單片機是隨著電子計算機(電腦)的發(fā)展而產(chǎn)生的我們一起回憶一下電子計算機的發(fā)展過程。
電子計算機的發(fā)展大致已經(jīng)歷了四代。
第一代——電子管時代,其發(fā)展年代大約在1946~1958年。世界上公認的第一臺電子計算機是1946年由賓夕法尼亞大學研制出來的。這臺計算機使用了18000個電子管,1500個繼電器,占地面積為150平方米,重量為30噸,耗電達140千瓦,花費資金100多萬美元。它的運算速度卻只有5000每秒次。但它的發(fā)明奠定了以后計算機發(fā)展的基礎。
當時計算機軟件主要用機器語言編制程序,其用途主要用于科學計算。
第二代--晶體管時代,其發(fā)展年代大約在1958—1964年,計算機的邏輯元件為晶體管。軟件有了很大發(fā)展,開始使用各種高級語言編制程序。計算機的應用已發(fā)展至各種事物的數(shù)據(jù)處理,并開始用于工業(yè)控制。
第三代--集成電路時代,其發(fā)展年代大約在1964—1971年。此時計算機的邏輯元件為小規(guī)模集成電路(SSI)和中規(guī)模集成電路
(MSI)。軟件方面已出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng),會話式的高級語言也有了相當發(fā)展。計算機的應用已開始用于企事業(yè)管理與工業(yè)控制。
第四代--大規(guī)模集成電路時代,是從1971年以后發(fā)展起來的。計算機的邏輯元件為大規(guī)模集成電路(LSI)。軟件性能也有極大的提高,計算機應用也進入了網(wǎng)絡時代。
隨著社會的發(fā)展和需求的提高,計算機也在不斷地更新與發(fā)展。由于計算機的產(chǎn)生是應數(shù)值計算而產(chǎn)生的,因此長期以來電子計算機技術都是沿著滿足大量高速數(shù)值計算而發(fā)展的,直到20世紀70年代,電子計算機在數(shù)字邏輯運算、推理、自動控制等方面顯露出非凡的功能后,在各種控制領域開始對計算機技術發(fā)展提出了與傳統(tǒng)大量高速計算完全不同的要求。這些要求是:面對控制對象、面對各種傳感器信號、面對人機交互操作控制、能方便地嵌入工控應用系統(tǒng)中等。
為了實現(xiàn)上述要求,近年來,單片微型計算機(簡稱單片機)應運而生。單片機也被稱做“微控制器”、“嵌入式微控制器”。單片機一詞最初是源于"”,簡稱SCM。在單片機誕生時,SCM是一個準確、流行的稱謂,“單片機”一詞準確地表達了這—概念。隨著SCM在技術上、體系結(jié)構上不斷擴展其控制功能,單片機已不能用“單片微型計算機”來準確表達其內(nèi)涵。國際上逐漸采用"MCU"(MicroControllerUnit”)來代替,形成了單片機界公認的、最終統(tǒng)一的名詞。在國內(nèi)因為“單片機”一詞已約定俗成,故而繼續(xù)沿用。
單片機基礎知識飛翔電子技術 2003-11-04 單片機的組成 單片機要自動完成計算,它應該具有哪些最重要的部分呢?我們以打算盤為例計算一道算術題。
例:36+163*156-166÷34。現(xiàn)在要進行運算,首先需要一把算盤,其次是紙和筆。
我們把要計算的問題記錄下來,然后第一步先算163*156,把它與36相加的結(jié)果記在紙上,然后計算166÷34,再把它從上一次結(jié)果中減去,就得到最后的結(jié)果。 現(xiàn)在,我們用單片機來完成上述過程,顯然,它首先要有代替算盤進行運算的部件,這就是“運算器”;其次,要有能起到紙和筆作用的器件,即能記憶原始題目、原始數(shù)據(jù)和中間結(jié)果,還要記住使單片機能自動進行運算而編制的各種命令。
這類器件就稱為“存貯器”。此外,還需要有能代替人作用的控制器,它能根據(jù)事先給定的命令發(fā)出各種控制信號,使整個計算過程能一步步地進行。
