單片機(jī)用戶(原始設(shè)備制造商)面臨著三大挑戰(zhàn)：通過(guò)特性、性能或價(jià)格實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品差異化;通過(guò)縮短產(chǎn)品上市時(shí)間以補(bǔ)償在復(fù)雜設(shè)計(jì)上日益增長(zhǎng)的投資;力求在不增加成本的前提下達(dá)成上述兩大目標(biāo)。這些挑戰(zhàn)構(gòu)成了未來(lái)單片機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，為了體現(xiàn)終端產(chǎn)品的差異化，原始設(shè)備制造商爭(zhēng)先恐后地為其產(chǎn)品增添諸多的新特性。

單片機(jī)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)、非常注重動(dòng)手的課程。學(xué)習(xí)單片機(jī)最有效的方法是理論與實(shí)踐并重，邊學(xué)習(xí)，邊演練，循序漸進(jìn)，這樣能將用到的指令理解、吃透。因此，在進(jìn)行教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，必須先設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)好學(xué)習(xí)用的實(shí)驗(yàn)板，使每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目都可以在實(shí)驗(yàn)板上完成。實(shí)驗(yàn)板可以買(mǎi)現(xiàn)成的，也可以根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)。我們?cè)诰帉?xiě)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了5個(gè)實(shí)驗(yàn)用模塊板，分別是單片機(jī)模塊、指令(按鍵)模塊、LED顯示模塊、七段數(shù)碼管模塊、LCD顯示模塊。

與其它的嵌入式系統(tǒng)相比，單片機(jī)的體積小，但是集成度高，具備較高的可靠性與控制功能;功耗低且采用低電壓，因此對(duì)便攜式產(chǎn)品的制造與生產(chǎn)十分有利;具備較好的擴(kuò)展性與優(yōu)異的性能比，其應(yīng)用范圍十分廣泛，包括辦公室自動(dòng)化設(shè)備、實(shí)時(shí)過(guò)程的控制、各類儀器儀表、醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備、汽車(chē)電子產(chǎn)品以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等等，由此可見(jiàn)，單片機(jī)是一種實(shí)用性非常強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)。其基本組成包括以下幾個(gè)部分：第一，運(yùn)算器，其核心是ALU部件，主要作用就是完成二進(jìn)制算術(shù)與邏輯運(yùn)算，運(yùn)算器的輔助設(shè)備包括暫存器TMP、寄存器B、累加器 ACC、布爾處理器以及程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW 等等;第二，控制器，其為CPU的神經(jīng)中樞，包括定時(shí)控制邏輯電路、指令寄存器以及譯碼器等模塊;第三，存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中的每個(gè)存儲(chǔ)單元均對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，其利用2位16進(jìn)制數(shù)表示;第四，輸入設(shè)備與輸出設(shè)備等。

可以說(shuō)單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，這得益于其優(yōu)良的存儲(chǔ)功能，并且與單片機(jī)RAM外存儲(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系時(shí)必須通過(guò)A累加器才能順利實(shí)現(xiàn)，即所有數(shù)據(jù)如果要向外部RAM傳輸只能通過(guò)A累加器，同樣在數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中也要經(jīng)過(guò)A累加器才能實(shí)現(xiàn)讀入。這種工作機(jī)制與內(nèi)部RAM有著明顯的區(qū)別，即內(nèi)部RAM之間能夠直接傳送、讀入數(shù)據(jù)，但是外部RAM不可以。單片機(jī)其實(shí)是一種高集成的電路芯片，其執(zhí)行程序的過(guò)程就是逐條執(zhí)行指令的過(guò)程。此處所謂的指令是指需要單片機(jī)執(zhí)行的相關(guān)操作采用命令的形式寫(xiě)出來(lái)，通常一種基本操作對(duì)應(yīng)一條指令，主要是由設(shè)計(jì)人員賦予單片機(jī)的指令系統(tǒng)來(lái)決定的。由于單片機(jī)在執(zhí)行指令的過(guò)程中需要遵循特定的順序，所以程序中的指令也是根據(jù)同樣的順序逐條存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)只需逐條取出這些指令然后執(zhí)行即可，不過(guò)要求具備一個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC對(duì)指令地址進(jìn)行追蹤，在程序執(zhí)行過(guò)程中，給PC賦予執(zhí)行程序中對(duì)應(yīng)指令的地址，那么PC獲取該條命令時(shí)會(huì)自動(dòng)增加相應(yīng)的內(nèi)容，通常指令的長(zhǎng)度決定其增加量。

片機(jī)正常工作需要外部電路的支持，異于個(gè)人電腦單片機(jī)它不僅僅需要外部電源供電，它還需要外部晶振電路、復(fù)位電路，如果需要控制大功率器件還需要外圍的驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行模擬電壓比較時(shí)需要外圍穩(wěn)壓電路輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。但是回顧單片機(jī)的發(fā)展歷史，單片機(jī)硬件電路已經(jīng)得到了很好的優(yōu)化。比如中國(guó)第一家本土單片機(jī)公司STC宏晶科技推出的STC15F100系列單片機(jī)內(nèi)部就集成高精度R\C時(shí)鐘無(wú)需外圍晶振電路。ST意法半導(dǎo)體公司推出的STM32系列32位嵌入式單片機(jī)內(nèi)部集成了RTC時(shí)鐘電路，只需外圍備用電池接入就可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。另外單片機(jī)供電門(mén)檻也不斷降低。ST公司的STM32系列單片機(jī)只需2.6V就可啟動(dòng)，耐壓也達(dá)到了5.5V。