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標題: 教你怎么學單片機 [打印本頁]

作者: 51黑tt 時間: 2016-3-6 13:38
標題: 教你怎么學單片機
一提起單片機，也許有好多好多的人暉然不知其為何物。但當你生活在繁華的現
代化大都市時，你有沒有想過，為什么我們隨時都可以在ATM自動柜員機里取
錢？為什么十字路口的交通燈能夠在沒有人干預的情況下有條不紊地指揮著交
通？為什么我們能用手機隨時隨地與他人進行通話？我們平常所使用的數碼相
機、數碼電視機、數碼音響、遙控器、空調、智能洗衣機、智能玩具等等所謂的
高科技產品，它們到底是怎么構成的呢？其實說到底，服務于我們現代化生活的
神秘之物，正是不為人所知的單片機！
目前，單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的
蹤跡，它是如此地貼于近我們的生活，在我們的生活中觸手可及，給我們的生活
帶來很多的便利。如導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通
訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC
卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以
及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機
器人、智能儀表、醫療器械了。從當前情況來看，科技越發達，智能化的東西就
越多，使用的單片機就越多。
據統計，我國的單片機年容量已達1－3億片，且每年以大約16%的速度增長，但
相對于世界市場，我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區的玩具廠等生產的產
品多數用到單片機,并不斷地輻射向內地, 這說明單片機應用在我國才剛剛起
步，有著廣闊的前景。面對著學習單片機是一門終生受用的技術；同時面對著生
活的現代化，我們衣、食、住、行也就越來越依賴各式各樣的“高科技”了，也
就有很多地方都用到了高集成電路IC和單片機。學習單片機，做現代生活的領航
人,它將帶你進入最具魅力的電子世界。
那么什么叫單片機呢？一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構成：CPU（進
行運算、控制）、RAM（數據存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例
如：串行口、并行輸出口等）。在個人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安
裝在一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，這些部份，全部被做到一
塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機，而且有一些單片機中除了
上述部份外，還集成了其它部份如A/D，D/A等。
此時，有讀者就會驚嘆的問：“家用計算機中的CPU一塊就要賣幾百元，而單片
機里面就包含了這么多東西，這價格那還了得嗎？再說這塊芯片想想也是非常之
大，有那么實用嗎？”其實不然，一片單片機芯片的價格并不是大家想象中的那
么高，恰好相反，它的價格是從幾元人民幣到幾十元人民幣這么便宜，體積也不
大，一般是40腳封裝，當然功能多一些的單片機引腳比較多的，如68引腳等，功
能少的只有10多個或20多個引腳，有的甚至只有8個引腳。
為什么會這樣呢？功能有強弱，打個比方，市面上有的組合音響一套才賣幾百塊
錢，可是有的僅一臺功放機就要賣好幾千。另外這種芯片的生產量很大，技術也
很成熟，51系列的單片機已經做了二十幾年，所以價格就低了。既然如此，單
片機的功能肯定不強，干嗎要學它呢？話不能這樣說，實際工作中并不是任何
需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能，一個控制電冰箱溫度的計算機難
道要用PIII？應用的關鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。所以8051出
來二十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發展中。
對于要學習單片機或者對單片有濃厚興趣的人來說，那么如何才能既快速又方便
的學習好它呢？
第一、要多方面獲取學習單片機技術方面的資料。購買有關書籍，并到相關的單
片機技術網站和IT網站獲取資料，例如，在網上可以找到仿真器的使用指導書、
