2020年 08月 05日 星期三
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单片机的发展及应用

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-08-05 15:33         

  单片机的发展及应用_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。单片机的发展与应用 摘要:本文阐述了单片机基本组成以及一般原理。通过查阅相关资料认真总结了单片 机的原理、应用、发展以及影响等方面的知识,较为详细地介绍当前单片机的应用领域以 及发展历程、发展前景。主

  单片机的发展与应用 摘要:本文阐述了单片机基本组成以及一般原理。通过查阅相关资料认真总结了单片 机的原理、应用、发展以及影响等方面的知识,较为详细地介绍当前单片机的应用领域以 及发展历程、发展前景。主要内容包括:单片机的基本原理、硬件结构、具体的应用以及 发展的历史与趋势的介绍。本文主要目的是想让大家对单片机有一个更为深入、更为全面 的了解。以期,在单片机发展迅速、应用领域不断扩大的当今社会能有一个更好的发展。 通过对本课题的研究发现,近年来。单片机在国内的发展速度很快,应用领域也在不断扩 大。可见,单片机在国内的发展前景极为广阔。 关键词:单片机;芯片;发展;应用 Development and application of single-chip Abstract: The Intel MCS-51 series single-chip model, the basic components of single-chip, as well as general principles. Access to relevant information through carefully summed up the principle of single-chip, application, development and impact of knowledge, a more detailed description of the current single-chip applications as well as the development process, development prospects. The main contents include: the basic principles of single-chip, hardware structure, and specific applications and the development trend of the history and introduction. The main purpose of this is to make everyone have a more in-depth single-chip, a more comprehensive understanding. With a view to, the rapid development in the single-chip applications expanding todays society to have a better development. The subject of this study found that in recent years. Single-chip in the development of the domestic st, applications are also expanding. This shows that single-chip prospects in the country are extremely broad. Keyword: single-chip; chip; development; application; 目录 1.引言 ................................................. 错误!未指定。 2.概述 ................................................. 错误!未指定。 2.1 单片机的形成背景.................................. 错误!未指定。 2.2 单片机简介........................................ 错误!未指定。 3.单片机的组成与原理 ................................... 错误!未指定。 3.1 单片机的组成...................................... 错误!未指定。 3.1.1 存储器 .................................. 错误!未指定。 3.1.2 系统总线 ................................ 错误!未指定。 3.1.3 引脚 .................................... 错误!未指定。 3.1.4 堆栈 .................................... 错误!未指定。 3.2 单片机的原理...................................... 错误!未指定。 4.单片机的发展 ......................................... 错误!未指定。 4.1 单片机的发展历史.................................. 错误!未指定。 4.2 单片机的发展趋势.................................. 错误!未指定。 5.单片机的应用领域 ..................................... 错误!未指定。 6.单片机的影响 ......................................... 错误!未指定。 6.1 单片机开创了现代电子系统时代...................... 错误!未指定。 6.1.1 单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统.. 错误!未指定书 签。 6.1.2 嵌入式系统带动了整个电子产业............ 错误!未指定。 6.2 单片机将造就新一代电子精英........................ 错误!未指定。 7.学习 ............................................. 