但是光有這三部分還不夠,原始的數(shù)據(jù)與命令要輸入,計算的結(jié)果要輸出,都需要按先后順序進行,有時還需等待。 如上例中,當在計算163*156時,數(shù)字36就不能同時進入運算器。
因此就需要在單片機上設置按控制器的命令進行動作的“門”,當運算器需要時,就讓新數(shù)據(jù)進入。或者,當運算器得到最后結(jié)果時,再將此結(jié)果輸出,而中間結(jié)果不能隨便“溜出”單片機。
這種對輸入、輸出數(shù)據(jù)進行一定管理的“門”電路在單片機中稱為“口”(Port)。在單片機中,基本上有三類信息在流動,一類是數(shù)據(jù),即各種原始數(shù)據(jù)(如上例中的36、163等)、中間結(jié)果(如166÷34所得的商4、余數(shù)30等)、程序(命令的集合)等。
這樣要由外部設備通過“口”進入單片機,再存放在存貯器中,在運算處理過程中,數(shù)據(jù)從存貯器讀入運算器進行運算,運算的中間結(jié)果要存入存貯器中,或最后由運算器經(jīng)“出入口”輸出。 用戶要單片機執(zhí)行的各種命令(程序)也以數(shù)據(jù)的形式由存貯器送入控制器,由控制器解讀(譯碼)后變?yōu)楦鞣N控制信號,以便執(zhí)行如加、減、乘、除等功能的各種命令。
所以,這一類信息就稱為控制命令,即由控制器去控制運算器一步步地進行運算和處理,又控制存貯器的讀(取出數(shù)據(jù))和寫(存入數(shù)據(jù))等。第三類信息是地址信息,其作用是告訴運算器和控制器在何處去取命令取數(shù)據(jù),將結(jié)果存放到什么地方,通過哪個口輸入和輸出信息等。
存貯器又分為只讀存貯器和讀寫存貯器兩種,前者存放調(diào)試好的固定程序和常數(shù),后者存放一些隨時有可能變動的數(shù)據(jù)。顧名思義,只讀存貯器一旦將數(shù)據(jù)存入,就只能讀出,不能更改(EPROM、E2PROM等類型的ROM可通過一定的方法來更改、寫入數(shù)據(jù)——編者注)。
而讀寫存貯器可隨時存入或讀出數(shù)據(jù)。 實際上,人們往往把運算器和控制器合并稱為中央處理單元——CPU。
單片機除了進行運算外,還要完成控制功能。所以離不開計數(shù)和定時。
因此,在單片機中就設置有定時器兼計數(shù)器,其基本結(jié)構與本連載之(二)中的舉例類似。到這里為止,我們已經(jīng)知道了單片機的基本組成,即單片機是由中央處理器(即CPU中的運算器和控制器)、只讀存貯器(通常表示為ROM)、讀寫存貯器(又稱隨機存貯器通常表示為RAM)、輸入/輸出口(又分為并行口和串行口,表示為I/O口)等等組成。
實際上單片機里面還有一個時鐘電路,使單片機在進行運算和控制時,都能有節(jié)奏地進行。另外,還有所謂的“中斷系統(tǒng)”,這個系統(tǒng)有“傳達室”的作用,當單片機控制對象的參數(shù)到達某個需要加以干預的狀態(tài)時,就可經(jīng)此“傳達室”通報給CPU,使CPU根據(jù)外部事態(tài)的輕重緩急來采取適當?shù)膽洞胧?/p>
現(xiàn)在,我們已經(jīng)知道了單片機的組成,余下的問題是如何將它們的各部分連接成相互關聯(lián)的整體呢?實際上,單片機內(nèi)部有一條將它們連接起來的“紐帶”,即所謂的“內(nèi)部總線”。此總線有如大城市的“干道”,而CPU、ROM、RAM、I/O口、中斷系統(tǒng)等就分布在此“總線”的兩旁,并和它連通。
從而,一切指令、數(shù)據(jù)都可經(jīng)內(nèi)部總線傳送,有如大城市內(nèi)各種物品的傳送都經(jīng)過干道進行。 單片機指令系統(tǒng)與匯編語言程序 前面已經(jīng)講述了單片機的幾個主要組成部分,這些部分構成了單片機的硬件。
