單片機學(xué)習(xí)方法

為什么要掌握這些知識?

實際上，電子工程師就是將一堆器件搭在一起，注入思想(程序)，完成原來的這些器件分離時無法完成的功能，做成一個成品。所需要的技能越高、功能越復(fù)雜、成本越低、市場上對相應(yīng)的東東的需求越大，就越成功。這就是電子工程師的自身的價值。從成本到產(chǎn)品售出，之間的差價就是企業(yè)的追求。作為企業(yè)的老板，是在市場上去尋找這樣的應(yīng)用;對電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應(yīng)用按照一定的構(gòu)思原則(成本最低、可靠性最高、電路板最小、功能最強大等)在最短的時間內(nèi)完成。最短的時間，跟電子工程師的熟練程度、工作效率和工作時間直接有關(guān)。這就是電子工程師的價值。

將電子產(chǎn)品抽象成一個硬件的模型，大約有以下組成：

1) 輸入

2) 處理核心

3) 輸出

輸入基本上有以下的可能：

1) 鍵盤

2) 串行接口(RS232/485/can bus/以太網(wǎng)/USB)

3) 開關(guān)量(TTL，電流環(huán)路，干接點)

4) 模擬量(4~20ma、 0~10ma、0~5V(平衡和非平衡信號))

輸出基本上有以下組成：

1) 串行接口(RS232/485/can bus/以太網(wǎng)/USB)

2) 開關(guān)量(TTL、電流環(huán)路、干接點、功率驅(qū)動)

3) 模擬量(4~20ma， 0~10ma，0~5V(平衡和非平衡信號))

4) LED顯示：發(fā)光管、八字

5) 液晶顯示器

6) 蜂鳴器

處理核心主要有：

1) 8位單片機，主要就是51系列

2) 32位arm單片機，主要有atmel和三星系列

51系列單片機現(xiàn)在看來，只能做一些簡單的應(yīng)用，說白了，這個芯片也就是做單一的一件事情，做多了，不如使用arm來做;還可以在arm上加一個操作系統(tǒng)，程序既可靠又容易編寫。

最近三星的arm受到追捧，價格便宜，以太網(wǎng)和USB的接口也有，周立功的開發(fā)系統(tǒng)也便宜，作為學(xué)習(xí)ARM的產(chǎn)品來說，應(yīng)該是最好的;作為工業(yè)級的控制，是不是合適，在網(wǎng)友中有不同的看法和爭議。本公司使用atmel ARM91系列開發(fā)的1個室外使用的產(chǎn)品，在北京室外使用，沒有任何的通風(fēng)和加熱的措施，從去年的5月份到現(xiàn)在，運行情況良好。已經(jīng)有個成功應(yīng)用的案例。

但對于初學(xué)者來說，應(yīng)該從51著手，一方面，51還是入門級的芯片，作為初學(xué)者練手還是比較好的，可以將以上的概念走一遍;很多特殊的單片機也是在51的核的基礎(chǔ)上增加了一些I/O和A/D、D/A;也為今后學(xué)習(xí)更高一級的單片機和ARM打下基礎(chǔ)。再說了，哪個老板會將ARM級別的開發(fā)放在連51也沒有學(xué)過的新手手中?

在51上面去做復(fù)雜的并行擴展是沒有必要的，比如，擴展I/O口和A/D、D/A等等，可以直接買帶有A/D、D/A的單片機;或者直接使用ARM，它的I/O口線口多?？梢允褂肐2C接口的芯片，擴展I/O口和A/D、D/A，以及SPI接口擴展LED顯示，例如：MAX7219等芯片。

市面上一些比較古老的書籍中還有一些并行擴展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、D/A等，我覺得已經(jīng)沒有必要去看了，知道歷史上有這些一回事就行了;

這些知識，是所有產(chǎn)品都具備的要素。所以要學(xué)，再具體應(yīng)用。

第一課：51單片機最小系統(tǒng)

實際上，51單片機核心外圍電路是很簡單的，一個單片機+一個看門狗+一個晶振+2個磁片電容;

1. 單片機：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，還有philips的系列，都差不多;現(xiàn)在有一些有ISP(在線下載的)，就更好用了;