错误!未指定。 参考文献 ............................................... 错误!未指定。 1.引言 我国开始使用单片机是在 1982 年,短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在 上海召开了全国首届单片机开发与应用,有的地区还成立了单片微型计算机 应用协会,那是全国形成的第一次。截止今日,单片机应用技术飞速发展,我 们上因特网输入一个“单片机”的搜 索,将会看到上万个介绍单片机的网站,这 还不包括国外的。随着微电子技术的高速发展,单片机在国民经济的各个领域得到 了广泛的应用。首先,单片机技术不断进步,出现了许多新的技术和新的产品。本 文以 Intel MCS-51 系列单片机为模型,阐述单片机的一般原理、应用以及单片机 的影响,较为详细地介绍当前主要单片机厂家的产品系列及发展动向。主要内容包 括:单片机的基本原理、硬件结构、发展趋势以及具体的应用介绍。本文主要目的 是想让大家对单片机有一个更为深入的了解。 科技的进步需要技术不断的提升。试想,曾经一块大而复杂的模拟电花费了 您巨大的精力,繁多的元器件增加了您的成本。而现在,只需要一块几厘米见方的 单片机,写入简单的程序,就可以使您以前的电简单很多。相信您在使用并掌握 了单片机技术后,不管在您今后开发或是工作上,一定会带来意想不到的惊喜。 2.概述 2.1 单片机的形成背景 1.随着微电子技术的不断创新和发展,大规模集成电的集成度和工艺水平不 断提高。硅材料与人类智慧的结合,生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的 微电子结构模块,推动了一个全新的技术领域和产业的发展。在此基础上发展起来 的器件可编程思想和微处理(器)技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处 理器和各种可编程大规模集成专用电、半定制器件的大量应用,开创了一个崭新 的应用世界,以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。 2.计算机硬件平台性能的大幅度提高,使很多复杂算法和方便使用的界面得以 实现,大大提高了工作效率,给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。 3.高性能的 EDA 综合开发工具(平台)得到长足发展,而且其自动化和智能化 程度不断提高,为复杂的嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、 布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用 的开发集成。 4.硬件描述语言 HDL(Hardware Description Language)的发展为复杂电子系 统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强,给硬件 电,特别是半定制大规模集成电设计带来了重大的变革。 5.软件技术的进步,特别是嵌入式实时操作系统 EOS(Embedded Operation System)的推出,为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平 台。EOS 是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它一般都具有操作系 统所具有的各种系统资源管理功能,用户可以通过应用程序接口 API 调用函数形式 来实现各种资源管理。用户程序可以在 EOS 的基础上开发并运行。 2.2 单片机简介 所谓单片机是利用大规模集成电技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的 CPU 和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他 I/O 通信口集 成在一块芯片上,构成一个最小的计算机系统,而现代的单片机则加上了中断单元, 定时单元及 A/D 转换等更复杂、更完善的电,使得单片机的功能越来越强大,应 用更广泛。虽然它内部也用和电脑功能类似的模块,比如 CPU,内存,并行总线, 还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电 脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过 10 元即可。用它来做一些控制电器一 类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机,排烟罩 VCD 等等的 家电里面都可以看到它的身影!它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线 式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的 成本,这也是和离线式计算机的(比如家用 PC)的主要区别。 单片机是靠程序的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是 特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大 力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列,或 者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话,电一定是一块大 PCB 板!但是 如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天壤之别!只因 为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性! 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计 算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、 质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机 是了解计算机原理与结构的最佳选择。 可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进 入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称 PC 机。