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導(dǎo)讀：現(xiàn)代單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、等等，這些都離不開單片機(jī)。
在單片機(jī)入門系列講座中，首先學(xué)習(xí)單片機(jī)的基本構(gòu)成和工作原理、以及外圍功能電路，然后，挑戰(zhàn)一個實(shí)際單片機(jī)的運(yùn)行。
單片機(jī)是控制電子產(chǎn)品的大腦
現(xiàn)如今，我們生活中的許多電器都使用了單片機(jī)。例如：手機(jī)、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、以及按下開關(guān)，LED就閃爍的兒童玩具。那么，單片機(jī)在這些電器中究竟做了些什么呢？
單片機(jī)是這些電器動作的關(guān)鍵，是指揮硬件運(yùn)行的。例如：接收按鈕或按鍵的輸入信號，按照事先編好的程序，指揮馬達(dá)和LCD的外圍功能電路動作。
那么，單片機(jī)是如何構(gòu)成的呢？ （圖1）
單片機(jī)是由CPU、內(nèi)存、外圍功能等部分組成的。如果將單片機(jī)比作人，那么CPU是負(fù)責(zé)思考的，內(nèi)存是負(fù)責(zé)記憶的，外圍功能相當(dāng)于視覺的感官系統(tǒng)及控制手腳動作的神經(jīng)系統(tǒng)。
圖1：單片機(jī)的構(gòu)成要素
盡管我們說CPU相當(dāng)于人的大腦，但是它卻不能像人的大腦一樣，能有意識的、自發(fā)的思考。CPU只能依次讀取并執(zhí)行事先存儲在內(nèi)存中的指令組合（程序）。當(dāng)然CPU執(zhí)行的指令并不是“走路”、“講話”等高難度命令，而是一些非常簡單的指令，象從內(nèi)存的某個地方“讀取數(shù)據(jù)”或把某個數(shù)據(jù)“寫入”內(nèi)存的某個地方，或做加法、乘法和邏輯運(yùn)算等等。然而這些簡單指令的組合，卻能實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的功能。
會思考的CPU
讓我們從CPU的構(gòu)成來了解它的作用吧。（圖2）
圖2：CPU的作用 程序計數(shù)器
CPU讀取指令時需要知道要執(zhí)行的指令保存在內(nèi)存的什么位置，這個位置信息稱為地址（相當(dāng)于家庭住址）。程序計數(shù)器（PC）就是存儲地址的寄存器。通常，PC是按1遞增設(shè)計的，也就是說，當(dāng)CPU執(zhí)行了0000地址中的指令后，PC會自動加1，變成0001地址。每執(zhí)行一條指令PC都會自動加1，指向下一條指令的地址。可以說，PC決定了程序執(zhí)行的順序。
指令解碼電路
指令解碼電路是解讀從內(nèi)存中讀取的指令的含義。運(yùn)算電路是根據(jù)解碼結(jié)果操作的。確切地講，指令解碼電路就是我們在“數(shù)字電路入門（2）”中學(xué)過的解碼電路，只不過電路結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，所以，指令解碼電路的工作原理就是從被符號化（被加密）的指令中，還原指令。
運(yùn)算電路
運(yùn)算電路也稱為ALU（Arithmetic and Logic Unit），是完成運(yùn)算的電路。能進(jìn)行加法、乘法等算術(shù)運(yùn)算、也能進(jìn)行AND、OR 、BIT-SHIFT等邏輯運(yùn)算。運(yùn)算是在指令解碼電路的控制下進(jìn)行的。通常運(yùn)算電路的構(gòu)成都比較復(fù)雜。
CPU內(nèi)部寄存器
CPU內(nèi)部寄存器是存儲臨時信息的場所。有存儲運(yùn)算值和運(yùn)算結(jié)果的通用寄存器，也有一些特殊寄存器，比如存儲運(yùn)算標(biāo)志的標(biāo)志寄存器等。也就是說，運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算時，并不是在內(nèi)存中直接運(yùn)算的，而是將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)復(fù)制到通用寄存器，在通用寄存器中進(jìn)行運(yùn)算的。
單片機(jī)原理及應(yīng)用--單片機(jī)簡介
單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。
單片機(jī)原理及應(yīng)用--單片機(jī)分類及特點(diǎn)
STC公司的單片機(jī)主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8~12倍，帶ADC,4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強(qiáng).
： 是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片.
是臺灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與PIC 8位單片機(jī)兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對比PIC的多，價格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差.
ATMEl單片機(jī)： ATMEl公司的8位單片機(jī)有AT89、AT90兩個系列，AT89系列是8位Flash單片機(jī)，與8051系列單片機(jī)相兼容，靜態(tài)時鐘模式;AT90系列單片機(jī)是增強(qiáng)RISC結(jié)構(gòu)、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程Flash的單片機(jī)，也叫AVR單片機(jī).
PHLIPIS 51LPC系列單片機(jī)(51單片機(jī))：
PHILIPS公司的單片機(jī)是基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)，嵌入了掉電檢測、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計中可以滿足多方面的性能要求.
HOLTEK單片機(jī)：
臺灣盛揚(yáng)半導(dǎo)體的單片機(jī)，價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費(fèi)類產(chǎn)品.
TI公司單片機(jī)：
德州儀器提供了TMS370和MSP430兩大系列通用單片機(jī).TMS370系列單片機(jī)是8位CMOS單片機(jī)，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù)雜的實(shí)時控制場合;MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機(jī)，特別適用于要求功耗低的場合
單片機(jī)原理及應(yīng)用--單片機(jī)的工作原理
單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 單片機(jī)自動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作;單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令(這些指令必須是選定單片機(jī)能識別和執(zhí)行的指令)，這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲功能的部件——存儲器中。存儲器由許多存儲單元(最小的存儲單位)組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。
單片機(jī)原理及應(yīng)用--總結(jié)
目前我內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路，做成單片機(jī)控制系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯煲、電視機(jī)、錄像機(jī)及其他視頻、音像設(shè)備的控制器。現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品多數(shù)都采用了單片機(jī)，如通用計算機(jī)系統(tǒng)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動、打印機(jī)、繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話、舌、傳真機(jī)及考勤機(jī)等。單片機(jī)的應(yīng)用意義絕不限于它的功能及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上。更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱為“微控制技術(shù)”。這標(biāo)志著一種全新概 念的建立。隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的推廣、普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展,日益完善會變的更加充實(shí)。 |
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