教你學(xué)單片機(jī) 1 ：簡介，關(guān)于單片機(jī)的OOXX
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微處理器的四十年歷史：
后來，微處理器的發(fā)展就越來越迅猛了，掀起了一場(chǎng)個(gè)人電腦時(shí)代的技術(shù)革命，微處理器越來越風(fēng)行，滲透到了人們生活的各方各面。人們見識(shí)到了微處理器的強(qiáng)大，于是他們就有一種想法，既然微處理器這么強(qiáng)大，是不是所有設(shè)備都可以由它來控制呢？如果可以的話確實(shí)是很方便，這個(gè)想法很美好，但是有一個(gè)問題：雖然相對(duì)大型計(jì)算機(jī)來講，微機(jī)的體積和功耗是少了很多，但如果要把它應(yīng)用在日常生活中的小設(shè)備上，比如把它放到洗衣機(jī)上，讓它控制洗衣機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，很顯然它還是太大了，因?yàn)楦鶕?jù)馮諾依曼架構(gòu)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)必須具有五個(gè)部分，分別是：運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)設(shè)備，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備。運(yùn)算器和控制器集成在一起變成微處理器，但還是需要內(nèi)存，還有IO設(shè)備，所有這些東西加在一起才可以正常工作。而現(xiàn)在人們想把這套東西放進(jìn)洗衣機(jī)里面工作，先不說功耗和體積，它的價(jià)格就遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高過洗衣機(jī)本身好多倍了。人們又在想，有什么辦法可以制造出一個(gè)可以擔(dān)當(dāng)此類工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)呢。其實(shí)計(jì)算機(jī)所做的工作是很廣泛的，稱之為通用計(jì)算機(jī)，“通用”兩個(gè)字表示它什么都可以做，但是如果我們只要它用來執(zhí)行某一些特定的，而且不復(fù)雜的任務(wù)，換句話說，我們能不能制造出這樣一種計(jì)算機(jī)，它必須功耗足夠小，價(jià)格讓人可以接受，功能可以不用那么強(qiáng)大，只需要執(zhí)行一些簡單的事情就行了，這樣不就可以滿足人們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的需求了？比如自動(dòng)洗衣機(jī)？自動(dòng)洗碗機(jī)？按照這種想法，人們就在想，可不可以把個(gè)人計(jì)算機(jī)再微型化，要變得足夠小、足夠小才行，最好小到把功能都放到一塊芯片里面，用一塊芯片就可以執(zhí)行所有功能！這時(shí)候，單片機(jī)就出現(xiàn)了，單片機(jī)全稱：單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，它按照人們的愿景，把本來需要放在外圍的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,程序存儲(chǔ)器ROM，IO設(shè)備，定時(shí)器，CPU等等這些部件全部集中在一起芯片中，只要對(duì)它進(jìn)行編程就能實(shí)現(xiàn)各種功能！這就是單片機(jī)的由來。
1976年，英特爾推出它的第一款單片機(jī)：MCS-48。Zilog公司也于1976年研發(fā)出Z80微處理器。應(yīng)該算是單片機(jī)的最早版本。而1980年，英特爾在MCS-48的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位單片機(jī)，這個(gè)系列無論在性能還是容量上都較之前的單片機(jī)型號(hào)有了很大的提高，由于它是如此地好用，MCS-51架構(gòu)到現(xiàn)在還是風(fēng)靡全球，占領(lǐng)了低端單片機(jī)的大部分市場(chǎng)，很多芯片制造商就是購買了英特爾的MCS-51內(nèi)核然后自己推出基于該內(nèi)核的芯片，而我后面要講的內(nèi)容都是以51單片機(jī)為平臺(tái)的。