它由主机、 键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是 把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系 统只用了一片集成电,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被 控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病, 整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时 工控、通讯设备、系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到 使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词——“智能型”,如智能型洗 衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是 电太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单 片机或其它可编程逻辑器件上。 3.单片机的组成与原理 3.1 单片机的组成 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集 成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、 内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器, 实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、 复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 实际上,当今的单片机的发展主要是基于 Intel 公司推出的 MCS-51 系列单片 机。MCS-51 系列单片机的系统结构主要包括 CPU,存储器,I/O 接口,系统总线, 引脚,定被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。 单片时器,计数器,中断控制功能等。 3.1.1 存储器 存储器主要括只读存储器 ROM 和随机存储器 RAM。存储器有内存(主存)和外 存(辅存)之分。 只读存储器 ROM 只可读不可写,断电数据不会丢失,主要用于存储程序。而随 机存储器 RAM 可读也可写,断电数据会丢失,主要用于存储数据。ROM 包括掩膜 ROM, 可编程 ROM 以及可擦除 ROM.。RAM 包含双极型和 MOS 型。事实上,单片机大部分采 用 MOS 型。 3.1.2 系统总线 系统总线分为数据总线、地址总线以及控制总线。 器件的数据线也就被称为数据总线,器件所有的控制线被称为控制总线。在单 片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元,这些存储单元要被分配地址, 才能使用,分配地址当然也是以电信号的形式给出的,由于存储单元比较多,所以, 用于地址分配的线也较多,这些线被称为地址总线。 数据总线(date bus)为 8 根线,双向。地址总线(address bus)为 16 根线, 单向的。控制总线(control bus)为双向总线 个引脚按功能大致可分为 4 个种类:电源、时钟、控制和 I/O 引脚。 1.电源: ⑴ VCC - 芯片电源,接+5V; ⑵ VSS - 接地端; 2.时钟: XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电反相输入端和输出端。 3.控制线 根, ⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲 ① ALE 功能:用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 ② PROG 功能:片内有 EPROM 的芯片,在 EPROM 编程期间,此引脚输入编程脉 冲。 ⑵ PSEN:外 ROM 读选通信号。 ⑶ RST/VPD:复位/备用电源。 ① RST(Reset)功能:复位信号输入端。 ② VPD 功能:在 Vcc 掉电情况下,接备用电源。 ⑷ EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。 ① EA 功能:内外 ROM 选择端。 ② Vpp 功能:片内有 EPROM 的芯片,在 EPROM 编程期间,编程电源 Vpp。 4.I/O 线 位并行 I/O 端口:P0、P1、P2、P3 口,共 32 个引脚。 P3 口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线 RXD 串行输入口 P31 TXD 串行输出口 P32 INT0 外部中断 0(低电平有效) P33 INT1 外部中断 1(低电平有效) P34 T0 定时计数器 0 P35 T1 定时计数器 1 P36 WR 外部数据存储器写选通(低电平有效) P37 RD 外部数据存储器读选通(低电平有效) 3.1.4 堆栈 堆栈是一个区域,是用来存放数据的,这个区域本身没有任何特殊之处,就是 内部 RAM 的一部份,特殊的是它存放和取用数据的方式,即所谓的‘先进后出,后 进先出’,并且堆栈有特殊的数据传输指令,即‘PUSH’和‘POP’,有一个特殊的 专为其服务的单元,即堆栈指针 SP,每当执一次 PUSH 指令时,SP 就(在原来值的 基础上)自动加 1,每当执行一次 POP 指令,SP 就(在原来值的基础上)自动减 1。 由于 SP 中的值可以用指令加以改变,所以只要在程序开始阶段更改了 SP 的值,就 可以把堆栈设置在的内存单元中,如在程序开始时,用一条 MOV SP,#5FH 指 令,就时把堆栈设置在从内存单元 60H 开始的单元中。一般程序的开头总有这么一 条设置堆栈指针的指令,因为开机时,SP 的初始值为 07H,这样就使堆栈从 08H 单元开始往后,而 08H 到 1FH 这个区域正是 8031 的第二、三、四工作寄存器区, 经常要被使用,这会造成数据的混乱。当设置好堆栈区后,并不意味着该区域成为 一种专用内存,它还是可以象普通内存区域一样使用。 