各種系列單片機的使用說明和具體單片機芯片的數據說明，可以找到仿真器的電
路圖、實驗板電路圖、芯片封裝知識等大量的實際應用參考電路，當然有些資料
是英文的，看懂英文資料是個挑戰，學會4、6級英語就是為看資料的。英語難
學，但是看資料容易，只要下決心，看完一本資料，就可以看懂所有的相關資
料。
第二、購買仿真器和實驗電路板，如果經濟條件不錯，可以直接購買。如何自制
仿真器和實驗電路板呢？首先要到網上找到仿真器的電路圖，然后就可以使用畫
電路板軟件畫電路圖和電路板圖，這又是個挑戰，要求你先前必須認真學好PCB
圖制作方面的相關知識，并熟練掌握一種以上的電子電路制圖軟件的使用方法。
仿真器電路非常簡單，但要把它制作出來還是需要下一番苦工夫的，找一本有關
書，然后練習畫原理圖，畫完原理圖后，就學習認識元件封裝，再購買元件，這
時就可以畫電路板圖了，一旦畫好，將形成的PCB文件交給電路板制作公司，若
干天后，就可以得到電路板，焊上元器件，等實驗電路板做好后，就可以與實驗
電路板一起調試了。另外，仿真器本身的系統程序，也需要向仿真器電路圖設計
者購買。自制實驗電路板，需要單片機芯片內部工作原理的知識、封裝知識，清
楚的知道每一個引腳的功能，還需要數碼管、按鈕、排電阻、三端穩壓器、二極
管、散熱器、電解電容、普通電容、電阻、鈕子開關等元件的知識，對于初學
者，可以做一個只有3個數碼管、8個按鈕、8個發光二極管的簡單實驗板，這樣
的實驗板，雖然簡單，但足可以幫助初學者入門。
第三、可以從網上獲得仿真器用的仿真軟件，或者如果你是購買的仿真器，它也
有配套相關的仿真軟件，將其安裝到計算機上。這樣就可以調試仿真器和實驗
板，將仿真器的一端與PC機相連，另一端連接實驗板的接口，上電后，檢查仿真
器芯片、實驗板上芯片是否發熱（用手模），PC機是否工作正常后，運行仿真軟
件，找個C語言或匯編語言的例子，編譯成功后下載到單片機中，如果能夠下
載，說明一切成功。否則還需要仔細研究，一般情況下，只要電路板上的電路正
確，元件參數準確，沒有不成功的。
上面的準備工作做好后，我們就可以進入到單片機技術的學習階段了。
第四、我們要從宏觀上把握好單片機技術的核心內容。只有你在腦海里有了這門
技術的核心內容，那么你在學習的過程中，你就會知道你是在學什么？學到哪一
部分了？學了有什么用？往往好多學生在學習這門技術的過程中，不注重對整門
技術的宏觀把握，導致了學習的時候糊里糊涂，然后除了天天喊什么“聽不懂
啦。”“在學天書啦！”“太難學太枯燥啦！”等等就真的什么也學不會了，其
實只要你掌握好單片機技術的知識主干，那么學習起來就心中有數了，最起碼也
能知道自己在學什么。圖1-1是當前一般院校單片機教材的主要知識結構，大家
要把這一幅圖深深印在腦海里，帶著它學習起來心里就有底了。
單片機基礎知識主要是回顧一下學過的一些電子入門知識，包括數字電子技術，
計算機基礎知識等。然后分成軟硬件兩個方面來學習。
硬件方面主要學習單片機的內部結構，這部分的知識非常重要，特別是存儲器結
構這一方面的知識，更要好好的掌握。硬件方面接下來要學習的就是單片機的三
件法寶，它們分別是中斷系統、定時/計數器，串行接口，這三個方面的內容可
以為將來的單片機應用系統電路設計帶來方便。然后就是要學習單片機的片外擴
展及接口技術，單片機的三件法寶有時不夠用怎么辦？不怕，可以通過擴展來實
現，比如8051有兩個定時/計數器，而我們設計的系統要用到四個定時器，怎么
辦，我們可以通過擴展外部定時芯片來擴展定時/計數器的個數。又比如單片機
要接收一個溫度信號，我們就可以通過擴展接口技術，為單片機外部加一個溫度
傳感器，放大器，A/D轉換器等來完成任務。
軟件方面主要先學習單片機的指令系統，所謂指令就是指示單片機完成一個動作
的命令。每種型號的單片機都有各自的指令系統，我們只要熟悉地掌握一種型號
的單片機的指令系統，其它的就皆能觸類旁通了。熟悉指令系統以后，我們就可
以采用這些指令來編寫程序了，程序是能夠使單片機完成某個功能的指令的集
合。如何使編寫出來的程序符合單片機應用系統的要求，如何達到程序的最優
化，這就是學習程序設計技術的內容了。
通過學習完單片機軟硬件方面的知識，我們就可以來設計一個單片機應用系統，
但是在設計的時候要注意一些什么問題，如何設計才能使整個系統達到抗干擾、
可靠性高等等問題，都是在單片機應用系統的設計這一方面我們要學習的。
第五、從細微處著手學習好單片機技術的每個主要知識點。可具體從下面幾步入
手：
1、先學習數字I/O的使用。信號的輸入輸出，都是通過單片機的I/O口來實現
的。我們可以通過使用按鈕輸入信號，發光二極管顯示輸出電平這樣的實例，就
可以學習引腳的數字I/O功能，在按下某個按鈕后，某發光二極管發亮，這就是
