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单片机,全称单片微型计算机(英语:single-chip microcomputer),是把中央处理器存储器、定时/计数器(timer/counter)、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。其主要应用于功能较为单一的物件中。


单片机,全称单片微型计算机(英语:single-chip microcomputer),又称微控制器(microcontroller),与应用在个人计算机中的通用型微处理器相比,它更强调自供应(不用外接硬件)和节约成本。它的最大优点是体积小,可放在仪表内部,但存储量小,输入输出接口简单,功能较低。由于其发展非常迅速,旧的单片机的定义已不能满足,所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器;由于单片机微计算机常用于当控制器故又名single chip microcontroller。"单芯片"是台湾对单片机的称呼;中国大陆主要采用"单片机"的称呼,英文缩写为MCU。


绝大多数的单片机都是基于冯·诺伊曼结构的,这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分:一个中央处理器核心,程序存储器(只读存储器或者闪存)、数据存储器(随机存储器)、一个或者更多的定时/计数器,还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口--所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。

说单片机与通用型中央处理单元芯片不同,是因为前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作计算机。这样就可以很容易的把单片机系统植入装置内部来控制装置了。近年来为了在指令和数据上使用不同的字宽,并提高处理器流水线速度,哈佛结构在微控制器(Microcontrollers)和数字信号处理器也逐渐得到了广泛的应用。

传统的微处理器是不允许这么做的。它要完成单片机的工作,就必须连接一些其他芯片。比如说,因为芯片上没有数据存储器,就必须要添加一些RAM的存储芯片,虽然所添加存储器的容量很灵活,但是至少还是要添加。另外还需要添加很多连线来传递芯片之间的数据。与以上的情况相比,单片机的工作则相对独立,一个典型的微控制器只需要一个时钟发生器和很少的RAM和ROM(或者EPROM, EPROM)就可以在软件和晶振下工作了。同时,微控制器具有丰富的输入输出设备,例如模拟数字转换器、定时器、串口,以及其他串行通讯接口,比如IC,串行周边接口,控制器局域网等。通常,这些集成在内部的设备可以通过特殊的指令来操作。

单片机时钟频率通常较同时代的计算机芯片低,但它价格低廉,能够提供充足的程序存储器、丰富的片上接口。某些架构的单片机生产厂商众多,例如8051系列、Z80系列。一些现代的微控制器支持一些内建的高级编程语言,比如BASIC(培基)语言、C语言C++等。


根据总线或数据寄存器的宽度,单片机又分为4位、8位、16位和32位单片机。4位单片机多用于冰箱、洗衣机、微波炉等家电控制中;8位、16位单片机主要用于一般的控制领域,一般不使用操作系统;32位用于网络操作、多媒体处理等复杂处理的场合,一般要使用嵌入式操作系统


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