1.2 单片机嵌入式系统的结构与应用领域
1.2.1 单片机嵌入式系统的结构
仅由一片单片机芯片是不能构成一个应用系统的。系统的核心控制芯片往往还需要与一些外围芯片、器件和控制电路机构有机地连接在一起，才能构成一个实际的单片机系统，进而再嵌入到应用对象的环境体系中，作为其中的核心智能化控制单元而构成典型的单片嵌入式应用系统，如洗衣机、电视机、空调、智能仪器、智能仪表等。
单片机嵌入式系统的结构如图1-2所示，通常包括三大部分：能实现嵌入式对象各种应用要求的单片机、全部系统的硬件电路和应用软件。
图1-2 单片机嵌入式系统的结构
1.单片机
单片机是单片机嵌入式系统的核心控制芯片，由它实现对控制对象的测控、系统运行管理控制和数据运算处理等功能。
2.系统硬件电路
根据系统采用单片机的特性以及嵌入对象要实现的功能要求而配备的外围芯片、器件所构成的全部硬件电路。通常包括以下几部分：
1）基本系统电路。提供和满足单片机系统运行所需要的时钟电路、复位电路、系统供电电路、驱动电路、扩展的存储器等。
2）前向通道接口电路。这是应用系统面向对象的输入接口，通常是各种物理量的测量传感器、变换器输入通道。根据现实世界物理量转换成电量输出信号的类型，如模拟电压电流、开关信号、数字脉冲信号等的不同，接口电路也不同。常见的有传感器、信号调理器、A/D转换器、开关信号输入、频率测量接口等。
3）后向通道接口电路。这是应用系统面向对象的输出控制电路接口。根据应用对象伺服和控制要求，通常有A/D转换器、开关量输出、功率驱动接口、PWM输出控制等。
4）人机交互通道接口电路。人机交互通道接口电路是满足应用系统人机交互需要的电路，有键盘、拨动开关、LED发光二极管、数码管、LCD液晶显示器、打印机等多种输入输出接口电路。
5）数据通信接口电路。数据通信接口电路是满足远程数据通信或构成多机网络应用系统的接口。通常有RS232、PSI、I2C、CAN总线、USB总线等通信接口电路。
3.系统应用软件
系统应用软件的核心就是下载到单片机中的系统运行程序。整个嵌入式系统全部硬件的相互协调工作、智能管理和控制都由系统运行程序决定。它可认为是单片机嵌入式系统核心的核心。一个系统应用软件设计得好坏，往往也决定了整个系统性能的好坏。
系统软件是根据系统功能要求设计的，一个嵌入式系统的运行程序实际上就是该系统的监控与管理程序。对于小型系统的应用程序，一般采用汇编语言编写。而对于中型和大型系统的应用程序，往往采用高级程序设计语言（如C语言、Basic语言）来编写。
编写嵌入式系统应用程序与编写其他类型的软件程序（如基于PC的应用软件设计开发）有很大的不同，嵌入式系统应用程序更加面向硬件低层和控制，而且还要面对有限的资源（如有限的RAM）。因为嵌入式系统的应用软件不仅要直接面对单片机以及与它连接的各种不同种类和设计的外围硬件电路编程，还要面对系统的具体应用和功能编程。整个运行程序常常是输入输出接口、存储器、外围芯片、中断处理等多项功能交织在一起。因此，除了硬件系统的设计，系统应用软件的设计也是嵌入式系统开发研制过程中重要和困难的任务。需要强调说明的是，针对单片机嵌入式系统的硬件设计和软件设计两者之间的关系是十分紧密，互相依赖和制约的。因此，通常要求嵌入式系统的开发人员既要具备扎实的硬件设计能力，同时也要具备相当优秀的软件程序设计能力。
1.2.2 单片机嵌入式系统的应用领域
以单片机为核心构成的单片机嵌入式系统已成为现代电子系统中最重要的组成部分。在现代的数字化世界中，单片机嵌入式系统已经大量地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、计算机的网络通信与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理、生产流水线上的机器人、医院里先进的医疗器械和仪器、广泛使用的各种智能IC卡、小朋友的程控玩具和电子宠物都是典型的单片机嵌入式系统应用。
由于单片机芯片的微小体积、极低的成本和面向控制的设计，使得它作为智能控制的核心器件被广泛地用于嵌入到工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信产品等各个领域的电子设备和电子产品中，主要的应用领域有以下几个方面。
1）智能家用电器。俗称带“电脑”的家用电器，如电冰箱、空调、微波炉、电饭锅、电视机、洗衣机等。传统的家用电器中嵌入了单片机系统后使产品的性能特点都得到很大的改善，实现了运行智能化、温度的自动控制和调节、节约电能等。
2）智能机电一体化产品。单片机嵌入式系统与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简化，控制智能化，构成新一代的机电一体化产品。这些产品已在纺织、机械、化工、食品等工业生产中发挥出巨大的作用。
3）智能仪器仪表。用单片机嵌入式系统改造原有的测量、控制仪器和仪表，能促使仪器仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展。由单片机系统构成的智能仪器仪表可以集测量、处理、控制功能与一体，赋予传统的仪器仪表以崭新的面貌。
4）测控系统。用单片机嵌入式系统可以构成各种工业控制系统、适应控制系统、数据采集系统等。例如，温室人工气候控制、汽车数据采集与自动控制系统。