3.2 单片机的原理 单片机也只有芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计是通过 将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂 的而对体积要求严格的控制设备当中。 然而单片机又不同于单板机,芯片在没有开发前,它只是具备功能极强的超大 规模集成电,如果赋予它特定的程序,它便是一个最小的、完整的微型计算机控 制系统,它与单板机或个人电脑(PC 机)有着本质的区别,单片机的应用属于芯片 级应用,需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电应用技术和 系统设计所需要的理论和技术,用这样特定的芯片设计应用程序,从而使该芯片具 备特定的功能。 不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征,即它们的技术特征均不尽相 同,硬件特征取决于单片机芯片的内部结构,用户要使用某种单片机,必须了解该 型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功 能特性、控制特性和电气特性等等,这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。 软件特征是指指令系统特性和开发支持,指令特性即我们熟悉的单片机的寻址 方式,数据处理和逻辑处理方式,输入输出特性及对电源的要求等等。开发支持的 包括指令的兼容及可移植性,支持软件(包含可支持开发应用程序的软件资源) 及硬件资源。 4.单片机的发展 4.1 单片机的发展历史 20 世纪 70 年代,微电子技术正处于发展阶段,集成电属于中规模发展时期, 各种新材料新工艺尚未成熟,单片机仍处在初级的发展阶段,元件集成规模还比较 小,功能比较简单,一般均把 CPU、RAM 有的还包括了一些简单的 I/O 口集成到芯 片上,它还需配上外围的其他处理电方才构成完整的计算系统。类似的单片机还 有 Z80 微处理器。 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS-48 单片机,这个时期的单片机才是线 位 单片微型计算机,并推向市场。它以体积小,功能全,价格低赢得了广泛的应用, 为单片机的发展奠定了基础,成为单片机发展史上重要的里程碑。 在 MCS-48 的带领下,其后,各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机。 到了 80 年代初,单片机已发展到了高性能阶段,象 INTEL 公司的 MCS-51 系列, Motorola 公司的 6801 和 6802 系列等等,此外,日本的著名电气公司 NEC 和 HITACHI 都相继开发了具有自己特色的专用单片机。 80 年代,世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机,约有几十个系 列,300 多个品种,此时的单片机均属于真正的单片化,大多集成了 CPU、RAM、ROM、 数目繁多的 I/O 接口、多种中断系统,甚至还有一些带 A/D 转换器的单片机,功能 越来越强大,RAM 和 ROM 的容量也越来越大,寻址空间甚至可达 64kB,可以说,单 片机发展到了一个全新阶段,应用领域更广泛,许多家用电器均利用单片机控 制的智能化发展道。 1982 年以后,16 位单片机问世,代表产品是 INTEL 公司的 MCS-96 系列,16 位单片机比起 8 位机,数据宽度增加了一倍,实时处理能力更强,主频更高,集成 度达到了 12 万只晶体管,RAM 增加到了 232 字节,ROM 则达到了 8kB,并且有 8 个 中断源,同时配置了多的 A/D 转换通道,高速的 I/O 处理单元,适用于更复杂的 控制系统。 九十年代以后,单片机获得了飞速的发展,世界各大半导体公司相继开发了功 能更为强大的单片机。美国 Microchip 公司发布了一种完全不兼容 MCS-51 的新一 代 PIC 系列单片机,引起了业界的广泛关注,特别它的产品只有 33 条精简指令集 吸引了不少用户,使人们从 INTEL 的 111 条复杂指令集中走出来。PIC 单片机获得 了快速的发展,在业界中占有一席之地。 随后的事情,熟悉单片机的人士都比较清楚了,更多的单片机种蜂拥而至, MOTOROLA 公司相继发布了 MC68HC 系列单片机,日本的几个著名公司都研制出了性 能更强的产品,但日本的单片机一般均用于专用系统控制,而不象 INTEL 等公司投 放到市场形成通用单片机。例如 NEC 公司生产的 uCOM87 系列单片机,其代表作 uPC7811 是一种性能相当优异的单片机。MOTOROLA 公司的 MC68HC05 系列其高速低 价等特点赢得了不少用户。 1990 年美国 INTEL 公司推出了 80960 超级 32 位单片机引起了计算机界的轰动, 产品相继投放市场,成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。 4.2 单片机的发展趋势 纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有: 1.低功耗 CMOS 化 MCS-51 系列的 8031 推出时的功耗达 630mW,而现在的单片机普遍都在 100mW 左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了 CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金属氧化物 半导体工艺)和 CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS 虽然功耗较低, 但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而 CHMOS 则具备了高速和低功耗的特 点,这些特征,更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是 今后一段时期单片机发展的主要途径。 2.微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只 读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电、时钟电集成 在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、PMW(脉宽调制电)、 WDT(看门狗)、有些单片机将 LCD(液晶)驱动电都集成在单一的芯片上,这样单 片机包含的单元电就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要 求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功 耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中 SMD(表 面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 5.