所謂硬件(Hardware),就是看得到,摸得到的實體。但是,光有這樣的硬件,還只是有了實現(xiàn)計算和控制功能的可能性。
單片機要真正地能進行計算和控制,還必須有軟件(Software)的配合。軟件主要指的是各種程序。
只有將各種正確的程序“灌入”(存入)單片機,它才能有效地工作。單片機所以能自動地進行運算和控制,正是由于人把實現(xiàn)計算和控制的步驟一步步地用命令的形式,即一條條指令(Instruction)預先存入到存貯器中,單片機在CPU的控制下,將指令一條條地取出來,并加以翻譯和執(zhí)行。
就以兩個數(shù)相加這一簡單的運算來說,當需要運算的數(shù)已存入存貯器后,還需要進行以下幾步:第一步:把第一個數(shù)從它的存貯單元(Location)中取出來,送至運算器。 第二步:把第二個數(shù)從它所在的存貯單元中取出來,送至運算器; 第三步:相加; 第四步:把相加完的結(jié)果,送至存貯器中指定的單元。
所有這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等等都是一種操。
我本身也是學單片機的專業(yè),所以個人建議,你去學習一下郭天詳10天學會單片機,我也是從他的視頻開始學習的,然后自己做出仿真,去驗證他的程序。
首先你模仿他的程序先,基本是得看懂C語言,學單片機的基本都懂,
然后再慢慢變花樣:比如開始的流水燈,你就自己設置自己想要的變化,
接下來學習到了時鐘的程序的話,你就自己加入比如按鍵調(diào)整的程序等等,在模仿以及改變程序中提升自己,初學者都是這樣做的,
更到后面的話,你就學習一下傳感器的程序,AD/DA的程序,你會接觸到中斷,定時器等這樣的知識。..
希望你有幫助!!!
學習單片機的最有效方法是理論與實踐并重 對一個初學單片機的人來說,如果按教科書式的學法,上來就是一大堆指令、名詞,學了半天還搞不清這些指令起什么作用,能夠產(chǎn)生什么實際效果,那么也許用不了幾天就會覺得枯燥乏味而半途而廢。
所以學習與實踐結(jié)合是一個好方法,邊學習、邊演練,循序漸進,這樣用不了幾次就能將用到的指令理解、吃透、扎根于腦海,甚至“根深蒂固”。也就是說,當你此次學習完某幾條指令后(一次數(shù)量不求多,只求懂),接下去就該做實驗了,通過實驗,使你感受剛才的指令產(chǎn)生了控制效果,眼睛看得見(燈光)、耳朵聽得到(聲音),更能深刻理解指令是怎樣轉(zhuǎn)化成信號去控制電子產(chǎn)品的。
說句過分的話,單片機與其說是學出來的,還不如說是做實驗練出來的,何況做實驗本身也是一種學習過程。《電子制作》2003~2004的《手把手教你學單片機》講座就是基于這樣一種邊學邊練的理念展開的,從眾多的讀者反饋來看,效果特別好,許多讀者經(jīng)3~6個月的學習已能開發(fā)簡單的產(chǎn)品了(如霓紅燈廣告牌控制、累加計數(shù)器等)。
學習單片機要合理安排學習時間持之以恒 學習單片機可不能“三天打魚、二天曬網(wǎng)” ,要有持之以恒的毅力與決心,學習完幾條指令后,就應及時做實驗,融會貫通,而不要等幾天或幾個星期有時間后再做實驗,這樣效果不好甚至前學后忘。另外要有打“持久戰(zhàn)” 的心理準備,不要興趣來時學上幾天,無興趣時涼上幾星期。
學習單片機很重要的一點就是持之以恒。 學習單片機要使用循環(huán)學習法使之根深蒂固 《手把手教你學單片機》講座入門起點低,很多朋友覺得好學、易學,很快就能將講座從頭至尾學完、學懂,但過了幾個月,在開發(fā)產(chǎn)品時對指令的具體作用就有些淡忘了。
根據(jù)現(xiàn)代科學的研究,對只短暫學過一遍的知識,充其量只比浮光掠影稍好。因此,較好的方法是,過一段時間后(1~2個月)再重新做一遍,這樣反復循環(huán)幾次就能徹底弄懂消化,永不忘卻。
