單片機入門(mén)學(xué)習篇

一、單片機的特點(diǎn)與基本組成

與其它的嵌入式系統相比，單片機的體積小，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，因此對便攜式產(chǎn)品的制造與生產(chǎn)十分有利;具備較好的擴展性與優(yōu)異的性能比，其應用范圍十分廣泛，包括辦公室自動(dòng)化設備、實(shí)時(shí)過(guò)程的控制、各類(lèi)儀器儀表、醫療領(lǐng)域相關(guān)設備、汽車(chē)電子產(chǎn)品以及計算機網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)等等，由此可見(jiàn)，單片機是一種實(shí)用性非常強的嵌入式系統。其基本組成包括以下幾個(gè)部分：第一，運算器，其核心是ALU部件，主要作用就是完成二進(jìn)制算術(shù)與邏輯運算，運算器的輔助設備包括暫存器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，存儲器，存儲器中的每個(gè)存儲單元均對應一個(gè)地址，其利用2位16進(jìn)制數表示;第四，輸入設備與輸出設備等。

二、電子技術(shù)中單片機的應用

(一)單片機的工作原理

可以說(shuō)單片機在電子技術(shù)中的應用越來(lái)越普遍，這得益于其優(yōu)良的存儲功能，并且與單片機RAM外存儲器發(fā)生聯(lián)系時(shí)必須通過(guò)A累加器才能順利實(shí)現，即所有數據如果要向外部RAM傳輸只能通過(guò)A累加器，同樣在數據讀取過(guò)程中也要經(jīng)過(guò)A累加器才能實(shí)現讀入。這種工作機制與內部RAM有著(zhù)明顯的區別，即內部RAM之間能夠直接傳送、讀入數據，但是外部RAM不可以。單片機其實(shí)是一種高集成的電路芯片，其執行程序的過(guò)程就是逐條執行指令的過(guò)程。此處所謂的指令是指需要單片機執行的相關(guān)操作采用命令的形式寫(xiě)出來(lái)，通常一種基本操作對應一條指令，主要是由設計人員賦予單片機的指令系統來(lái)決定的。由于單片機在執行指令的過(guò)程中需要遵循特定的順序，所以程序中的指令也是根據同樣的順序逐條存放的，單片機在執行程序時(shí)只需逐條取出這些指令然后執行即可，不過(guò)要求具備一個(gè)程序計數器PC對指令地址進(jìn)行追蹤，在程序執行過(guò)程中，給PC賦予執行程序中對應指令的地址，那么PC獲取該條命令時(shí)會(huì )自動(dòng)增加相應的內容，通常指令的長(cháng)度決定其增加量。

(二)電子技術(shù)中單片機的應用

1、在家用電器領(lǐng)域的應用

現在在家用電器的更新、市場(chǎng)開(kāi)拓等方面，單片機的應用越來(lái)越廣泛，比如電子玩具或者高級的電視游戲機中，會(huì )應用單片機實(shí)現其控制功能;而洗衣機可以利用單片機識別衣服的種類(lèi)與臟污程度，從而自動(dòng)選擇洗滌強度與洗滌時(shí)間;在冰箱冷柜中采用單片機控制可以識別食物的種類(lèi)與保鮮程度，實(shí)現冷藏溫度與冷藏時(shí)間的自動(dòng)選擇;微波爐也可以通過(guò)單片機識別食物種類(lèi)從而自動(dòng)確定加熱溫度與加熱時(shí)間等等，這些家用電器在應用單片機技術(shù)后，無(wú)論是性能還是功能，與傳統技術(shù)相比均有長(cháng)足的進(jìn)步。

2、在醫用設備領(lǐng)域的應用

現代醫療條件越來(lái)越發(fā)達，人們對醫療滅菌消毒技術(shù)也越來(lái)越重視，但是一些偏遠地區的小醫院、小診所其消毒滅菌設備還十分簡(jiǎn)陋，無(wú)法有效的控制消毒質(zhì)量。隨著(zhù)單片機技術(shù)的發(fā)展，其體積較小、功能強大、具有靈活的擴展性、應用方便的特點(diǎn)也越來(lái)越突出，因此在醫用呼吸機、分析儀與監護儀、超聲診斷設備、病床呼叫系統等設備中得到了廣泛的應用。

3、在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用

其實(shí)最早的單片機正是從工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始興起的，至今其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用仍然十分廣泛，利用單片機技術(shù)構成多種多樣的數據采集系統與智能控制系統，比如工廠(chǎng)流水線(xiàn)的智能化管理、智能化電梯、報警系統等等，均是通過(guò)單片機技術(shù)與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統。

