單片機(jī)簡介

單片機(jī)主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器三大部分構(gòu)成。其中，運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、寄存器等構(gòu)成，首先累加器和寄存器向ALU輸入兩個8位源數(shù)據(jù)，其次ALU完成源數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算，最后將運(yùn)算結(jié)果存入寄存器中;控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等構(gòu)成，是一個下達(dá)命令的“組織”，用于協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)各部分之間的運(yùn)作;寄存器主要有累加器A、數(shù)據(jù)寄存器DR、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、程序計數(shù)器PC、地址寄存器AR等。

在微處理器內(nèi)部運(yùn)算器、控制器、寄存器之間是相互連接的，由控制器向各部分發(fā)布操作命令，運(yùn)算器接到命令后進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，并將運(yùn)算后結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器中。

單片機(jī)的基本工作原理

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。

程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC在中的內(nèi)容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。

單片機(jī)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容

第一步：數(shù)字I/O的應(yīng)用

在大多數(shù)的單片機(jī)實驗中，跑馬燈實驗正是數(shù)字I/O的典型應(yīng)用，也是跑馬燈的實驗被安排第一個的原因。通過將單片機(jī)的I/O引腳位進(jìn)行置位或清零來點亮或關(guān)閉LED燈，雖然簡單，但是這就是數(shù)字電路中的邏輯功能。數(shù)學(xué)I/O應(yīng)用的實驗還有按鍵實驗，當(dāng)按下某鍵時，某LED燈被點亮。數(shù)字I/O實驗教會我們單片機(jī)的編程思想，必須首先對單片機(jī)的相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置，以初始化I/O引腳，這樣才能使該引腳具備數(shù)字輸入與輸出功能。 單片機(jī)的一個內(nèi)置或外置功能的使用，就是對該功能相關(guān)的寄存器進(jìn)行設(shè)置，初始化，而這便是單片機(jī)編程的特點。少則4、5個函數(shù)搞定，多則十幾行程序，要有耐心，別怕麻煩，所有的單片機(jī)都是這樣。

第二步：RS232串口通訊

單片機(jī)都有UART接口，這個簡單、古老的通訊方式可以與我們PC機(jī)的RS232接口直接連接通訊，當(dāng)然，因為它們兩者電平邏輯不同，必須要使用一個RS232電平轉(zhuǎn)換芯片才能與PC機(jī)連接，例如Max232芯片。

UART接口的使用是非常重要的，通過這個接口，我們可以使單片機(jī)與PC機(jī)之間交換信息，“接口”概念的學(xué)習(xí)也便由此引入。使用UART接口也會學(xué)習(xí)到目前最為簡單與常用的通信協(xié)議等知識。我們也可以通過PC機(jī)的串口調(diào)試軟件來監(jiān)視到單片機(jī)實驗板的數(shù)據(jù)，想一想，這會是一個多么神奇的事情啊~~

第三步：定時器的使用

學(xué)會定時器的使用，就可以利用單片機(jī)來實現(xiàn)典型的時序邏輯電路。時序邏輯電路的應(yīng)用是最強(qiáng)大、最廣泛的。例如，在工業(yè)的控制中，我們讓某個開關(guān)每隔1秒鐘打開與關(guān)閉一次。這個方案可以通過普通的數(shù)字集成電路實現(xiàn)，也可以通過PLC來實現(xiàn)，也可以通過CPLD或FPGA來實現(xiàn)，但是只有單片機(jī)的實現(xiàn)是最簡單，成本也是最經(jīng)濟(jì)的。定時器是單片機(jī)內(nèi)部資源里最為重要的一個，更是邏輯與時間控制實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

第四步：中斷

在單片機(jī)軟件設(shè)計架構(gòu)中，一段程序循環(huán)執(zhí)行是其一個特點，也是一個弊端。每個操作指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時間，如果程序沒有執(zhí)行到該指令，則該指令的動作就不會觸發(fā)，這樣就會忽略許多快速發(fā)生的事件，例如方波頻率檢測的上升沿。針對在單片機(jī)程序正常運(yùn)行時能夠?qū)ν獠渴录⒓醋龀鲰憫?yīng)而設(shè)計了中斷功能。當(dāng)中斷功能執(zhí)行時，單片機(jī)優(yōu)先處理中斷程序，當(dāng)中斷處理完成后，再回到單片機(jī)的正常程序執(zhí)行中。中斷的機(jī)理是比較容易理解的，但是什么時候打開中斷，什么時候關(guān)閉、屏蔽中斷，需要如何配置才能使能中斷的某些功能，中斷里要執(zhí)行哪些程序，這些程序的要滿足哪些要求就需要花些時間去理解與實踐了。中斷學(xué)會后，就可以編寫復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能的程序，可以一邊閃著小LED燈，一邊掃描著按鍵，一邊發(fā)送著數(shù)據(jù)，也可以干著多個事情……打個比喻，中斷功能可以使單片機(jī)吃著碗里的，看著鍋里的。根據(jù)傳說中的8020定律，如果您掌握了上面提到的這四步，那么，您已經(jīng)學(xué)會了80%的內(nèi)容了。