數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字
輸入和輸出功能。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。
2、定時器的使用。學會定時器的使用，就可以用單片機實現時序電路，時序電
路的功能是強大的，在工業、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，當按鈕連續按下兩次后，燈常亮不滅，當按鈕按下時間超過2s，
則燈滅。數字集成電路可以實現時序電路，可編程邏輯器件（PLD）可以實現時
序電路，可編程控制器（PLC）也可以實現時序電路，但是只有單片機實現起來
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。
3、中斷系統的學習。單片機的特點是一段程序反復執行，程序中的每個指令的
執行都需要一定的執行時間，如果程序沒有執行到某指令，則該指令的動作就不
會發生，這樣就會耽誤很多快速發生的事情，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生后，單片機中斷正常運行的程序，處理快速發
生的動作，處理完成后，再返回執行正常的程序。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生（屏蔽中斷）、什么時候允許中斷發生（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構
的程序，這樣的程序可以使CPU同時做幾件事。
4、與PC機進行RS232通信。單片機一般都有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，需要使用一塊232芯片進行電
平轉換。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，需要學習通信協議，PC機的RS232接口編程等等知識。試想，
單片機實驗板上的數據顯示在PC機監視器上，而PC機的鍵盤信號可以在單片機實
驗板上得到顯示，將是多么神奇的事情啊！
以上三步學會，就相當于牢牢掌握了單片機三大法寶，就有能力設計一些簡單的
單片機應用系統了。
5、學會用單片機外接RAM、ROM、A/D、D/A轉換等芯片。必竟僅依靠一片單片機
芯片來設計大型的應用系統，其力量是有限的，要想使單片機具有出神入化的功
能，就必須學會用它與其它各種類型的芯片連接，完成更加意想不到的功能。例
如讓單片機與芯片27512連接，那么單片機就可以存貯256KB的程序了；如果讓單
片機與芯片DAC0832或AD0809連接，那么這個單片機系統就具有數模轉換或模數
轉換的功能了，通過這些A/D或D/A轉換，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字地、參考電壓、采樣時間，轉換速
率，轉換誤差等概念。使用A/D轉換功能的簡單的例子是設計一個電壓表。
6、學會PCI、I2C接口、USB接口、TCP/IP接口和液晶顯示器等的接口。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。同
時可以學習一些比較、捕捉、PWM功能，這些功能可以使單片機能夠控制電機，
檢測轉速信號，實現電機調速器等控制起功能。
綜上所述，學習單片機就是要采用理論與實踐相結合的方法，采用軟件與硬件同
步掌握的方法來學習單片機技術。單片機技術是一門實操性很強的專業課，單方
面的啃書本是勞而無獲的。在學習的過程中也不能一味地學習硬件知識或者一個
勁地學習編程技術，而是兩方面都要顧及，一方面要學習硬件，一方面也要學習
軟件。通過硬件知識的學習，你能夠了解到如何編程來控制硬件，通過軟件編程
的學習，你又可以更進一步學習到單片機硬件的工作機制和原理。
在知識爆炸的年代里，即使天天學習，也很難跟上科學技術的發展。學習單片機
技術首要的是興趣，愛好單片機才能學會單片機，不為什么目的，只為學習的樂
趣，當然要是興趣也能賺錢，則是一舉兩得。學會使用單片機其實是學會了使用
工具，充其量是個補鍋、鋦碗的匠人。如果再要進步，就需要在信號識別、控制
理論、數字信號處理理論、通信理論等方面下工夫，只有這樣，才能開發出高水
平、高附加值、具有知識產權的產品，達到熟練運用的至高境界。單片機是
DSP、嵌入式操作系統等高級硬件產品開發的基礎。如果想要進一步的發展，必
須學會單片機的開發。如果在學會單片機的基礎之上，學會CPLD和FPGA的開發以
及硬件描述語言，就可以在高速產品的開發方面如魚得水。

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