有道是:若人生能細看《水滸傳》10遍,那么里面的故事內(nèi)容、人物場情將永生不忘。 學習單片機要進行適當投資購買實驗器材及書籍資料 單片機技術是一門含金量高的技術,一旦學會后,它給你帶來的效益回報當然也高,無論是應聘求職還是自起爐灶開廠辦公司,其前景是光明無限。
因此在學習時要舍得適當投資購買必要的學習、實驗器材,另外還要經(jīng)常去科技圖書店看看,購買一些適合自己學習、提高的書籍。總之,春天不播種哪來秋天的收獲?考慮到初學者的學習成本,《手把手教你學單片機》講座主要采用“程序完成后軟件仿真→單片機燒錄程序→試驗板通電實驗”的方法(現(xiàn)在的快閃型單片機其程序可燒寫1000次以上),而沒有采用價格昂貴的在線仿真器(ICE)進行實驗,這樣整套實驗器材(不包括PC機)只有幾百元,對大部分已工作的愛好者來說都有這個經(jīng)濟能力承受。
一旦當你掌握了單片機的編程技術,成為一個水平較高的單片機設計人員時,再買在線仿真器也不遲。 準備: 單片機燒錄器 單片機仿真器 單片機(89c2051,便宜) 軟件(Keil) 1、先找本單片機入門的書來看,對于寄存器不必很深的了解 2、照書上的電路圖搭好電路(復位、晶振、IO……) 3、將書上的范例程序燒入單片機跑(或者仿真,看程序運行) 4、當你做完IO流水燈實驗、串口收發(fā)數(shù)據(jù)實驗,再回去看書,能有更深的體會。
5、高級應用的書,或者做更多的東西~~。
學習使用單片機就是理解單片機硬件結(jié)構,以及內(nèi)部資源的應用,在匯編或C語言中學會各種功能的初始化設置,以及實現(xiàn)各種功能的程序編制。
第一步:數(shù)字I/O的使用 使用按鈕輸入信號,發(fā)光二極管顯示輸出電平,就可以學習引腳的數(shù)字I/O功能,在按下某個按鈕后,某發(fā)光二極管發(fā)亮,這就是數(shù)字電路中組合邏輯的功能,雖然很簡單,但是可以學習一般的單片機編程思想,例如,必須設置很多寄存器對引腳進行初始化處理,才能使引腳具備有數(shù)字輸入和輸出輸出功能。每使用單片機的一個功能,就要對控制該功能的寄存器進行設置,這就是單片機編程的特點,千萬不要怕麻煩,所有的單片機都是這樣。
第二步:定時器的使用 學會定時器的使用,就可以用單片機實現(xiàn)時序電路,時序電路的功能是強大的,在工業(yè)、家用電氣設備的控制中有很多應用,例如,可以用單片機實現(xiàn)一個具有一個按鈕的樓道燈開關,該開關在按鈕按下一次后,燈亮3分鐘后自動滅,當按鈕連續(xù)按下兩次后,燈常亮不滅,當按鈕按下時間超過2s,則燈滅。數(shù)字集成電路可以實現(xiàn)時序電路,可編程邏輯器件(PLD)可以實現(xiàn)時序電路,可編程控制器(PLC)也可以實現(xiàn)時序電路,但是只有單片機實現(xiàn)起來最簡單,成本最低。
定時器的使用是非常重要的,邏輯加時間控制是單片機使用的基礎。第三步:中斷單片機的特點是一段程序反復執(zhí)行,程序中的每個指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時間,如果程序沒有執(zhí)行到某指令,則該指令的動作就不會發(fā)生,這樣就會耽誤很多快速發(fā)生的事情,例如,按鈕按下時的下降沿。
要使單片機在程序正常運行過程中,對快速動作做出反應,就必須使用單片機的中斷功能,該功能就是在快速動作發(fā)生后,單片機中斷正常運行的程序,處理快速發(fā)生的動作,處理完成后,在返回執(zhí)行正常的程序。中斷功能使用中的困難是需要精確地知道什么時候不允許中斷發(fā)生(屏蔽中斷)、什么時候允許中斷發(fā)生(開中斷),需要設置哪些寄存器才能使某 種中斷起作用,中斷開始時,程序應該干什么,中斷完成后,程序應該干什么等等 。