单片机的应用领域 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事 实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机 械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电 脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单 片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有 数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合,甚 至比人类的数量还要多。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智 能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴: 1.在智能仪器仪表上的应用 在各类仪器仪表中引入单片机,使仪器仪表智能化,提高测试的自动化程度和 精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。单片机具有体积小、功耗低、 控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合 不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚 度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪 表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电更加强大。例如精密 的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。 2.在工业控制中的应用 用单片机实时进行数据处理和控制,使系统保持最佳工作状态,提高系统的工 作效率和产品的质量。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例 如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成 二级控制系统等。 3.在机电一体化中的应用 机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本,具有智能化特 征的电子产品。 4.在家用电器中的应用 目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电。可以这样说, 现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、 彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。 5.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在 计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都 实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系 统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护 仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 7.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电中进行模块化应用, 而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在 纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理。如: 音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于 ROM),由微控制器读出,为模 拟音乐电信号(类似于声卡)。 在大型电中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电,降低了损坏、 错误率,也方便于更换。 6.单片机的影响 事实上,单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益,更 重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革 命,是一座重要的里程碑。 6.1 单片机开创了现代电子系统时代 6.1.1 单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统 单片机是器件级计算机系统,它可以嵌入到任何对象体系中去,实现智能化控 制。小到微型机械,如手表、助听器。集成器件级的低价位,低到几元、十几元, 足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已 深入到各家各户,正改变我们的生活,如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、 电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统,如微波炉采用单片机控 制后,可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制;空调机采用单片机后不但遥 控参数设置方便,运行状态自动变换,还可实现变频控制。目前许多家用电器如 VCD、DVD 只有单片机出现后才可能实现其功能。 