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单片机是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称，由于单片机主要用于控制领域，所以又被称为微型控制器（Microcontroller Unit，MCU）。单片机与微型计算机都是由CPU、存储器和输入/输出接口电路（I/O接口电路）等组成的，但两者又有所不同，微型计算机（PC）和单片机（MCU）的基本结构如图1-1所示。
图1-1 微型计算机与单片机的结构
从图1-1可以看出，微型计算机是将CPU、存储器和输入/输出接口电路等安装在电路板（又称电脑主板）上，外部的输入/输出设备（I/O设备）通过接插件与电路板上的输入/输出接口电路连接起来。单片机则是将CPU、存储器和输入/输出接口电路等做在半导体硅片上，再接出引脚并封装起来构成集成电路，外部的输入/输出设备通过单片机的外部引脚与内部的输入/输出接口电路连接起来。
单片机是一种内部集成了很多电路的IC芯片（又称集成电路、集成块），图1-2列出了几种常见的单片机，有的单片机引脚较多，有的引脚较少，同种型号的单片机可以采用直插式引脚封装，也可以采用贴片式引脚封装。
与单片机相比，微型计算机具有性能高、功能强的特点，但其价格昂贵，并且体积大，所以在一些不是很复杂的控制方面，如电动玩具、缤纷闪烁的霓虹灯和家用电器等设备中，完全可以采用价格低廉的单片机进行控制。
图1-2 几种常见的单片机外形
1.组成
单片机是一块内部包含CPU、存储器和输入/输出接口等电路的IC芯片，但单独一块单片机芯片是无法工作的，必须给它增加一些相关的外围电路来组成单片机应用系统才能完成指定的任务。典型的单片机应用系统的组成如图1-3所示，即单片机应用系统主要由单片机芯片、输入部件、输入电路、输出部件和输出电路组成。
图1-3 典型的单片机应用系统的组成
2.工作过程举例说明
如图1-4所示是一种采用单片机控制的DVD影碟机托盘检测及驱动电路，下面以该电路来说明单片机应用系统的一般工作过程。
图1-4 一种采用单片机控制的DVD影碟机托盘检测及驱动电路
当按下“OPEN/CLOSE”键时，单片机a脚的高电平（一般为3V以上的电压，常用1或H表示）经二极管VD和闭合的按键S2送入b脚，触发单片机内部相应的程序运行，程序运行后从e脚输出低电平（一般为0.3V以下的电压，常用0或L表示），低电平经电阻R3送到PNP型三极管VT2的基极，VT2导通，+5V电压经R1、导通的VT2和R4送到NPN型三极管VT3的基极，VT3导通，于是有电流流过托盘电动机（电流途径是：+5V→R1→VT2的发射极→VT2的集电极→接插件的3脚→托盘电动机→接插件的4脚→VT3的集电极→VT3的发射极→地），托盘电动机运转，通过传动机构将托盘推出机器，当托盘出仓到位后，托盘检测开关S1断开，单片机的c脚变为高电平（出仓过程中S1一直是闭合的，c脚为低电平），内部程序运行，使单片机的e脚变为高电平，三极管VT2、VT3均由导通转为截止，无电流流过托盘电动机，电动机停转，托盘出仓完成。
在托盘上放好碟片后，再按压一次“OPEN/CLOSE”键，单片机的b脚再一次接收到a脚送来的高电平，又触发单片机内部相应的程序运行，程序运行后从d脚输出低电平，低电平经电阻R2送到PNP型三极管VT1的基极，VT1导通，+5V电压经R1、VT1和R5送到NPN型三极管VT4的基极，VT4导通，马上有电流流过托盘电动机（电流途径是：+5V→R1→VT1的发射极→VT1的集电极→接插件的4脚→托盘电动机→接插件的3脚→VT4的集电极→VT4的发射极→地），由于流过托盘电动机的电流反向，故电动机反向运转，通过传动机构将托盘收回机器，当托盘入仓到位后，托盘检测开关S1断开，单片机的c脚变为高电平（入仓过程中S1一直是闭合的，c脚为低电平），内部程序运行，使单片机的d脚变为高电平，三极管VT1、VT4均由导通转为截止，无电流流过托盘电动机，电动机停转，托盘入仓完成。
在图1-4中，检测开关S1和按键S2均为输入部件，与之连接的电路称为输入电路，托盘电动机为输出部件，与之连接的电路称为输出电路。
设计生产单片机的公司很多，较常见的有Intel公司生产的MCS-51系列单片机、Atmel公司生产的AVR系列单片机、MicroChip公司生产的PIC系列单片机和美国德州仪器（TI）公司生产的MSP430系列单片机等。
8051单片机是Intel公司推出的最成功的单片机产品之一，后来由于Intel公司将重点放在PC芯片（如8086、80286、80486和奔腾CPU等）开发上，故将8051单片机内核使用权以专利出让或互换的形式转给许多世界著名的IC制造厂商，如 Philips、NEC、Atmel、AMD、Dallas、Fujutsu、OKI、华邦和LG等，这些公司在保持与8051单片机兼容的基础上改善和扩展了许多功能，设计生产出与8051单片机兼容的一系列单片机。这种具有8051硬件内核且兼容8051指令的单片机称为MCS-51系列单片机，简称51单片机。新型51单片机可以运行8051单片机的程序，但8051单片机无法正常运行新型51单片机为新增功能编写的程序。
51单片机是目前应用最为广泛的单片机，由于生产51单片机的公司很多，故其型号众多，但不同公司各型号的51单片机之间也有一定的对应关系。如表1-1所示是部分公司的51单片机常见型号及对应表，对应型号的单片机功能基本相似。
表1-1 部分公司的51单片机常见型号及对应表
单片机的应用非常广泛，已深入到工业、农业、商业、教育、国防及日常生活等各个领域。下面简单介绍一下单片机在一些领域中的应用。
1.单片机在家电方面的应用
单片机在家电方面的应用主要有：彩色电视机、影碟机内部的控制系统；数码相机、数码摄像机中的控制系统；中高档电冰箱、空调器、电风扇、洗衣机、加湿器和消毒柜中的控制系统；中高档微波炉、电磁炉和电饭煲中的控制系统等。
2.单片机在通信方面的应用
单片机在通信方面的应用主要有：移动电话、传真机、调制解调器和程控交换机中的控制系统；智能电缆监控系统、智能线路运行控制系统和智能电缆故障检测仪等。
3.单片机在商业方面的应用
单片机在商业方面的应用主要有：自动售货机、无人值守系统、防盗报警系统、灯光音响设备、IC卡等。
4.单片机在工业方面的应用
单片机在工业方面的应用主要有：数控机床、数控加工中心、无人操作、机械手操作、工业过程控制、生产自动化、远程监控、设备管理、智能控制和智能仪表等。
5.单片机在航空、航天和军事方面的应用
单片机在航空、航天和军事方面的应用主要有：航天测控系统、航天制导系统、卫星遥控遥测系统、载人航天系统、导弹制导系统和电子对抗系统等。
6.单片机在汽车方面的应用
单片机在汽车方面的应用主要有：汽车娱乐系统、汽车防盗报警系统、汽车信息系统、汽车智能驾驶系统、汽车全球卫星定位导航系统、汽车智能化检验系统、汽车自动诊断系统和交通信息接收系统等。