中斷學會后,就可以編制更復雜結(jié)構的程序,這樣的程序可以干著一件事,監(jiān)視著一件事,一旦監(jiān)視的事情發(fā)生,就中斷正在干的事情,處理監(jiān)視的事情,當然也可以監(jiān)視多個事情,形象的比喻,中斷功能使單片機具有吃著碗里的,看著鍋里的功能。以上三步學會,就相當于降龍十八掌武功,會了三掌了,可以勉強護身。
第四步:與PC機進行RS232通信 單片機都有USART接口,特別是MSP430系列中很多型號,都具有兩個USART接口。USART接口不能直接與PC機的RS232接口連接,它們之間的邏輯電平不同,需要使用一個MAX3232芯片進行電平轉(zhuǎn)換。
USART接口的使用是非常重要的,通過該接口,可以使單片機與PC機之間交換信息,雖然RS232通信并不先進,但是對于接口的學習是非常重要的。正確使用USART接口,需要學習通信協(xié)議,PC機的RS232接口編程等等知識。
試想,單片機實驗板上的數(shù)據(jù)顯示在PC機監(jiān)視器上,而PC機的鍵盤信號可以在單片機實驗板上得到顯示,將是多么有意思的事情啊! 第五步:學會A/D轉(zhuǎn)換 MAP430單片機帶有多通道12位A/D轉(zhuǎn)換器,通過這些A/D轉(zhuǎn)換器可以使單片機操作模擬量,顯示和檢測電壓、電流等信號。學習時注意模擬地與數(shù)字地、參考電壓、采樣時間,轉(zhuǎn)換速率,轉(zhuǎn)換誤差等概念。
使用A/D轉(zhuǎn)換功能的簡單的例子是設計一個電壓表。第六步:學會PCI、I2C接口和液晶顯示器接口 這些接口的使用可以使單片機更容易連接外部設備,在擴展單片機功能方面非常重要。
第七步:學會比較、捕捉、PWM功能 這些功能可以使單片機能夠控制電機,檢測轉(zhuǎn)速信號,實現(xiàn)電機調(diào)速器等控制起功能。 如果以上七步都學會,就可以設計一般的應用系統(tǒng),相當于學會十招降龍十八掌,可以出手攻擊了。
第八步:學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計 學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計是非常重要的,因為這是當前產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展方向。到此為止,相當于學會15招降龍十八掌,但還不到打遍天下無敵手的境界。
即使如此,也算是單片機大蝦了。
學習使用單片機就是理解單片機硬件結(jié)構,以及內(nèi)部資源的應用,在匯編或C語言中學會各種功能的初始化設置,以及實現(xiàn)各種功能的程序編制。
第一步:數(shù)字I/O的使用
使用按鈕輸入信號,發(fā)光二極管顯示輸出電平,就可以學習引腳的數(shù)字I/O功能,在按下某個按鈕后,某發(fā)光二極管發(fā)亮,這就是數(shù)字電路中組合邏輯的功能,雖然很簡單,但是可以學習一般的單片機編程思想,例如,必須設置很多寄存器對引腳進行初始化處理,才能使引腳具備有數(shù)字輸入和輸出輸出功能。每使用單片機的一個功能,就要對控制該功能的寄存器進行設置,這就是單片機編程的特點,千萬不要怕
麻煩,所有的單片機都是這樣。
第二步:定時器的使用
學會定時器的使用,就可以用單片機實現(xiàn)時序電路,時序電路的功能是強大的,在工業(yè)、家用電氣設備的控制中有很多應用,例如,可以用單片機實現(xiàn)一個具有一個按鈕的樓道燈開關,該開關在按鈕按下一次后,燈亮3分鐘后自動滅,當按鈕連續(xù)按下兩次后,燈常亮不滅,當按鈕按下時間超過2s,則燈滅。數(shù)字集成電路可以實現(xiàn)時序電路,可編程邏輯器件(PLD)可以實現(xiàn)時序電路,可編程控制器(PLC)也可以實現(xiàn)時序電路,但是只有單片機實現(xiàn)起來最簡單,成本最低。
