為什么要學(xué)習(xí)單片機？如何開始上手學(xué)習(xí)單片機？

時間：2020-05-25 09:46:56

關(guān)鍵字：學(xué)習(xí)單片機 JTAG接口編程器虛擬仿真

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[導(dǎo)讀]來源：eepw 單片機是大學(xué)電類專業(yè)的一門普通課，有些學(xué)校甚至把它列為選修課，在眾多課程中，沒有顯出它有多么重要。為什么要學(xué)習(xí)它呢？因為，市場對學(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)品是需要干實際事情的，需要研發(fā)工具，而單片機課

來源：eepw

單片機是大學(xué)電類專業(yè)的一門普通課，有些學(xué)校甚至把它列為選修課，在眾多課程中，沒有顯出它有多么重要。為什么要學(xué)習(xí)它呢？因為，市場對學(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)品是需要干實際事情的，需要研發(fā)工具，而單片機課程就是學(xué)習(xí)研發(fā)工具使用的課程。

學(xué)習(xí)單片機課程與理論課程不一樣，不能只做作業(yè)，而是要實際使用單片機。很多想學(xué)單片機的人問的第一句話就是：“怎樣才能學(xué)好單片機”？今天和大家討論對于如何開始學(xué)單片機、如何開始上手、如何開始熟練這些問題。

No.1

硬件

編程硬件

所謂編程就是把單片機運行的程序燒寫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，這些存儲器的寫入次數(shù)一般是1000次左右，也有1萬次或是10萬次的。編程也叫程序下載或是燒寫。

實時仿真硬件

實時仿真是使用PC機，用軟件監(jiān)視在單片機中實際運行的程序，也就是當程序下載到單片機中后，實時運行程序，在程序中設(shè)置斷點，通過仿真接口，監(jiān)視和控制程序的運行。這個過程其實就是調(diào)試程序(實際驗證程序的正確性)。編程器和仿真器可以是一個裝置，也可以是各自獨立的裝置。

No.2

軟件

單片機開發(fā)需要單片機開發(fā)軟件的支持，軟件分為：

編程軟件：該軟件支持編程器工作，幫助編程器把程序?qū)懭雴纹瑱C。
實時仿真軟件：該軟件可以在仿真接口的支持下，調(diào)試單片機程序。
虛擬仿真：該類軟件支持在沒有單片機硬件情況下的單片機程序調(diào)試。
支持C語言：所有的單片機開發(fā)軟件都支持匯編語言編程，但是目前人們更喜歡C語言編程，主要是C語言功能強大，可以縮短開發(fā)時間。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。

No.3

學(xué)習(xí)單片機的手段

學(xué)習(xí)單片機的手段分為如下幾種：

買本單片機書，仔細研究。
網(wǎng)上下載一個具有仿真功能的單片機開發(fā)軟件(最好支持C語言)，在計算機上對單片機虛擬仿真。
購編程器(支持編程器的下載軟件有編程器商提供)和實驗板(又稱為演示板或是目標板)，網(wǎng)上下載開發(fā)軟件。在開發(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，觀察程序的實際運行。
購仿真接口和實驗板，在網(wǎng)上下載單片機開發(fā)軟件(支持編程、虛擬仿真、實時仿真和C語言)，在虛擬仿真完成后，將程序下載到單片機中實時仿真。對于個人學(xué)習(xí)單片機，具有上述(4)的條件已經(jīng)是很好了。

No.4

學(xué)習(xí)單片機過程中的困擾

單片機種類很多，各個公司提供的單片機、開發(fā)硬件和軟件功能、價格都不一樣，對于初學(xué)單片機有很多困惑。

單片機問題

目前單片機很多，學(xué)哪一個，其實學(xué)哪一個都可以，單片機雖然型號不同，但是芯片內(nèi)部的資源種類都差不多，而且這些資源的使用方法也大同小異，可以說學(xué)會一種，其他種將融會貫通。究竟學(xué)哪一種，主要看具備的條件。

51系列是老型號，書多、資料多、軟件開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(xí)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)起來容易，芯片種類多，適合各種場合和需要，根據(jù)有關(guān)資料顯示，目前該單片機芯片的使用數(shù)量很大，大有超過51系列芯片數(shù)量的趨勢。
PIC系列，該系列是Microchip公司的產(chǎn)品，種類多，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，免費贈送開發(fā)器和實驗板，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，是16位、超低功耗單片機，特別適合手持設(shè)備等低功耗設(shè)備的開發(fā)，實際上，由于該系列引腳多，內(nèi)部資源多(具有硬件乘法器)，所以在很多產(chǎn)品開發(fā)上都有用武之地，據(jù)有關(guān)人士預(yù)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，否則就不會在競爭激烈的市場中存在。

開發(fā)軟件問題

不同種類的單片機都配套有相應(yīng)的開發(fā)軟件，這些軟件很多都是專業(yè)軟件公司開發(fā)的。

51系列，目前開發(fā)軟件是Keil51，該軟件支持C語言，但是在網(wǎng)上下載的版本，只支持2K程序。
PIC系列的開發(fā)軟件是MPLAB，在HI-TECH公司C語言支持軟件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系列的開發(fā)軟件是IAR，該軟件有開放1個月的全功能限期版本和C語言4k支持版本，可見該系列的軟件開放是最好的。

哪種單片機的開發(fā)軟件開放的好，就會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_放版本的軟件。

仿真接口

仿真接口，又稱為仿真器，老式單片機由于沒有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(tǒng)編程)，所謂在電路編程，就是用3~5根線就可以將程序?qū)懭雴纹瑱C，并能夠?qū)纹瑱C內(nèi)的程序運行情況、寄存器內(nèi)容等信息傳輸?shù)絇C機上。

這種編程方法需要在單片機與PC機之間安裝一個仿真接口，該接口一般需要購買。AT89S51、PIC16F877就是具有這種能力的單片機。但是，對于初學(xué)者來說，支持該單片機編程和仿真的接口需要購買，而且簡單接口在仿真時會占用芯片資源，給單片機系統(tǒng)開發(fā)帶來不便。

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四個信號來測試芯片的內(nèi)部狀態(tài)，為什么測試芯片還需要專門制定標準呢？

這是因為復(fù)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法看到引腳，更不要說測量了，這時就可以在計算機軟件的支持下通過JTAG接口，對芯片進行測量，如果各個公司的芯片都符合該標準，就可以將各個芯片的JTAG口串聯(lián)起來(外國人稱為菊花鏈)，無論在電路板上有多少芯片，只需4個引腳，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(shù)據(jù)寫入芯片，在可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)下載中也使用JTAG接口，出現(xiàn)了在系統(tǒng)編程(ISP)的概念。

也就是，即使可編程邏輯器件安裝到了系統(tǒng)中，也可以對其內(nèi)部電路進行修改，JTAG技術(shù)和EDA軟件的進步，使可編程邏輯器件的開發(fā)與使用得到快速發(fā)展。單片機也是在向這個方向努力，前幾年出現(xiàn)在市場上的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接口之間連接一個接口裝置，該裝置隨芯片而異，實際上JTAG接口裝置都是很簡單的(就是一個緩沖器)，但是由于各個公司的早期產(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(fù)雜了。

實驗板

實驗板是學(xué)習(xí)單片機所必須的，實驗板又稱為演示板、目標板，其實就是具有單片機的電路板，實驗板可以購買，各個單片機的供應(yīng)商都提供多種多樣的實驗板。實驗板也可以根據(jù)需要自制，自制實驗板是具有挑戰(zhàn)的，需要學(xué)會畫電路板圖。

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