為什么要學(xué)習單片機？有多重要？

　　單片機是大專(zhuān)學(xué)校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)普通課，有些學(xué)校甚至把它列為選修課，在眾多課程中，沒(méi)有顯出它有多么重要。為什么要學(xué)習它呢?電類(lèi)專(zhuān)業(yè)有很多專(zhuān)業(yè)課，這些專(zhuān)業(yè)課非常重要，是各個(gè)專(zhuān)業(yè)存在的必需課程，學(xué)完這些課程可以使學(xué)習者成為大學(xué)者的繼承人，市場(chǎng)對學(xué)者繼承人的需求太少，大量需要的是產(chǎn)品的研發(fā)者，研發(fā)產(chǎn)品是需要干實(shí)際事情的，需要研發(fā)工具，而單片機課程就是學(xué)習研發(fā)工具使用的課程。學(xué)習單片機課程與理論課程不一樣，不能只做作業(yè)，而是要實(shí)際使用單片機，下面就如何準備學(xué)習單片機的條件和學(xué)習步驟簡(jiǎn)述一些不成熟的想法。

　　1.硬件

　　(1)編程硬件

　　所謂編程就是把單片機運行的程序燒寫(xiě)到單片機的存儲器中，目前大部分單片機都是使用FLASH存儲器，這些存儲器的寫(xiě)入次數一般是1000次左右，也有1萬(wàn)次或是10萬(wàn)次的。編程也叫程序下載或是燒寫(xiě)。

　　(2)實(shí)時(shí)仿真硬件

　　實(shí)時(shí)仿真是使用PC機，用軟件監視在單片機中實(shí)際運行的程序，也就是當程序下載到單片機中后，實(shí)時(shí)運行程序，在程序中設置斷點(diǎn)，通過(guò)仿真接口，監視和控制程序的運行。這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是調試程序(實(shí)際驗證程序的正確性)。編程器和仿真器可以是一個(gè)裝置，也可以是各自獨立的裝置。

　　2.軟件

　　單片機開(kāi)發(fā)需要單片機開(kāi)發(fā)軟件的支持，軟件分為：

　　(1)編程軟件

　　該軟件支持編程器工作，幫助編程器把程序寫(xiě)入單片機。

　　(2)實(shí)時(shí)仿真軟件

　　該軟件可以在仿真接口的支持下，調試單片機程序。

　　(3)虛擬仿真

　　該類(lèi)軟件支持在沒(méi)有單片機硬件情況下的單片機程序調試。

　　(4)支持C語(yǔ)言

　　所有的單片機開(kāi)發(fā)軟件都支持匯編語(yǔ)言編程，但是目前人們更喜歡C語(yǔ)言編程，主要是C語(yǔ)言功能強大，可以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。目前就有支持上述功能的軟件，例如51系列的Keil51、PIC系列的MPLAB，MSP430系列的IAR等。

　　3.學(xué)習單片機的手段

　　按照經(jīng)濟實(shí)力，學(xué)習單片機的手段分為如下幾種：

　　(1)買(mǎi)本單片機書(shū)，仔細研究。

　　(2)網(wǎng)上下載一個(gè)具有仿真功能的單片機開(kāi)發(fā)軟件(最好支持C語(yǔ)言)，在計算機上對單片機虛擬仿真。

　　(3)購編程器(支持編程器的下載軟件有編程器商提供)和實(shí)驗板(又稱(chēng)為演示板或是目標板)，網(wǎng)上下載開(kāi)發(fā)軟件。在開(kāi)發(fā)軟件的支持下對單片機虛擬仿真，確認單片機程序正確后，用編程器將程序下載到單片機中，觀(guān)察程序的實(shí)際運行。

　　(4)購仿真接口和實(shí)驗板，在網(wǎng)上下載單片機開(kāi)發(fā)軟件(支持編程、虛擬仿真、實(shí)時(shí)仿真和C語(yǔ)言)，在虛擬仿真完成后，將程序下載到單片機中實(shí)時(shí)仿真。對于個(gè)人學(xué)習單片機，具有上述(4)的條件已經(jīng)是很好了。