第五步：I2C、SPI通訊接口

單片機(jī)系統(tǒng)畢竟資源有限，而利用I2C、SPI通訊接口進(jìn)行擴(kuò)展外設(shè)是最常用的方法，也是非常重要的方法。這兩個通訊接口都是串行通訊接口，典型的基礎(chǔ)實驗就是I2C的EEPROM實驗與SPI的SD卡讀寫實驗。

第六步：比較，捕捉，PWM功能

比較，捕捉與PWM功能可以使單片機(jī)更加適合電機(jī)控制，信號檢測，實現(xiàn)電機(jī)速度與步長的調(diào)節(jié)。PWM波現(xiàn)在又是LED調(diào)光的主要手段。這里已經(jīng)初步接觸了數(shù)字電路里的模擬電路部分。

第七步：A/D模數(shù)采集

單片機(jī)目前基本都自帶多通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過這些A/D轉(zhuǎn)換器可以單片機(jī)獲取模擬量，用于檢測電壓、電流等信號。學(xué)習(xí)時要分清模擬地與數(shù)字地，參考電壓，采樣時間，轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換誤差等重要概念。這一步學(xué)會了數(shù)字電路控制模擬電路部分，而最簡單的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是電壓表實驗。

第八步：學(xué)習(xí)USB接口、TCP/IP協(xié)議、工業(yè)總線

目前主流的通訊協(xié)議為USB協(xié)——下位機(jī)與上位機(jī)高速通訊接口;TCP/IP——萬能的互聯(lián)網(wǎng)使用的通訊協(xié)議;工業(yè)總線——諸如Modbus，CANOpen等工業(yè)控制各個模塊之間通訊的協(xié)議。這些都會應(yīng)用在未來的項目里，集成入單片機(jī)里的固件，并且也是當(dāng)前產(chǎn)品開發(fā)的一個發(fā)展方向。

學(xué)習(xí)單片機(jī)的心得體會

首先，學(xué)習(xí)單片機(jī)要有必須的基礎(chǔ)：電子技術(shù)方面要有數(shù)字電路和模擬電路等方面的理論基礎(chǔ)，個性是數(shù)字電路；編程語言要求匯編語言或C語言。要想成為單片機(jī)高手，推薦初學(xué)者首先學(xué)習(xí)匯編語言，學(xué)的差不多的時候，轉(zhuǎn)入C語言學(xué)習(xí)。盡管匯編語言屬于低級語言，編程效率低，但是較C語言具有目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快等優(yōu)點，更重要的是能使初學(xué)者盡快熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并能對其進(jìn)行精確的控制。匯編語言在單片機(jī)教材里面都會涉及，不需要單獨(dú)購買教材和學(xué)習(xí)。C語言是一門學(xué)問，有很多專業(yè)書籍來講解，并且對我們今后的編程生涯有絕對的好處，因此要深入學(xué)習(xí)，千萬不要自以為看了某某的視頻教程就以為掌握了C語言，那只是C語言的一部分。在那里給大家推薦一本單片機(jī)C語言程序設(shè)計參考書，馬忠梅等著，北京航空航天大學(xué)出版社出版的《單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計》，要求C語言基礎(chǔ)。如果沒學(xué)過C語言，推薦學(xué)習(xí)清華大學(xué)譚浩強(qiáng)編寫的C語言程序設(shè)計，這本書寫的不錯，通俗易懂。

其次，是單片機(jī)教材選取。單片機(jī)是一門十分重視實踐的技術(shù)，不能總是看書，但要學(xué)習(xí)它首先應(yīng)看書，對單片機(jī)引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器和原理有必須地了解和感官認(rèn)識，它的是怎樣工作的，能干些什么？剛開始時，也許你看不明白，但這并不要緊，因為你還缺乏實踐經(jīng)驗。此刻單片機(jī)應(yīng)用廣泛，因此各個廠家分別推出了自己的單片機(jī)，按內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系派系分：51系列、PIC系列、AVR系列、摩托羅拉等等……我們沒必要每樣都學(xué)！因為他們的編程方法和調(diào)試過程以及內(nèi)部指令結(jié)構(gòu)有必須的相似，只要學(xué)精通一款就OK了！尤其是用C語言編程，就幾乎不用分什么派系，但是我們要選取一款有代表性的知識范圍廣，并且入門容易，書籍多。一般來說，MCS-51系列單片機(jī)已經(jīng)得到廣泛的普及和應(yīng)用，市場上它的資料也比較多，用的人也很多。給大家推薦一些參考書，學(xué)習(xí)時只需要一本就足夠拉。書名：《新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版，作者：張毅剛；書名：《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，高等教育出版社，作者：張毅剛等；書名：《單片機(jī)高級教程：應(yīng)用與設(shè)計》，北京航空航天大學(xué)出版社，作者：何立民。相關(guān)教材還有很多，在這不一一列舉。