定時器的使用是非常重要的,邏輯加時間控制是單片機使用的基礎。
第三步:中斷
單片機的特點是一段程序反復執(zhí)行,程序中的每個指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時間,如果程序沒有執(zhí)行到某指令,則該指令的動作就不會發(fā)生,這樣就會耽誤很多快速發(fā)生的事情,例如,按鈕按下時的下降沿。要使單片機在程序正常運行過程中,對快速動作做出反應,就必須使用單片機的中斷功能,該功能就是在快速動作發(fā)生后,單片機中斷正常運行的程序,處理快速發(fā)生的動作,處理完成后,在返回執(zhí)行正常的程序。中斷功能使用中的困難是需要精確地知道什么時候不允許中斷發(fā)生(屏蔽中斷)、什么時候允許中斷發(fā)生(開中斷),需要設置哪些寄存器才能使某 種中斷起作用,中斷開始時,程序應該干什么,中斷完成后,程序應該干什么等等 。
中斷學會后,就可以編制更復雜結(jié)構的程序,這樣的程序可以干著一件事,監(jiān)視著一件事,一旦監(jiān)視的事情發(fā)生,就中斷正在干的事情,處理監(jiān)視的事情,當然也可以監(jiān)視多個事情,形象的比喻,中斷功能使單片機具有吃著碗里的,看著鍋里的功能。
以上三步學會,就相當于降龍十八掌武功,會了三掌了,可以勉強護身。
第四步:與PC機進行RS232通信
單片機都有USART接口,特別是MSP430系列中很多型號,都具有兩個USART接口。USART接口不能直接與PC機的RS232接口連接,它們之間的邏輯電平不同,需要使用一個MAX3232芯片進行電平轉(zhuǎn)換。
USART接口的使用是非常重要的,通過該接口,可以使單片機與PC機之間交換信息,雖然RS232通信并不先進,但是對于接口的學習是非常重要的。正確使用USART接口,需要學習通信協(xié)議,PC機的RS232接口編程等等知識。試想,單片機實驗板上的數(shù)據(jù)顯示在PC機監(jiān)視器上,而PC機的鍵盤信號可以在單片機實驗板上得到顯示,將是多么有意思的事情啊!
第五步:學會A/D轉(zhuǎn)換
MAP430單片機帶有多通道12位A/D轉(zhuǎn)換器,通過這些A/D轉(zhuǎn)換器可以使單片機操作模擬量,顯示和檢測電壓、電流等信號。學習時注意模擬地與數(shù)字地、參考電壓、采樣時間,轉(zhuǎn)換速率,轉(zhuǎn)換誤差等概念。
使用A/D轉(zhuǎn)換功能的簡單的例子是設計一個電壓表。
第六步:學會PCI、I2C接口和液晶顯示器接口
這些接口的使用可以使單片機更容易連接外部設備,在擴展單片機功能方面非常重要。
第七步:學會比較、捕捉、PWM功能
這些功能可以使單片機能夠控制電機,檢測轉(zhuǎn)速信號,實現(xiàn)電機調(diào)速器等控制起功能。
如果以上七步都學會,就可以設計一般的應用系統(tǒng),相當于學會十招降龍十八掌,可以出手攻擊了。
第八步:學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計
學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計是非常重要的,因為這是當前產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展方向。
到此為止,相當于學會15招降龍十八掌,但還不到打遍天下無敵手的境界。即使如此,也算是單片機大蝦了。
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