6.1.2 嵌入式系统带动了整个电子产业 目前电子元器件产业除了微处理器、嵌入式系统器件外,大多是围绕现代电子 系统配套的元器件产业,例如满足人机交互用的按键,LED/LCD 显示驱动、LED/LCD 显示单元、语音集成器件等,满足数据采集通道要求的数字传感器、ADC、数据采 集模块、信号调理模块等,满足伺服驱动控制的 DAC、固体继电器、步进电机控制 器、变频控制单元等,满足通信要求的各种总线驱动器、电平转换器等。 世界电子元器件在嵌入式系统带动下,沿着充分满足嵌入式应用的现代电子系 统要求发展。这就使原来经典电子系统的天地愈来愈小。电子系统中的各类从业人 员应尽早转向现代电子系统的康庄大道。 6.2 单片机将造就新一代电子精英 如果说五十年代起,无线电世界造就了几代精英,那么当今的单片机世界将会 造就出新一代电子精英。 1.单片机带你进入智能化电子领域 若将经典电子系统当作一个僵死的电子系统,那么智能化的现代电子系统则是 一个具有“生命”的电子系统。单片机应用系统的硬件结构给予电子系统“身躯”, 单片机应用系统的应用程序赋予其“生命”。例如,在设计智能化仪器显示器的显 示功能时,可在开机时显示系统自检结果,未进入工作时显示各种待机状态,仪器 运行时显示运行过程,工作结束后可显示当前结果、自检结果、原始数据、各种处 理报表等。在无人值守时,可给定各种自动运行功能。 电子系统的智能化为无止境境界,常常不需硬件资源的增添就能实现各种翻新 功能。这也是当前许多家用电器功能大量增设的因素之一。 2.单片机带你进入计算机工控领域 21 世纪是全人类进入计算机时代的世纪,许多人不是在制造计算机便是在使 用计算机。在使用计算机的人们中,只有从事嵌入式系统应用的人才真正地进入到 计算机系统的内部软、硬件体系中,才能真正领会计算机的智能化本质并掌握智能 化设计的知识。从学习单片机应用技术入手是当今培养计算机应用软、硬件技术人 才的最佳道之一。 3.单片机带你进入最具魅力的电子世界 独具魅力的单片机能使你体会到电脑的真谛,你可以用单片机亲自动手设计智 能玩具,可以设计不同的应用程序实现不同的功能。既有硬件制作又有软件设计, 既动脑、又动手。初级水平可开发智能玩具,用宏指令编程。中级水平可开发一些 智能控制器,如电脑鼠、智能车、各种遥控模型。高级水平可开发机器人,如机器 人足球赛,开发工业控制单元,网络通信等,并用汇编语言或高级语言设计应用程 序。围绕单片机及嵌入式系统形成的电子产业的未来,将会为电子爱好者提供广阔 的天地,一个比当年无线电世界更广阔、更丰富、更持久、更具魅力的电子世界。 投身到单片机世界来,将使你一生受益。 7.学习 在实习之前,我们要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解,知道该单片 机内有哪些资源;要有一个清晰的思和一个完整的的软件流程图;在设计程序时, 不能妄想一次就将整个程序设计好,反复修改、不断改进是程序设计的必经之; 要养成注释程序的好习惯,一个程序的完美与否不仅仅是实现功能,而应该让人一 看就能明白你的思,这样也为资料的保存和交流提供了方便;在实习过程中遇到 问题是很正常的,但我们应该将每次遇到的问题记录下来,并分析清楚,以免下次 再碰到同样的问题。但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解 决问题和实践能力提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中 通过这几天关于单片机的学习,我在理论的基础上更深刻的掌握了单片机的深 层内容及实际生活中的应用,让我受益匪浅,同时也出一些平时学习上的问题, 让我深刻反思。这些问题的发现将为我以后的学习和工作找明道,查漏补缺为进 一步学习作好准备。 单片机这门课是一科非常重视动手实践的科目,不能总是看书,但是也不能完 全不看书。单片机并不象传统的数字电或模拟电那样比较直观,原因是除了 “硬件”之外还存在一个“软件”的因素。正是这个“软件”的原因使得许多初学 者怎么也弄不懂单片机的工作过程,怎么也不明白为什么将几个数送来送去就能让 数码管显示一串字符或控制一个电机的变速。对初学单片机的人来说,需要从书中 大概了解一下单片机的各个功能寄存器,如果看的多了反而容易搞乱,现在市场上 大多数讲单片机的书一开始就较复杂的内存、地址、存储器什么的,更让初学 者感到不知所云、难以入门。如果按教科书式的,上来就是一大堆指令、名词, 学了半天还搞不清这些指令起什么作用,能够产生什么实际效果,那么也许用不了 几天就会觉得枯燥乏味而半途而废。简单的说,使用单片机实际上就是用我们自己 编写的软件去控制单片机的各个功能寄存器。再简单些,就是控制单片机哪些引脚 的电平什么时候输出高电平,什么时候输出低电平。由这些高低变化的电平来控制 外围电,实现我们需要的各个功能。 学习单片机的最有效方法是理论与实践并重。学习与实践结合,边学习、边演 练,循序渐进,这样举一反三,就能将用到的指令理解、吃透、扎根于脑海,甚至 “根深蒂固”。也就是说,当你此次学习完某几条指令后(一次数量不求多,只求 懂),接下去就该做实验了,通过实验,使你感受刚才的指令产生的控制效果,眼 睛看得见(灯光)、耳朵听得到(声音),通过这些感性认识就能深刻理解指令是 怎样成信号去控制电子元器件的。 等初步学会了单片机软件设计后,可将通常由硬件完成的工作交由软件实现, 这样,系统的体积、功耗、成本将大大降低,而功能得到提升与增强,使习惯于传 统电设计的人对单片机产生一种妙不可言的相见恨晚之感,真正感受、体会到现 代单片微型计算机的强大作用,从而投身于单片机开发的行业中。 通过本次研究,明显的感觉到自己的知识面得到了提高。毕竟,这也是一个不 断学习、不断吸收的过程。在此期间通过查阅相关资料认真总结了单片机的原理、 应用、发展以及影响等方面的知识,较为详细地介绍当前单片机的应用领域以及发 展历程、发展前景。主要目的是想让大家对单片机有一个更为深入、更为全面的了 解。同时,在单片机发展迅速、应用领域不断扩大的当今社会能有一个更好的发展。 通过对本课题的研究发现,近年来,单片机在国内的发展速度很快,应用领域也在 不断扩大。可见单片机在国内的发展前景极为广阔。事实上,从全球来看,单片机 在经济体系中也占据着较大的比重。因此,为了能在经济高速发展的当今社会有个 好的发展前景,为了,能够更好的适应这日新月异的社会,我们应当充实我们的知 识面,方能不被时代的潮流踩在脚下,方能拥有更为广阔的天空。 参考文献 [1] 陈立周、陈宇.单片应用[M].第 2 版.机原理及其:机械工业出版 社.2008.12-21 [2] 赵德安.单片机原理与应用[M].第 1 版.:机械工业出版社.2008.1-10 [3] 胡汉才.单片机原理及接术[M].:大学出版社.1996.8-15 [4] 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