然后，是開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境的選取。選取一塊適宜的學(xué)習(xí)板，對于初學(xué)者來說一般無力理解，如果經(jīng)濟(jì)條件允許、本人又對單片機(jī)很感興趣、有從事相關(guān)工作意向的話，鼓勵大家購買。隨便說一句，學(xué)習(xí)板功能要求太全，具有流水燈、數(shù)碼管、獨(dú)立鍵盤、矩陣鍵盤、AD或DA、液晶、蜂鳴器等就差不多啦，畢竟，功能齊全的價格比較高。仿真器對單片機(jī)初學(xué)者來說既是那么耳熟，同時又有些陌生，這主要是因為市場上傳統(tǒng)的仿真器價格都在千元以上，對經(jīng)濟(jì)不是十分寬裕的人來說是不小的開支。同時仿真器是用來提高調(diào)試程序效率的，也不是非需不可的，如果你沒有仿真器，遇到程序出錯的時候，只好苦思冥想，反復(fù)燒寫調(diào)試。隨便推薦一下，學(xué)林電子的51tracer仿真器，有興趣的朋友可關(guān)注一下。有了單片機(jī)教程板以后，先看下指導(dǎo)說明書，熟悉一下學(xué)習(xí)板，開卷有益。以后就得靠自己多練習(xí)了，將學(xué)習(xí)板與電腦連接好，先學(xué)會開發(fā)軟件的使用，然后從最簡單的流水燈實驗做起，按照你自己的意愿控制流水燈，當(dāng)你完成時，你會發(fā)現(xiàn)這是多么愜意的事情。太好玩了，你會覺得這不是在學(xué)習(xí)，而是在玩，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)能夠按照你編寫的程序工作時，你會覺得十分興奮，比做什么事情都開心，這樣你會慢慢迷上單片機(jī)，真的。不少網(wǎng)站上說搞

定某個實驗，就恭維的告訴你一聲”恭喜你，學(xué)會了”自己學(xué)會了單片機(jī)，這有點可笑，這只能說明你算過關(guān)了，對單片機(jī)有了必須了解和會使用它了。但是單片機(jī)能完成的功能太多了，尤其是對外圍器件的控制，綜合起來能設(shè)計出許多意想不到的產(chǎn)品。因此除了入門外，精通可千萬別輕易說出口。

最后，在熟練掌握和應(yīng)用后，那能夠說對于單片機(jī)方面的硬件你已經(jīng)入門了，剩下的就是自己練習(xí)設(shè)計電路，不斷的積累經(jīng)驗。最終，自己完全設(shè)計具有個人風(fēng)格的電路，產(chǎn)品，這樣你就是單片機(jī)高手拉。只要過了第一關(guān)，后面的路就好走多了，萬事開頭難，大家可能都聽過。時下多家電子類的報刊雜志如：《電子制作》《無線電》《電子報》《電子世界》都開設(shè)了詳細(xì)的單片機(jī)教程專欄，對于想學(xué)習(xí)單片機(jī)的朋友來說幫忙很大，能夠說此刻的單片機(jī)教程環(huán)境是最好的，有網(wǎng)絡(luò)，有書籍，有報刊雜志，還有視頻教程，元件的采購方面也十分充足，相關(guān)的器材又多有便宜。如果每一天能抽出兩小時的時間去學(xué)習(xí)，快的一個月，慢的三個月就入門拉。

經(jīng)驗總結(jié)

（1）學(xué)習(xí)單片機(jī)沒有捷徑，別指望兩三天就學(xué)會，要堅持不懈，重在積累。

（2）別崇拜高手，別相信天才，大部分人都不是天才（相信你也不是）！

（3）單片機(jī)是一門應(yīng)用性和實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，要多動手，多做實驗。

（4）要學(xué)會參考別人的程序，減少自己琢磨的時間，迅速提高自己的編程潛力。

（5）碰到問題能夠借助網(wǎng)絡(luò)來搜尋答案和對自己有幫忙的問題，能夠大大減少你的開發(fā)時間。

（6）要多交一些朋友，多交流。技術(shù)是靠不斷的積累和交流才會進(jìn)步的，封閉自守只會更加落后。