　　4.學(xué)習單片機過(guò)程中的困擾

　　單片機種類(lèi)很多，各個(gè)公司提供的單片機、開(kāi)發(fā)硬件和軟件功能、價(jià)格都不一樣，對于初學(xué)單片機有很多困惑。

　　(1)單片機問(wèn)題

　　目前單片機很多，學(xué)哪一個(gè)，其實(shí)學(xué)哪一個(gè)都可以，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，可以說(shuō)學(xué)會(huì )一種，其他種將融會(huì )貫通。究竟學(xué)哪一種，主要看具備的條件。51系列是老型號，書(shū)多、資料多、軟件開(kāi)放和硬件支持還可以，特別是Atmel公司的產(chǎn)品AT89系列，很多人就是學(xué)習這款單片機發(fā)家致富的。AVR90系列，該系列也是Atmel公司的產(chǎn)品，指令少，學(xué)起來(lái)容易，芯片種類(lèi)多，適合各種場(chǎng)合和需要，根據有關(guān)資料顯示，目前該單片機芯片的使用數量很大，大有超過(guò)51系列芯片數量的趨勢。PIC系列，該系列是Microchip公司的產(chǎn)品，種類(lèi)多，芯片抗干擾能力強，使用的人很多，特別是PIC16F877芯片，由于適合學(xué)校使用，在該公司大學(xué)計劃的支持下，免費贈送開(kāi)發(fā)器和實(shí)驗板，因而使用該芯片的人群大增，也是可以和51系列單片機抗衡的單片機。MSP430系列，是TI公司的產(chǎn)品，最近幾年才被杭州利爾達公司引進(jìn)，是16位、超低功耗單片機，特別適合手持設備等低功耗設備的開(kāi)發(fā)，實(shí)際上，由于該系列引腳多，內部資源多(具有硬件乘法器)，所以在很多產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上都有用武之地，據有關(guān)人士預測，該系列是最具前途的單片機。還有很多單片機型號，由于不太了解，不敢妄加評論，但可以想象，一定是不錯的單片機，否則就不會(huì )在競爭激烈的市場(chǎng)中存在。

　　(2)開(kāi)發(fā)軟件問(wèn)題

　　不同種類(lèi)的單片機都配套有相應的開(kāi)發(fā)軟件，這些軟件很多都是專(zhuān)業(yè)軟件公司開(kāi)發(fā)的。51系列，目前開(kāi)發(fā)軟件是Keil51，該軟件支持C語(yǔ)言，但是在網(wǎng)上下載的版本，只支持2K程序。PIC系列的開(kāi)發(fā)軟件是MPLAB，在HI-TECH公司C語(yǔ)言支持軟件PICC的支持下，該軟件很好用，但是PICC是需要激活密碼才能運行的。MSP430系列的開(kāi)發(fā)軟件是IAR，該軟件有開(kāi)放1個(gè)月的全功能限期版本和C語(yǔ)言4k支持版本，可見(jiàn)該系列的軟件開(kāi)放是最好的。哪種單片機的開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)放的好，就會(huì )引起人們對該單片機的興趣，單片機提供商也深諳此道，所以網(wǎng)上經(jīng)?？梢哉业礁_(kāi)放版本的軟件。

　　(3)仿真接口

　　仿真接口，又稱(chēng)為仿真器，老式單片機由于沒(méi)有FLASH存儲器，所以仿真編程難度很大，新型號的單片機，幾乎都有FLASH存儲器的芯片，這樣的芯片都支持在電路編程(在系統編程)，所謂在電路編程，就是用3~5根線(xiàn)就可以將程序寫(xiě)入單片機，并能夠將單片機內的程序運行情況、寄存器內容等信息傳輸到PC機上。這種編程方法需要在單片機與PC機之間安裝一個(gè)仿真接口，該接口一般需要購買(mǎi)。AT89S51、PIC16F877就是具有這種能力的單片機。