4、在儀器儀表領(lǐng)域的應用

上文中也談到單片機具備集成度高、體積小、較強的控制功能與擴展的靈活性等特點(diǎn)，并且處理速度快，具有較高的可靠性，所以在智能儀器儀表領(lǐng)域其應用也十分廣泛。從某種程度而言，單片機帶動(dòng)了傳統測量、控制儀器儀表技術(shù)的一項革命，通過(guò)單片機技術(shù)實(shí)現了儀器儀表技術(shù)的數字化、智能化、綜合化以及多功能化，與傳統的電子電路或者數字電路相比，其功能更強大，綜合性更突出。

三、單片機的應用

(一)單片機型號與編程語(yǔ)言的選擇

1,型號的選擇。目前單片機種類(lèi)有很多，有 8051、PIC、MS430、 AVR等。單片機雖然型號不同，但是芯片內部的資源種類(lèi)都差不多，而且這些資源的使用方法也大同小異?？梢哉f(shuō)學(xué)會(huì )一種，其他種類(lèi)皆融會(huì )貫通。8051系列是老型號，這種單片機雖不是目前功能最強大的，但卻是用得最廣泛的，教學(xué)資源最多，軟件支持和硬件開(kāi)發(fā)都很成熟。對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，我們選擇由Atmel公司生產(chǎn)的，具有ISP可在線(xiàn)編程功能的AT89S52這一型號。

2,編程語(yǔ)言的選擇。由于單片機的C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比，具有對單片機的指令系統不要求有任何的了解，就可以用C語(yǔ)言直接編程操作單片機;具有方便的模塊化編程技術(shù)，使已編好的程序很容易移植;單片機的C語(yǔ)言常用語(yǔ)法少，有益于編寫(xiě)小而快的程序等優(yōu)點(diǎn)，我們選擇C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。

(二)學(xué)完單片機這門(mén)課程后，應該達到的教學(xué)目標是：

1,了解單片機的功能與應用、基礎知識及其最小工作系統。

2,學(xué)會(huì )相關(guān)軟件如Keil和 SLISP的使用。

3,初步學(xué)會(huì )單片機在端口操作、顯示、高級輸入、時(shí)間控制等工程方面的典型應用。

4,學(xué)會(huì )C51基本語(yǔ)句與相關(guān)函數的用法。

5,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)有余力的學(xué)生繼續學(xué)習單片機的興趣和欲望，使總的教學(xué)目標最終都被分解到一個(gè)個(gè)具體的教學(xué)項目中而得到落實(shí)。

(三)實(shí)驗板的設計與開(kāi)發(fā)

單片機是一門(mén)實(shí)踐性很強、非常注重動(dòng)手的課程。學(xué)習單片機最有效的方法是理論與實(shí)踐并重，邊學(xué)習，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)項目設計之前，必須先設計開(kāi)發(fā)好學(xué)習用的實(shí)驗板，使每個(gè)教學(xué)項目都可以在實(shí)驗板上完成。實(shí)驗板可以買(mǎi)現成的，也可以根據教學(xué)的實(shí)際需要自行設計。我們在編寫(xiě)過(guò)程中，根據教學(xué)需要設計并開(kāi)發(fā)了5個(gè)實(shí)驗用模塊板，分別是單片機模塊、指令(按鍵)模塊、LED顯示模塊、七段數碼管模塊、LCD顯示模塊。

“延時(shí)小燈的設計”教學(xué)項目，其項目情境描述為：用單片機的P1.0 腳去控制一個(gè)發(fā)光二極管按1s時(shí)間間隔進(jìn)行亮滅閃爍，即延時(shí)小燈的設計。

1,了解單片機 C 語(yǔ)言程序的基本結構。

2,學(xué)會(huì )while()語(yǔ)句、for語(yǔ)句及不帶參數函數的用法。

3,學(xué)會(huì )進(jìn)入 Kiel軟件的仿真模擬調試狀態(tài)，會(huì )利用寄存器窗口“sec”一欄的參數來(lái)計算程序執行的相關(guān)時(shí)間。這樣就能讓學(xué)生從一開(kāi)始就明確教學(xué)項目所要求完成的工作任務(wù)和應掌握的相關(guān)知識，即學(xué)習目標既具體又明確。

四、結語(yǔ)

總之，從某種程度而言，嵌入式計算機系統已經(jīng)成為現代電子系統的核心技術(shù)之一，而單片機作為一種最典型、應用最廣泛、普及度最高的嵌入式系統，更是在現代電子系統的發(fā)展歷程中占據著(zhù)重要的地位。