硬件特性

　　1、主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。

　　芯片

　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化;

　　3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無故障;

　　4、處理功能強(qiáng)，速度快。

　　5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品

　　6、控制功能強(qiáng)

　　7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

　　應(yīng)用范圍

　　目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。

　　單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：

　　智能儀器

　　單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。

　　例如精密的測量設(shè)備（電壓表、功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。

　　工業(yè)控制

　　單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。

　　家用電器

　　現(xiàn)在的家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備和白色家電等。

　　網(wǎng)絡(luò)和通信

　　現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。

　　醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域

　　單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。

　　模塊化系統(tǒng)

　　某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。

　　在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。

　　汽車電子

　　單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、abs防抱死系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、胎壓檢測等。

　　此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。

　　學(xué)習(xí)方法

　　基礎(chǔ)理論

　　基礎(chǔ)理論知識(shí)包括模擬電路、數(shù)字電路和C語言知識(shí)。模擬電路和數(shù)字電路屬于抽象學(xué)科，要把它學(xué)好還得費(fèi)點(diǎn)精神。在你學(xué)習(xí)單片機(jī)之前，覺得模擬電路和數(shù)字電路基礎(chǔ)不好的話，不要急著學(xué)習(xí)單片機(jī)，應(yīng)該先回顧所學(xué)過的模擬電路和數(shù)字電路知識(shí)，為學(xué)習(xí)單片機(jī)加強(qiáng)基礎(chǔ)。否則，你的單片機(jī)學(xué)習(xí)之路不僅會(huì)很艱難和漫長，還可能半途而廢。筆者始終認(rèn)為，扎實(shí)的電子技術(shù)基礎(chǔ)是學(xué)好單片機(jī)的關(guān)鍵，直接影響單片機(jī)學(xué)習(xí)入門的快慢。有些同學(xué)覺得單片機(jī)很難，越學(xué)越復(fù)雜，最后學(xué)不下去了。有的同學(xué)看書時(shí)似乎明白了，可是動(dòng)起手來卻一塌糊涂，究其原因就是電子技術(shù)基礎(chǔ)沒有打好，首先被表面知識(shí)給困惑了。

　　單片機(jī)屬于數(shù)字電路，其概念、術(shù)語、硬件結(jié)構(gòu)和原理都源自數(shù)字電路，如果數(shù)字電路基礎(chǔ)扎實(shí)，對(duì)復(fù)雜的單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和原理就能容易理解，就能輕松地邁開學(xué)習(xí)的第一步，自信心也會(huì)樹立起來。相反，基礎(chǔ)不好，這個(gè)看不懂那個(gè)也弄不明白，越學(xué)問題越多，越學(xué)越?jīng)]有信心。如果你覺得單片機(jī)很難，那就應(yīng)該先放下單片機(jī)教材，去重溫?cái)?shù)字電路，搞清楚觸發(fā)器、寄存器、門電路、COMS電路、時(shí)序邏輯和時(shí)序圖、進(jìn)制轉(zhuǎn)換等理論知識(shí)。理解了這些知識(shí)之后再去看看單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，我想你會(huì)大徹大悟，信心倍增。

　　模擬電路是電子技術(shù)最基礎(chǔ)的學(xué)科，她讓你知道什么是電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應(yīng)管、放大器等等以及它們的工作原理和在電路中的作用，這是學(xué)習(xí)電子技術(shù)必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。一般是先學(xué)習(xí)模擬電路再去學(xué)習(xí)數(shù)字電路。扎實(shí)的模擬電路基礎(chǔ)不僅讓你容易看懂別人設(shè)計(jì)的電路，而且讓你的設(shè)計(jì)的電路更可靠，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　C語言知識(shí)并不難，沒有任何編程基礎(chǔ)的人都可以學(xué)，在我看來，初中生、高中生、中專生、大學(xué)生都能學(xué)會(huì)。當(dāng)然，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好、邏輯思維好的人學(xué)起來相對(duì)輕松一些。C語言需要掌握的知識(shí)就那么3個(gè)條件判斷語句、3個(gè)循環(huán)語句、3個(gè)跳轉(zhuǎn)語句和1個(gè)開關(guān)語句。別小看這10個(gè)語句，用他們組合形成的邏輯要多復(fù)雜有多復(fù)雜。學(xué)習(xí)時(shí)要一條語句一條語句的學(xué)，學(xué)一條活用一條，全部學(xué)過用過這些關(guān)鍵語句后，相信你的C基礎(chǔ)建立了。

