功能比PLC强大，但功能越强越广，就意味着电路也会很复杂，，单片机的编程语言C语言或汇编语言相较于梯形图来说，没那么容易懂。总而言之，想学单片机，你不仅得有计算机硬件基础。还要会C语言编程，而且对电路这方面也要多多了解。

接下来具体分析在这几个方面的单片机和PLC的优劣势。

1、编程语言

PLC的编程语言有：梯形图语言(LD)、指令表语言（IL）、功能模块图语言(FBD)、顺序功能流程图语言(SFC)、结构化文本语言(ST)。

梯形图是应用较多的，因为它有点像电气控制中继电器线圈和触电动作之间的关系，如果学过继电器-接触器控制的话，入门就容易很多，所以很多电气控制人员选择它，新手用梯形图进行编程也会容易一些。

单片机的编程语言是C语言或汇编语言，也采用自带的编程语言（如51单片机的ASM语言）。

单片机指令代码多且复杂，所以编程要更难一些，尤其是涉及到更复杂项目程序会更难，因为不仅要懂英文，还要懂数制，如果有计算机基础的人可能会好一些。

2、硬件

单片机价格低，下面这张图就是他的开发板，中间的最大的STC就是单片机开发板的核心芯片，从图上可看出，它的外设输入、输出是比较多的。且单片机的控制电路需要用户自己设置。

PLC的外观看起来就很简洁，因为它的接口、电源、抗干扰电路都被设计在PLC内部，因此学习并操作时，在电路方面花费的时间和精力就比较少，主要的重点是学会用梯形图控制各个输出端口，梯形图对于新手来说，往往容易上手。并且添加扩展模块就可以实现其他功能，但PLC的价格比单片机贵。

3、应用领域

单片机的领域比PLC广，可以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，技术含量高，使用灵活，但是工作量较大，抗干扰、模块化要求低。开发消费电子、商业应用的电子、玩具、家电等可以选择单片机。

但要知道单片机只是一个芯片，所以电路比较复杂，初学者经常会面临抗干扰能力不强，现信号失真，干扰过大的问题。但对于经验丰富者来说也不算事。

很多人说单片机在工业领域可以代替PLC，我只能说在工业领域，多数自动控制的大型设备还是要用PLC来完成。在设计之初，PLC就更注重于工业应用，对于防干扰、设备接口、联网、模块化都有完善的技术支撑，使用方便简单，开发设计周期短。例如，自动化生产线，就必须用PLC来做。单片机只能用来开发一些补充设备。

总的来说：如果你是新手或是电工，又或是准备在工业领域发展，建议你先学PLC，如果后续有需要可以再学单片机。每个人的情况不同，依据个人需求做选择才是最佳的。

还有，这年头一技在手，天下我有的情况太少，有的公司之前只有单片机，后来公司产品扩展转型，就对PLC也有需求，作为东家，肯定希望自己的员工也能会PLC。所以，在外工作，学习能力很重要。 很多东西只是开头难，学到后面就会融会贯通，一通百通。

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单片机操作系统单片机的组成以及分类和指标