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1 绪论
电子表是 世纪 年代才开始出现的新型计时器。最早的一款电子表被称做“摆
轮游丝电子表”,它诞生于 年。这种手表用电磁摆轮代替发条
驱动,以摆轮
游丝作为振 荡器,微型电池为能源,通过电子线路驱动摆轮工作。它的走时部分
与机械手表
完全一样,被称为第一代电子手表。 年,美国布洛瓦公司最早开
始出售“音叉电子手表”。这种手表以金属音叉作为振荡器,用电子线路输出脉冲电
流,使机械音叉振动。它比摆轮式电子手表结构简单,走时更精确,被称为第二代
电子手表。 年,日本精工舍公司推出了世界上最早的石英电子表
。石英电子
表的出现,立刻成为了钟表
界主流产品,它走时精确,结构简单,轻松地将一、
二代电子表,甚至机械表淘汰出局。石英表又称“水晶振动式电子表”,因为它是利
用水晶片的“发振现象”来计时的。当水晶受到外部的加力电压,就会产生变形和伸
缩反应;如果压缩水晶
,便会使水晶两端产生电力。这样的性质在很多结晶体上
也可见到,称为“压电效果”。石英表
就是利用周期性持续“发振”的水晶,为我们带
来准确的时间。
单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能
力的中央处理器 随机存储器
、只读存储器
、多种 口和中断系
统、定时器计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路
转换器、
转换器 等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机
系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪 年代,由当时的 位、 为单片
机,发展到现在的 位 的高速单片机。
1.1 单片机的介绍
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器
(
),常用英文字母的缩写 表示单片机,单片机又称单片微控制器
,它不
是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成
到一个芯片上。相当
于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了 设备。概括的讲:一块
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. .
芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提
供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最
早是被用在工业控制领域。
1.2 单片机应用的特点
控制功能和可靠性高
单片机是为了满足工业控制而设计的,所以实时控制功能特别强,其
可以对 接口直接进行操作,位操作能力更是其它计算机无法比拟的,另外,
由于 ,存储器,以与 接口集成在同一芯片,各部件之间的连接紧凑,
数据在传送时受到干扰小,且不易受环境条件的影响,所以单片机的可靠性非
常高。
体积小,价格低,易于产品化
每一片单片机既是一台完整的微型计算机,对于批量的专用场合,一方面
可以在众多的单片机品种间进行匹配选择,同时还可以专门进行芯片设计,使
芯片功能与应用具有良好和对应关系。对单片机产品的引脚封装方面,有的单
片机引脚已减少到 个或更少,从而使应用系统的印刷板减小,按插件减少,
安装简单。
在现代的各种电子器件中,单片机具有良好的性能价格比,这正是单片机
得以广泛应用的重要原因。
1.3 单片机的应用领域
能仪器仪表
单片机用于各种仪表,一方面提高了仪表仪器的使用功能和精度,使仪器
仪表智能化,同时还简化了仪器仪表的硬件结构,从而可以方便地完成仪器仪
表的升级代换。如各种智能化电气测量仪表,智能传感器等。
机电一体化
机电一体化产品是集机械技术,微电子技术,自动化技术和计算机技术于
一体,具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可
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. .
以发挥巨大的作用。典型的产品如:机器人,数控机床,自动包装机,点钞机,
医疗设备,打印机, 机,复印机等。
实时工业控制
单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流,电压,温度,液位,
流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中,
利用单片机作为系统控制器,可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算
法,实现期望的控制指标,从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电动机
转速控制,温度控制,自动生产线等。
分布系统的前端模式
在较复杂的工业系统中,经常要采用分布式控制系统完成大量的分布参数
的采集。在这类系统中,采用单片机作为分布式系统的前端采集模块。系统具
有运行可靠,数据采集方便灵活,成本低廉等一系列有点。
家用电器
家用电器是单片机的又一重要应用领域,前景十分广泛如空调,电冰箱,
洗衣机、电饭煲,高档洗浴设备,高档玩具。另外,交通领域中,汽车,火车,
飞机,航天等均有单片机的广泛应用。
1.4 51 系列单片机
单片机是对目前所有兼容 指令系统的单片机的统称。该系列单片机
的始祖是 的 单片机,后来随着 !"# 技术的发展, 单片机
取得了长足的进展,成为目前应用最广泛的 位单片机之一,其代表型号是
$%&
公司
的 $ 系列,它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有
系列的兼容机型推出,在目前乃至今后很长的一段时间将占有大量市场。 单
片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。需要注意的是 系列的
单片机一般不具备自编程能力。当前常用的 系列单片机主要产品有:' 的:
、、(,、、( 等;'$%& 的:
、、 等;'")!、华邦、
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. .
!、*#!+等公司的许多产品。目前,国产宏晶 *$ 单片机以
其低功耗、廉价、稳定性能,占据着国 单片机较大市场。
1.5 硬件设计
当编写自己的程序信手拈来、阅读别人的程序能够发现问题的时候,说明你的
单片机编程水平相当不错了。接下来就应该研究的硬件了。硬件设计包括电路原理
设计和 , 板设计。学习做硬件要比学习做软件麻烦,成本更高,周期更长。但
是,学习单片机的最终目的是做产品开发----软件和硬件相结合形成完整的控制系
统。所以,做硬件也是学习单片机技术的一个必学容。
电路原理设计涉与到各种芯片的应用,而这些芯片外围电路的设计、典型应用
电路和与单片机的连接等在芯片数据手册($*.%%$)都能找到答案,前提
是要看得懂全英文的数据手册。否则,照搬别人的设计永远落在别人的后面,你做
的产品就没有创意。电子技术领域的第一手资料($*.%%$)都是英文,从
第一手资料里你所获得的知识可能是在教科书、网络文档和课外读物等所没有的知
识。虽然有些资料也都是在 $*.%%$ 的基础上撰写的,但容不全面,甚至存
在翻译上的遗漏和错误。当然,阅读 $*.%%$ 需要具备一定的英文阅读能力,
这也是阻碍单片机学习者晋级的绊脚石。良好的英文阅读能力能让你在单片机技术
知识的海洋里自由遨游。
做 , 板就比较简单了。只要懂得使用 软件或 #!/ 软件
就没问题了。但要想做的板子布局美观、布线合理还得费一番功夫了。娴熟的单片
机 语言编程、会使用 软件或 #!/ 软件设计 , 板和具备一
定的英文阅读能力,你就是一个遇强则强的单片机高手了。
1.6 芯片简介
$ 单片机引脚图如下:
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