后來，隨著時(shí)代的發(fā)展，IC制造技術(shù)越來越高超，（根據(jù)IT行業(yè)的摩爾定律，每過18個(gè)月，CPU的速度就會(huì)提高一倍，內(nèi)存容量會(huì)增大一倍），單片機(jī)的性能也越來越強(qiáng)大，體積也越做越小，滲入到生活的各方各面，從以前的MCU時(shí)代（性能較弱，內(nèi)部只能運(yùn)行簡單的控制程序）進(jìn)入了SOC時(shí)代（System on chip，即片上系統(tǒng)，在芯片上運(yùn)行操作系統(tǒng)），比如現(xiàn)在的移動(dòng)終端，像手機(jī)、MP3等無不是用單片機(jī)作為控制核心，這些芯片已經(jīng)達(dá)到很高的運(yùn)行速度，性能直逼90年代中期的PC，目前最高端的手機(jī)CPU主頻已經(jīng)超過了1.5G Hz。以前只能在電腦上做的事情現(xiàn)在單片機(jī)也可以很輕易地做到了，而且功耗還比電腦低得多。
這就是單片機(jī)的簡單發(fā)展史。
而現(xiàn)在，你即將進(jìn)入這一領(lǐng)域，你可以想象一下，用你的手敲出一行行代碼，經(jīng)過編譯器編譯之后變成單片機(jī)可以執(zhí)行的機(jī)器碼，然后經(jīng)過一個(gè)下載器和一個(gè)下載軟件，機(jī)器碼就變成數(shù)字流通過導(dǎo)線一條條注入單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)把你的機(jī)器碼全部記錄在他的ROM里面，下載完畢之后，你按原計(jì)劃連好線路，接上電源，在你還沒反應(yīng)過來的一瞬間，單片機(jī)就按照你的交代在乖巧地運(yùn)行著代碼了！這一切看起來那么神奇，讓人振奮，你可以充分發(fā)揮你的想象，讓單片機(jī)為你做任何事情，讓你感到成就感十足！
好了，如果你看到這里覺得很有趣，正在考慮想磨拳擦掌大干一場(chǎng)了，那我首先祝賀你，你的興趣已經(jīng)被激發(fā)起來了，這是最重要的。但我也得打擊一下你，單片機(jī)不是那么好學(xué)的，需要你具有編程基礎(chǔ)，還要有一點(diǎn)點(diǎn)電子學(xué)的基礎(chǔ)。你沒學(xué)過編程？沒學(xué)過電子？沒關(guān)系，這些都可以學(xué)，最重要的是你必須有一顆堅(jiān)持到底的心。老實(shí)告訴你，在你寫代碼的時(shí)候通常你不可能會(huì)第一次就可以把一個(gè)完全正確地寫出來，它有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生BUG（軟件漏洞），導(dǎo)致程序錯(cuò)亂，這時(shí)就需要你奈心地進(jìn)行DEBUG（漏洞調(diào)試）,直到它正常運(yùn)行；有時(shí)候硬件也會(huì)出問題（不是有時(shí)候，是大多時(shí)候），這時(shí)候也需要你一點(diǎn)一點(diǎn)地檢查硬件電路，上網(wǎng)查找資料，直接到硬件調(diào)通。這個(gè)過程有時(shí)候是很漫長并且痛苦的，大多數(shù)人就是因?yàn)檫@樣而放棄了學(xué)習(xí)。不過你要知道，你的每次辛苦付出得到的都是超值的回報(bào)，比如你在一次軟件調(diào)試中成功地解決了某個(gè)算法的漏油，證明你在之后再次應(yīng)用到這個(gè)算法的時(shí)候就會(huì)得心應(yīng)手，不會(huì)再犯錯(cuò)。高手都是從菜鳥進(jìn)化來的。慢慢地，你就會(huì)非常享受每次調(diào)試完系統(tǒng)之后那種愉悅的成就感了。
OK？沒問題？你覺得你能承受？你覺得你會(huì)堅(jiān)持到底？嗯，我暫且相信你，畢竟你都看到這里來了。
那你可以開始學(xué)單片機(jī)了。
第一個(gè)問題是，你需要選擇一個(gè)什么樣的單片機(jī)來學(xué)？你上網(wǎng)搜索，搜著搜著，你發(fā)現(xiàn)，有一大堆單片機(jī)型號(hào)羅列在你面前，接著你去逛技術(shù)論壇，想聽一下高手們的意見，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每種型號(hào)的單片機(jī)都有專門的技術(shù)版塊，每種都有很多資料，每個(gè)版塊的人都在向你說：學(xué)這種吧，OOXXOOXX~~~T_T~~~。你暈了。有時(shí)候選擇的東西太多了也是個(gè)麻煩事。
這時(shí)候，你可能很想聽一下某個(gè)當(dāng)初也是這么迷茫的人的建議。
我的建議是，先學(xué)51單片機(jī)吧！好好地學(xué)，先把它學(xué)熟了再說吧！不要管有些人說：51過時(shí)了，幾十年前的架構(gòu)，現(xiàn)在誰還用？我很想知道，他說這話的時(shí)候有沒有認(rèn)真地學(xué)過51，是不是所有指令都會(huì)用了？