　　但是，對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，支持該單片機編程和仿真的接口需要購買(mǎi)，而且簡(jiǎn)單接口在仿真時(shí)會(huì )占用芯片資源，給單片機系統開(kāi)發(fā)帶來(lái)不便。MSP430系列單片機也是具有這種能力的單片機，但是該單片機采用標準JTAG接口，JTAG是一種標準(IEEE1149.1)，是為測試芯片而制定的，目的是用TCK、TDI、TDO和TMS四個(gè)信號來(lái)測試芯片的內部狀態(tài)，為什么測試芯片還需要專(zhuān)門(mén)制定標準呢?這是因為復雜芯片引腳太多，特別是還有些芯片一旦安裝到多層電路板上就無(wú)法看到引腳，更不要說(shuō)測量了，這時(shí)就可以在計算機軟件的支持下通過(guò)JTAG接口，對芯片進(jìn)行測量，如果各個(gè)公司的芯片都符合該標準，就可以將各個(gè)芯片的JTAG口串聯(lián)起來(lái)(外國人稱(chēng)為菊花鏈)，無(wú)論在電路板上有多少芯片，只需4個(gè)引腳，就可以測量電路板上的所有芯片。既然可以測量芯片，當然可以將數據寫(xiě)入芯片，在可編程邏輯器件的數據下載中也使用JTAG接口，出現了在系統編程(ISP)的概念。

　　也就是，即使可編程邏輯器件安裝到了系統中，也可以對其內部電路進(jìn)行修改，JTAG技術(shù)和EDA軟件的進(jìn)步，使可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)與使用得到快速發(fā)展。單片機也是在向這個(gè)方向努力，前幾年出現在市場(chǎng)上的C8051單片機就是使用JTAG接口的單片機，不幸的是該單片機JTAG接口裝置和開(kāi)發(fā)軟件很貴，阻礙人們使用該單片機。

　　使用JTAG口，必須在計算機與芯片JTAG接口之間連接一個(gè)接口裝置，該裝置隨芯片而異，實(shí)際上JTAG接口裝置都是很簡(jiǎn)單的(就是一個(gè)緩沖器)，但是由于各個(gè)公司的早期產(chǎn)品不完全支持JTAG接口，而JTAG接口裝置又必須兼容這些早期產(chǎn)品，就使得JTAG接口裝置變的復雜了。

　　目前，TI公司的MSP430系列芯片就是支持JTAG接口的單片機，該公司稱(chēng)該JTAG接口裝置為FET，通過(guò)FET就可以對該系列單片機編程與仿真。特別是該接口非常簡(jiǎn)單，適合自制，網(wǎng)上很多該單片機愛(ài)好者就是使用自制的FET開(kāi)發(fā)該系列的單片機，非常成功。

　　(4)實(shí)驗板

　　實(shí)驗板是學(xué)習單片機所必須的，實(shí)驗板又稱(chēng)為演示板、目標板，其實(shí)就是具有單片機的電路板，實(shí)驗板可以購買(mǎi)，各個(gè)單片機的供應商都提供多種多樣的實(shí)驗板。實(shí)驗板也可以根據需要自制，自制實(shí)驗板是具有挑戰的，需要學(xué)會(huì )畫(huà)電路板圖。

　　(5)選擇單片機類(lèi)型

　　軟件：支持C語(yǔ)言，免費下載。

　　仿真器：用于仿真編程的JTAG接口裝置可以自制(很重要，可以節省開(kāi)支)。

　　單片機：型號多、功能強、資源多、功耗低，程序存儲器容量大。

　　資料：書(shū)多、資料多，特別是網(wǎng)上資料多。

　　滿(mǎn)足上述條件的單片機只有MSP430系列。