单片机的工作过程可概括为 “取指 - 译码 - 执行” 的循环。当单片机上电后,程序计数器(PC)指向程序存储器的起始地址,CPU 从该地址取出指令并译码,然后根据指令类型执行相应操作,如数据运算、I/O 控制或跳转指令等。执行完一条指令后,PC 自动加 1,指向下一条指令地址,重复上述过程。例如,在一个温度控制系统中,单片机通过 ADC 接口读取温度传感器数据,与设定值比较后,通过 PWM 输出控制加热元件,整个过程通过程序循环实现实时控制。中断系统则允许单片机在执行主程序时响应外部事件,如按键触发、定时器溢出等,提高系统的实时性。单片机可通过串口通信与其他设备交换数据,便于实现多设备之间的协同工作和信息传递。AD5173BRMZ50 MSOP10数模转换芯片DAC

A/D(模拟 / 数字)和 D/A(数字 / 模拟)转换功能扩展了单片机的应用范围。A/D 转换器将连续变化的模拟信号(如温度、电压、声音)转换为离散的数字信号,便于单片机进行处理和分析。常见的 A/D 转换方式有逐次逼近型、∑-Δ 型等,8 位、12 位甚至更高精度的 A/D 转换器可满足不同场景需求。D/A 转换器则相反,将单片机输出的数字信号转换为模拟信号,用于控制需要连续调节的设备,如电机转速、音量大小等。在音频播放设备中,单片机通过 D/A 转换将数字音频信号还原为模拟信号,驱动扬声器发声;在环境监测系统中,A/D 转换采集传感器的模拟数据,经单片机处理后上传至服务器。A/D 与 D/A 转换实现了单片机在模拟世界与数字世界之间的桥梁作用。AD6620AS专为物联网设计的单片机,内置无线通信模块,能轻松实现智能家居设备间的互联互通。

定时器和中断系统是单片机实现复杂功能的重要机制。定时器通过计数脉冲信号实现定时功能,可用于产生精确的时间延迟、PWM(脉宽调制)信号等。以 51 单片机为例,其内部定时器可设置为不同工作模式,如定时模式下对机器周期计数,计数模式下对外部脉冲计数。中断系统则允许单片机在执行主程序时,暂停当前任务响应紧急事件,如外部设备请求、定时器溢出等。当触发中断时,单片机会保存当前程序状态,跳转至中断服务程序处理事件,完成后返回原程序继续执行。定时器与中断系统结合,使单片机能够高效处理多任务,例如在实时控制系统中,定时器定时采集数据,中断服务程序处理突发故障,确保系统稳定运行。
医疗设备对精度和可靠性要求极高,单片机在其中发挥关键作用。例如,血糖仪通过单片机处理血液样本的电化学信号,快速计算出血糖值;输液泵通过单片机精确控制药液流速,避免人工调节误差。在监护设备中,单片机采集心电、血压、血氧等生理信号,进行滤波和分析,并通过显示屏或通信接口输出。便携式医疗设备(如智能手环、体温贴)则利用低功耗单片机实现长时间监测。例如,德州仪器的 MSP430 系列单片机因其较低功耗特性,广泛应用于可穿戴医疗设备。单片机在电子设备中应用普遍,像智能手表里就有它的身影,负责处理数据和控制各功能模块。

单片机,全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),是将CPU、存储器(ROM/RAM)、I/O 接口、定时器 / 计数器等功能集成在一块芯片上的微型计算机系统。它诞生于 20 世纪 70 年代,用于工业控制领域,如今已广泛应用于智能家电、汽车电子、医疗设备等领域。与通用计算机相比,单片机具有体积小、功耗低、可靠性高、成本低廉等特点,适合嵌入到各种设备中实现智能化控制。例如,在智能手表中,单片机通过传感器采集心率、步数等数据,并进行处理和显示;在工业机器人中,单片机则控制各个关节的运动,实现精确操作。高性能单片机搭载高速处理器内核,能够实时处理图像数据,为智能摄像头提供强大算力支持。ISL3179EIBZ SOP8
单片机的存储容量虽然不大,但能满足大多数小型电子设备的需求。AD5173BRMZ50 MSOP10数模转换芯片DAC
定时器 / 计数器是单片机的重要功能模块,可用于定时控制、脉冲计数和 PWM 输出等。定时器通过对内部时钟信号计数实现定时功能,例如,在 51 系列单片机中,定时器 T0 可配置为 16 位模式,通过设置初值和工作方式,实现从几微秒到几十毫秒的定时。计数器则对外部输入脉冲计数,常用于测量频率或转速。PWM(脉冲宽度调制)输出可通过定时器实现,广泛应用于电机调速、LED 调光等场景。例如,在直流电机控制中,通过调整 PWM 信号的占空比,可精确控制电机转速。现代单片机通常集成多个定时器 / 计数器,且支持多种工作模式,提高了应用灵活性。AD5173BRMZ50 MSOP10数模转换芯片DAC