儿童单片机基础教程 (初学者实用单片机有哪些)

事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。

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单片机

一、单片机的广泛应用领域

目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,各种智能IC卡系统、智能小区安保系统、智能手机、数码相机、全自动洗衣机,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机,更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:

1. 在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量和计算。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如智能仪表、功率计、示波器、各种分析仪等。下图是精研电子社自主研发的一款料位计二次仪表样机。

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精研电子社团自主开发的料位仪表

2. 在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。下图是精研电子社团多年前开发的楼宇消防控制器,现在仍在使用中,用的是STC89C52单片机,低端单片机也可以构建很复杂的控制系统,所以不要小看这款单片机哟。

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单片机应用实例

3. 在家用电器中的应用

可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。

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单片机控制的电冰箱

4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。

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内嵌微控制器的无线路由器和手机

5. 单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

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内嵌有微控制器的血糖仪和监护仪

6. 在各种大型电器中的模块化应用

某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在一块电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的计算机的原理来实现。如:音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。 在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。

此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

二、单片机的种类

1. ATMEL 单片机(51单片机):

ATMEL公司的8位单片机有AT89和AT90系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机。

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AT89S51单片机外形图

2. STC 单片机

STC公司(宏晶科技)的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好,抗干扰强。本书例程建议采用STC89C52RC单片机进行编程调试。

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STC89C52RD

3. AVR 单片机

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

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一款AVR单片机外形

4. PIC 单片机

PIC系列单片机是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。

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Microchip PIC单片机

5. C8051F 系列单片机

Silicon Labs 公司C8051F系列单片机基于增强的CIP-51内核,其指令集与MCS-51完全兼容,具有标准8051的组织架构,可以使用标准的803x/805x汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51采用流水线结构,70%的指令执行时间为1或2个系统时钟周期,是标准8051指令执行速度的12倍;其峰值执行速度可达100MIPS(C8051F120等),是目前世界上速度最快的8位单片机。

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C8051F 系列单片机

6. 飞利浦(PHLIPIS)51PLC系列单片机:

飞利浦( PHILIPS)公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。

7. 德州仪器 (TI) 公司单片机

德州仪器(TI)提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机。TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。

8. 瑞萨单片机(RENESAS)

瑞萨(RENESAS)半导体于2003年由日立制作所半导体部门和三菱电机半导体部门合并成立。瑞萨单片机结合了日立与三菱在半导体领域方面的先进技术和丰富经验,在无线网络、汽车、消费与工业市场设计制造嵌入式半导体领域有广泛应用。