經(jīng)驗(yàn)之談：如何學(xué)好單片機(jī)

    單片機(jī)越來越多的受到電子產(chǎn)品研發(fā)人員和我國高等技術(shù)類學(xué)校的應(yīng)用與重視。本文在多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從單片機(jī)結(jié)構(gòu)、邏輯思維、和微觀理念方面著手，詳細(xì)介紹了如何學(xué)好單片機(jī)這門應(yīng)用技術(shù)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)之談。

　　引言

　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(Center Processing Unit,也即常稱的CPU)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(ROM)及其他I/O通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，再加上了中斷單元，定時(shí)單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛[1]。

　　現(xiàn)在更多單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了嵌入式系統(tǒng)時(shí)代, 由于制造工藝的進(jìn)步,有如 VHDL、RTOS、CPLD、FPGA、DSP、ARM等這一系列可編程器件的體積越來越小、成本越來越低，而功能是越來越能滿足人們的需要。自上世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)技術(shù)在我國各個(gè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，各個(gè)世界半導(dǎo)體公司都非?？春弥袊@個(gè)龐大的市場而紛紛到中國來投資建廠，如在蘇州就有日本的瑞薩、松下、美國的快捷等半導(dǎo)體公司在中的生產(chǎn)廠地。同時(shí)面對這一技術(shù)的不斷發(fā)展，我國大部分高校都已經(jīng)把單片機(jī)方面的課程作為學(xué)生的必修課，這為我國近些年來的科技、工業(yè)控制等方面的發(fā)展培養(yǎng)了大量人才，而且社會(huì)對此方面的人才需求還在不斷的增加。面對如此情況，作為在校學(xué)生,又該從何學(xué)起？如何學(xué)好這門課程呢？又怎樣才能不讓自己學(xué)了等于沒學(xué)呢？本文在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上，介紹自已的一些感受和經(jīng)驗(yàn)。

　　理解單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 

　　對于一個(gè)初學(xué)者，最迷糊的就是對單片機(jī)芯片里面的結(jié)構(gòu)的理解，小小的一個(gè)芯片為何能完成如此神奇的功能。

　　第一次從事電子方面的工作，也總對那黑黑的芯片里面感到不可思意的神奇。直到有一天，在檢修一臺(tái)日本二手電子市場里買來的程控交換機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)里面有一塊黑東西上的黑膠已經(jīng)裂開，把它撬開一看，里面就是一塊電路板，上面焊滿了密密麻麻的電子零件。終于有點(diǎn)明白，原來芯片也可以這樣做成。當(dāng)然當(dāng)時(shí)所見的那塊電路板是不能被稱之為芯片的，那只是日本的電子制造公司為了防止別人抄襲而把整個(gè)電路板密封起來或其它原因，只引出幾個(gè)的引腳與其它電路連接。不過它可以讓人聯(lián)想到芯片的基本結(jié)構(gòu)與此相類似，如果把那些內(nèi)眼看得見的電子零件再縮小一千倍或更小以至于能把所有電子零件做在一個(gè)硅片上，那也就成了名副其實(shí)的芯片了。我們不防以圖1所示的電路及電路板來做一個(gè)生動(dòng)形象的介紹。該圖是一個(gè)直流馬達(dá)可以正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的電路，做成電路板并焊好電子元件后，經(jīng)測試沒有問題就可以用黑膠（通常采用酚醛樹脂等材料）把所有電子元件封起來，只留六個(gè)引腳來與外部電路連接，這樣看起來就好像是一個(gè)芯片。

　　知道了一般芯片的原理，同樣可以更進(jìn)一步想象單片機(jī)為什么會(huì)執(zhí)行邏輯運(yùn)算等功能，這就牽涉到數(shù)字電路和模擬電路的知識。其實(shí)不管一個(gè)單片機(jī)的功能是如何的強(qiáng)大，其只不過是把許多以微米，甚至是納米為單位級的數(shù)字的和模擬電子器件組成。為了形象的來說明單片機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，這里不訪舉如圖2所示的跑馬燈電路來闡述。圖中電路表明的最終目的是讓LED依次輪流被點(diǎn)亮。首先是通過計(jì)數(shù)器對輸入脈沖計(jì)數(shù)，從0到15共16個(gè)脈沖為一個(gè)輪回，也即計(jì)數(shù)器的輸出依次為二進(jìn)制的0000B到1111B，再由四-十六譯碼器把計(jì)數(shù)器的結(jié)果解碼輸出，即依次置Y0到Y(jié)15由高電平變?yōu)楦唠娖健．?dāng)某一輸出為高電平時(shí)，經(jīng)過反向器后，與此線路相連接的LED的陰極被拉為低電平從而點(diǎn)亮該發(fā)光二極管。這樣一來，計(jì)數(shù)器和譯碼器就相當(dāng)于單片機(jī)里的處理器與PC地址寄存器了，與譯碼器輸出腳相連的線就相當(dāng)于地址線，與LED負(fù)極相連的輸出線就相當(dāng)于數(shù)據(jù)線，每一條“地址線”都與8根“數(shù)據(jù)線”有一個(gè)交叉，每一個(gè)交叉就相當(dāng)于存儲(chǔ)單元的每一個(gè)位。在這些交叉處是否要連通就相當(dāng)于把程式燒錄到存儲(chǔ)器（ROM）里。最后總體來看就相當(dāng)于一個(gè)只有16個(gè)地址的8位單片機(jī)。如果把LED換成圖中數(shù)碼管，改變圖中的二極管連接，在“單片機(jī)”通電和輸入時(shí)鐘脈沖后，就可以不停的來顯示數(shù)字了。

　　另外，要做到對單片機(jī)內(nèi)部結(jié)果真正的了解，還必須得先要有很扎實(shí)的電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路等方面的知識，否則可能就是空中樓閣。