　　當(dāng)基礎(chǔ)打好以后，你會(huì)感覺到單片機(jī)不再難學(xué)了，而且越學(xué)越起勁。當(dāng)單片機(jī)乖乖的依照你的邏輯思維和算法去執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制效果的時(shí)候，成就感會(huì)讓你信心十足、夜以續(xù)日、廢寢忘食的投入到單片機(jī)的世界里。可以這么說，扎實(shí)的電子技術(shù)基礎(chǔ)和C語言基礎(chǔ)能增強(qiáng)學(xué)習(xí)單片機(jī)信心，較快掌握單片機(jī)技術(shù)。

　　實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

　　這是真正學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程，既讓人興奮又讓人疲憊，既讓人無奈又讓人不服，既讓人孤獨(dú)又讓人充實(shí)，既讓人氣憤又讓人欣慰，既有失落感又有成就感。其中的酸甜苦辣只有學(xué)過的人深有體會(huì)。思想上要有刻苦學(xué)習(xí)的決心，硬件上要有一套完整的學(xué)習(xí)開發(fā)工具，軟件上要注重理論和實(shí)踐相結(jié)合。

　　1.有刻苦學(xué)習(xí)的決心

　　首先，明確學(xué)習(xí)目的。先認(rèn)真回答兩個(gè)問題：我學(xué)單片機(jī)來做什么？需要多長時(shí)間把它學(xué)會(huì)？這是你學(xué)單片機(jī)的動(dòng)力。沒有動(dòng)力，我想你堅(jiān)持不了多久。其次，端正學(xué)習(xí)心態(tài)。單片機(jī)學(xué)習(xí)過程是枯燥乏味、孤獨(dú)寂寞的過程。要知道，學(xué)習(xí)知識(shí)沒有捷徑，只有循序漸進(jìn)，腳踏實(shí)地，一步一個(gè)腳印，才能學(xué)到真功夫。再次，要多動(dòng)腦勤動(dòng)手。單片機(jī)的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，是一門很注重實(shí)際動(dòng)手操作的技術(shù)學(xué)科。不動(dòng)手實(shí)踐你是學(xué)不會(huì)單片機(jī)的。最后，虛心交流。在單片機(jī)學(xué)習(xí)過程中每個(gè)人都會(huì)遇到無數(shù)不能解決的問題，需要你向有經(jīng)驗(yàn)的過來人虛心求教，否則，一味的自己埋頭摸索會(huì)走許多彎路，浪費(fèi)很多時(shí)間。

　　2.有一套完整的學(xué)習(xí)開發(fā)工具

　　學(xué)習(xí)單片機(jī)是需要成本的。必須有一臺(tái)電腦、一塊單片機(jī)開發(fā)板（如果開發(fā)板不能直接下載程序代碼的話還得需要一個(gè)編程器）、一套視頻教程、一本單片機(jī)教材和一本C語言教材。電腦是用來編寫和編譯程序，并將程序代碼下載到單片機(jī)上;開發(fā)板用來運(yùn)行單片機(jī)程序，驗(yàn)證實(shí)際效果;視頻教程就是手把手教你單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的使用、單片機(jī)編程和調(diào)試。對(duì)于單片機(jī)初學(xué)者來說，視頻教程必須看，要不然，哪怕把教材看了幾遍，還是不知道如何下手，尤其是院校里的單片機(jī)教材，學(xué)了之后，面對(duì)真正的單片機(jī)時(shí)可能還是束手無策;單片機(jī)教材和C語言教材是理論學(xué)習(xí)資料，備忘備查。不要為了節(jié)約成本不用開發(fā)板而光用Protur軟件仿真調(diào)試，這和紙上談兵沒什么區(qū)別。

　　3. 要注重理論和實(shí)踐相結(jié)合

　　單片機(jī)C語言編程理論知識(shí)并不深?yuàn)W，光看書不動(dòng)手也能明白。但在實(shí)際編程的時(shí)候就沒那么簡單了。一個(gè)程序的形成不僅需要有C語言知識(shí)，更多需要融入你個(gè)人的編程思路和算法。編程思路和算法決定一個(gè)程序的優(yōu)劣，是單片機(jī)編程的大問題，只有在實(shí)際動(dòng)手編寫的時(shí)候才會(huì)有深切的感悟。一個(gè)程序能否按照你的意愿正常運(yùn)行就要看你的思路和算法是否正確、合理。如果程序不正常則要反復(fù)調(diào)試（檢查、修改思路和算法），直到成功。這個(gè)過程耗時(shí)、費(fèi)腦、疲精神，意志不堅(jiān)強(qiáng)者往往被絆倒在這里半途而廢。

