很多接觸機(jī)器人或單片機(jī)不久的朋友面對(duì)種類繁多的單片機(jī)常會(huì)困惑，到底它們之間有何不同？制作機(jī)器人到底用哪種單片機(jī)控制比較好？當(dāng)我們選擇了一種單片機(jī)后，有何捷徑能迅速掌握并應(yīng)用這種單片機(jī)？本文嘗試用一種通俗易懂的方法解讀上述問題，并設(shè)計(jì)了一種有深度的單片機(jī)控制機(jī)器人的實(shí)例，希望能起到拋磚引玉的作用。我與大家分享我使用單片機(jī)的一些經(jīng)驗(yàn)，希望能讓初學(xué)者少些迷茫，讓已經(jīng)入門的朋友思維開闊。
寫本文時(shí)我僅有3年單片機(jī)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比較了解51系列和AVR系列單片機(jī)，因此著重討論了AVR單片機(jī)，我經(jīng)驗(yàn)有限，有錯(cuò)誤在所難免，希望朋友們批評(píng)指正！
一單片機(jī)和CPU、個(gè)人電腦的區(qū)別和聯(lián)系
這部分內(nèi)容比較初級(jí)，但很多朋友剛接觸單片機(jī)時(shí)或許對(duì)下面的問題不是很清楚。
1 什么是CPU？
CPU中文名稱為“中央處理器”，典型代表為英特爾8086處理器，現(xiàn)在的奔騰X處理器都是8086的直系后代。處理器，顧名思義，其功能是處理數(shù)據(jù)，對(duì)于中央處理器，就是在數(shù)據(jù)處理中處于核心地位的處理器，聽起來似乎很復(fù)雜，但實(shí)際上核心就是一個(gè)ALU“算術(shù)邏輯單元”。這個(gè)單元由一些數(shù)字門電路組成，僅能完成括加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。CPU內(nèi)部包含ALU，除此之外CPU還有時(shí)鐘電路，CPU運(yùn)行的基本原理是：時(shí)鐘電路產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，這個(gè)脈沖控制著一個(gè)累加器，即每產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖，累加器加1，這個(gè)累加值以16進(jìn)制數(shù)字的形式通過地址總線唯一選通程序儲(chǔ)存器中一個(gè)儲(chǔ)存單元(在CPU外部)，這個(gè)單元將內(nèi)部儲(chǔ)存的程序命令代碼通過數(shù)據(jù)總線送到ALU中，ALU根據(jù)代碼不同執(zhí)行不同操作，比如把某寄存器數(shù)值和某數(shù)值相加等，然后將計(jì)算結(jié)果輸出到IO口或者各個(gè)總線上。
總之，CPU的工作就是把程序中的命令代碼翻譯成不同任務(wù)，然后執(zhí)行，輸出執(zhí)行結(jié)果。CPU在一切數(shù)字計(jì)算機(jī)中都發(fā)揮了核心作用，即計(jì)算機(jī)都有CPU。
2 什么是個(gè)人電腦？
由于CPU只有計(jì)算功能，其計(jì)算的結(jié)果需要通過顯示器、音箱輸出，而其工作的依據(jù)，即程序命令則依靠硬盤儲(chǔ)存，其執(zhí)行任務(wù)時(shí)動(dòng)態(tài)存取的數(shù)據(jù)要保存在內(nèi)存中，而人可以通過鍵盤控制程序命令的執(zhí)行過程，把所有這些CPU的外設(shè)組合在一起就叫做“個(gè)人電腦”。
3 什么是單片機(jī)？
個(gè)人電腦功能強(qiáng)大，計(jì)算速度快，是較為理想的計(jì)算機(jī)。但當(dāng)我們需要用一個(gè)小裝置控制微波爐定時(shí)開關(guān)時(shí)，個(gè)人電腦就顯得笨重和昂貴。因此人們?cè)O(shè)計(jì)出一種濃縮型電腦，大的有幾平方厘米，小的比米粒還小，它們叫做“單片機(jī)”——單片微型計(jì)算機(jī)。CPU是一個(gè)芯片，單片機(jī)也是一個(gè)芯片，看起來外觀差不多，它們有什么不同呢？答案是：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)除了集成有CPU外，還集成了程序儲(chǔ)存器ROM(可理解為硬盤)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器RAM(可理解為內(nèi)存)，輸入輸出接口(可理解為顯示器、鍵盤插座)，有的單片機(jī)內(nèi)還集成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、視頻解碼電路、AD轉(zhuǎn)換器、無線傳輸電路等，使得單片機(jī)功能變得非常強(qiáng)大。單片機(jī)的特長在于可以用單個(gè)芯片和簡(jiǎn)單外部電路去實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制操作，因此非常適合機(jī)器人控制。其實(shí)在絕大多數(shù)機(jī)器人中都有單片機(jī)的影子。簡(jiǎn)單的和中等復(fù)雜的機(jī)器人可以用單片機(jī)直接控制，高度復(fù)雜的機(jī)器人用“個(gè)人電腦”或者“超級(jí)計(jì)算機(jī)”指揮許多單片機(jī)來完成機(jī)器人控制。
4 學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑是什么？
所謂捷徑就是少走彎路。我剛開始學(xué)單片機(jī)時(shí)走了不少彎路，很多朋友和我都有相似的經(jīng)歷，剛開始接觸單片機(jī)，面對(duì)琳瑯滿目的圖書教材，不知選擇哪本；想實(shí)踐時(shí)不知到哪買單片機(jī)；不知如何編程下載程序……
A對(duì)于初學(xué)者仔細(xì)看本文就是學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑之一。
B到圖書館或者書店在數(shù)十本單片機(jī)書中選一本你能看懂，而且覺得案例有趣的“實(shí)在、生動(dòng)、活潑”的單片機(jī)書做為你的入門讀物。
C建議先從51單片機(jī)學(xué)起。掌握51后再學(xué)AVR，然后學(xué)ARM、DSP等。
D在學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐非常必要。你需要一臺(tái)電腦。如果是臺(tái)式電腦，你可以花十幾元購買25針并口下載線，如果是筆記本電腦，你只能購買幾十元到幾百元的USBISP編程器。
E用萬用板自己焊一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者購買開發(fā)板。沒有必要使用昂貴的仿真器