2. 看門狗：種類很多，我常用的有max691/ca1161和DS1832等，具體看個人習(xí)慣、芯片工作電壓、封裝等。Max系列和DS系列，還有IMP公司的，種類很多，一般只需要有最基本的功能就可以了;原來我使用max691，但是max691比較貴，因為它有電池切換功能，后來新設(shè)計電路板，就都采用ca1161了。

很早以前的電路設(shè)計中，現(xiàn)在可能還有人使用，使用一個電阻和一個電容達成的上電復(fù)位電路;但是，這樣的復(fù)位電路一個是不可靠，為什么不可靠，網(wǎng)絡(luò)上能找得到專門論述復(fù)位電路的文章;更重要的是，51系列的單片機比較容易受到干擾;沒有看門狗電路是不行的，當(dāng)程序跑飛時，回不來了，死在那里。

常規(guī)的做法是買一個專門的看門狗電路，完成復(fù)位電路和看門狗電路的功能。

單片機和單片機抗干擾能力是不一樣的。如果你的產(chǎn)品是工作在干擾比較大的環(huán)境，可以試試選用不同品牌的單片機;原來我在一個光電所，做YAG激光治療機的控制部分，脈沖激光機的電源放電的時候，能量是很大的，在采取了所有能夠想到的光電隔離等措施之后，還是不行;后來，選用了intel的8031，就可以了。小聲的說：當(dāng)時的philips的單片機抗干擾性能是最差的，可能跟Philips主要是用在民用領(lǐng)域有關(guān)。

單片機的輸入輸出口線是最容易引進干擾的地方;在嚴(yán)重干擾的情況下，需要將所有的口線光電隔離。

3. 晶振：一般選用11.0592M，因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率;也可以使用36.864M，這個頻率是1.8432M的20倍，看別人的電路板上用過，我也沒有用到。這2種晶振很容易買到，價錢跟12M的一樣。書上說，12M的晶振也能得到9600的波特率，但是，實際用的時候，會每隔一段時間就出錯一次，好像累積誤差一樣，比較奇怪。

即使你的單片機系統(tǒng)不使用RS232接口，也可以做一個Rs232，留著做測試，或者預(yù)留等等，沒有壞處。除非你的單片機系統(tǒng)的口線不夠用了。

4. 磁片電容：22pf～30pf，可以在有些書上找到什么晶振頻率對應(yīng)什么容量的磁片電容，但是，我都是隨便拿來使用，反正在11.0592M下，都沒有問題;如果你用到了更高的頻率，最好還是找找資料看看。

如果你的單片機系統(tǒng)沒有工作，檢查步驟如下：

1. 查看門狗的復(fù)位輸出，可能的話在電路板上加一個LED，下拉，這樣看起來就更方便;要是看門狗復(fù)位信號有，往下;

2. 查單片機，看看管腳有沒有問題;一般編程器能夠?qū)⒊绦驅(qū)懭?，說明單片機是好的;最好手頭上準(zhǔn)備一個驗證過的單片機，內(nèi)部有一個簡單的程序，比如，在某個口線上輸出1個1秒占空比的方波等，可以使用萬用表測量。

加一句：設(shè)計產(chǎn)品時，要在關(guān)鍵的地方：電源、串口、看門狗的輸出和輸入、I/O口等加不同顏色的LED指示，便于調(diào)試;作為批量大的產(chǎn)品，可以去掉部分LED，一方面是降低成本、一方面是流程保密;

3. 再查磁片電容，有些瓷片電容質(zhì)量不行，干脆換了;順便說一下，換器件最好使用吸錫帶，將焊盤內(nèi)的錫吸干凈，再將器件拔出，這樣不會損傷焊盤內(nèi)的過孔;再將新的瓷片電容焊接上去的時候，用萬用表量量是好的再焊;

4. 最后只有換晶振了;切記要買好的晶振，有些品牌質(zhì)量比較好。

5. 以上按照以上步驟檢測時，將無關(guān)的外圍芯片去掉;因為有一些是外圍器件的故障導(dǎo)致單片機最小系統(tǒng)沒有工作。