　　學(xué)習(xí)編寫程序應(yīng)該按照以下過程學(xué)習(xí)，效果會(huì)更好?？吹嚼填}目先試著構(gòu)思自己的編程思路，然后再看教材或視頻教程里的代碼，研究人家的編程思路，注意與自己思路的差異;接下來就照搬人家的思路親自動(dòng)手編寫這個(gè)程序，領(lǐng)會(huì)其中每一條語句的作用;對(duì)有疑問的地方試著按照自己的思路修改程序，比較程序運(yùn)行效果，領(lǐng)會(huì)其中的奧妙。每一個(gè)例程都堅(jiān)持按照這個(gè)過程學(xué)習(xí)，你很快會(huì)找到編程的感覺，取其精華去其糟粕，久而久之會(huì)形成你獨(dú)特的編程思想。當(dāng)然，剛開始，看別人的程序源代碼就像看天書一樣，只要硬著頭皮看，看到不懂的關(guān)鍵字和語句就翻書查閱、對(duì)照。只要能堅(jiān)持下來，學(xué)習(xí)收獲會(huì)事半功倍。在實(shí)踐過程中不僅要學(xué)會(huì)別人的例程，還要在別人的程序上改進(jìn)和拓展，讓程序產(chǎn)生更強(qiáng)大的功能。同時(shí)，還要懂得通過查閱芯片數(shù)據(jù)手冊（DATASHEET）里有關(guān)芯片命令和數(shù)據(jù)的讀寫時(shí)序來核對(duì)別人例程的可靠性，如果你覺得例程不可靠就把它修改過來，成為是你自己的程序。不僅如此，自己應(yīng)該經(jīng)常找些項(xiàng)目來做，以鞏固所學(xué)的知識(shí)和積累更多的經(jīng)驗(yàn)。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　當(dāng)編寫自己的程序信手拈來、閱讀別人的程序能夠發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)候，說明你的單片機(jī)編程水平相當(dāng)不錯(cuò)了。接下來就應(yīng)該研究的硬件了。硬件設(shè)計(jì)包括電路原理設(shè)計(jì)和PCB板設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)做硬件要比學(xué)習(xí)做軟件麻煩，成本更高，周期更長。但是，學(xué)習(xí)單片機(jī)的最終目的是做產(chǎn)品開發(fā)----軟件和硬件相結(jié)合形成完整的控制系統(tǒng)。所以，做硬件也是學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的一個(gè)必學(xué)內(nèi)容。

　　電路原理設(shè)計(jì)涉及到各種芯片的應(yīng)用，而這些芯片外圍電路的設(shè)計(jì)、典型應(yīng)用電路和與單片機(jī)的連接等在芯片數(shù)據(jù)手冊（DATASHEET）都能找到答案，前提是要看得懂全英文的數(shù)據(jù)手冊。否則，照搬別人的設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)落在別人的后面，你做的產(chǎn)品就沒有創(chuàng)意。電子技術(shù)領(lǐng)域的第一手資料（DATASHEET）都是英文，從第一手資料里你所獲得的知識(shí)可能是在教科書、網(wǎng)絡(luò)文檔和課外讀物等所沒有的知識(shí)。雖然有些資料也都是在DATASHEET的基礎(chǔ)上撰寫的，但內(nèi)容不全面，甚至存在翻譯上的遺漏和錯(cuò)誤。當(dāng)然，閱讀DATASHEET需要具備一定的英文閱讀能力，這也是阻礙單片機(jī)學(xué)習(xí)者晉級(jí)的絆腳石。良好的英文閱讀能力能讓你在單片機(jī)技術(shù)知識(shí)的海洋里自由遨游。

　　做PCB板就比較簡單了。只要懂得使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件就沒問題了。但要想做的板子布局美觀、布線合理還得費(fèi)一番功夫了。

　　嫻熟的單片機(jī)C語言編程、會(huì)使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件設(shè)計(jì)PCB板和具備一定的英文閱讀能力，你就是一個(gè)遇強(qiáng)則強(qiáng)的單片機(jī)高手了。［1］

　　抗干擾設(shè)計(jì)

　　在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。下面以MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)為例，對(duì)微機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾方法進(jìn)行研究。

　　軟件抗干擾設(shè)計(jì)

　　在工程實(shí)踐中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是：一、消除模擬輸入信號(hào)的噪聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）;二、程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。本文針對(duì)后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。

　　指令冗余

　　CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令，若取指令時(shí)刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)機(jī)率更大。

　　在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫稱為指令冗余。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的NOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動(dòng)納入正軌。

　　此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。

　　攔截技術(shù)

　　所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。因此先要合理設(shè)計(jì)陷阱，其次要將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

　　（1 ）軟件陷阱的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。通過軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱：

　　NOPNOPLJMP 0000H其機(jī)器碼為0000020000。

　　（2 ） 陷阱的安排

　　通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最后一條應(yīng)填入020000，當(dāng)亂飛程序落到此區(qū)，即可自動(dòng)入軌。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。如某應(yīng)用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務(wù)程序可為如下形式：

　　NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運(yùn)行。

　　考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2-3個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截。