事實(shí)就是，其實(shí)學(xué)哪種單片機(jī)都一樣，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的基本原理都是相通的，沒有太多特別的區(qū)別。但如果你剛開始入門學(xué)習(xí)，你必須要一個(gè)適應(yīng)期，在這個(gè)適應(yīng)期里你應(yīng)該不止是使用單片機(jī)，你還得把它從里到外都搞通，你會(huì)用C語言熟練地給它編程之后，還必須要學(xué)會(huì)用匯編（關(guān)于匯編與C語言的紛爭我之后將會(huì)專門講一下），你還得了解它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如它是屬于哪種指令集（復(fù)雜指令集CISC和精簡指令集RISC），比如它在函數(shù)調(diào)用的時(shí)候都發(fā)生了哪些作用?？傊谧詈?，你必須要懂得以機(jī)器執(zhí)行指令的過程來理解你的代碼的含義，這時(shí)候你才算成功地學(xué)會(huì)了單片機(jī)（而不是簡單地把單片機(jī)的外設(shè)學(xué)會(huì)，然后用高級(jí)語言按照人類的思維給它編程，然后下載了事）。你懂得以機(jī)器的角度來思考高級(jí)代碼之后，一理能百理明，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多事情都是相通的，你會(huì)在上《微機(jī)原理》的課程里比別人學(xué)得輕松，因?yàn)槟阋呀?jīng)懂得計(jì)算機(jī)工作的最基本原理。
既然學(xué)哪種單片機(jī)都一樣，為什么要特別選擇51呢？這是因?yàn)橐话闱闆r下51單片機(jī)比別種類型的單片機(jī)外設(shè)要少，功能相對(duì)簡單一點(diǎn)，雖然這樣，但這對(duì)初學(xué)者來說卻是至關(guān)重要的。想象一下你剛上學(xué)的時(shí)候，老師從教你認(rèn)識(shí)0-9的數(shù)字開始，然后教你加減法，后來再教你乘除法，當(dāng)你有一些基礎(chǔ)之后，才開始教你函數(shù)和幾何，最后才是微積分。同樣的道理，當(dāng)你開始學(xué)單片機(jī)的時(shí)候，要怎么讓你慢慢接受一個(gè)你以前從未接受過的概念？你當(dāng)前希望解釋這個(gè)概念的模型要越簡單越直白越好，由淺入深。據(jù)此，51單片機(jī)給了你一個(gè)最簡單輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境，有道理不？另外，51架構(gòu)的存在已經(jīng)有幾十年了，應(yīng)用已經(jīng)很廣泛（暫時(shí)不要去考慮哪種單片機(jī)有前景，千萬不要去糾結(jié)這種問題，你都還沒入門，就想起飛來了），所以相對(duì)其他單片機(jī)來說資料更齊全，對(duì)你學(xué)習(xí)更有幫助。
經(jīng)過一番解釋，我試圖說服你，學(xué)51沒錯(cuò)。你被我說服了嗎？好吧。假如你還在猶豫之中，接下來我就大概一下介紹目前比較多人學(xué)的幾種芯片。
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先說51，51是這類芯片的內(nèi)部架構(gòu)，全稱8051，制造商有很多，但內(nèi)核都是購買英特爾公司的。51跟其他芯片相比主頻比較低（主頻即是CPU每秒執(zhí)行的指令數(shù)），一條指令的執(zhí)行需要用12個(gè)時(shí)鐘周期（一個(gè)時(shí)鐘脈沖稱為一個(gè)時(shí)鐘周期），也就是說，需要給他12個(gè)時(shí)鐘脈沖才會(huì)完成一條指令；所以雖然有時(shí)候51的外部晶振頻率比別人高，但其實(shí)執(zhí)行速度沒有別人高。51一般內(nèi)存比較小，標(biāo)準(zhǔn)C51（因?yàn)槭褂?1內(nèi)核的芯片很多，資源也不相同，下面我以標(biāo)準(zhǔn)C51來介紹）只有128字節(jié)內(nèi)存，而且頭32個(gè)字節(jié)還要被用做通用寄存器，能給用戶使用的其實(shí)只有96字節(jié)。有32個(gè)通用IO口，可作為輸入或者輸出，P3口還有第二功能，串口等等，先不說這么多，以后再慢慢介紹。有8KB的程序存儲(chǔ)器。51使用的是復(fù)雜指令集CISC（什么東西？先不用管，了解就行了，呵呵）。
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單片機(jī)簡
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