基于單片機(jī)學(xué)習(xí)的條件和學(xué)習(xí)步驟簡(jiǎn)述

單片機(jī)是大專學(xué)校電類專業(yè)的一門普通課，有些學(xué)校甚至把它列為選修課，在眾多課程中，沒(méi)有顯出它有多么重要。為什么要學(xué)習(xí)它呢？電類專業(yè)有很多專業(yè)課，這些專業(yè)課非常重要，是各個(gè)專業(yè)存在的必需課程，學(xué)完這些課程可以使學(xué)習(xí)者成為大學(xué)者的繼承人，市場(chǎng)對(duì)學(xué)者繼承人的需求太少，大量需要的是產(chǎn)品的研發(fā)者，研發(fā)產(chǎn)品是需要干實(shí)際事情的，需要研發(fā)工具，而單片機(jī)課程就是學(xué)習(xí)研發(fā)工具使用的課程。學(xué)習(xí)單片機(jī)課程與理論課程不一樣，不能只做作業(yè)，而是要實(shí)際使用單片機(jī)，下面就如何準(zhǔn)備學(xué)習(xí)單片機(jī)的條件和學(xué)習(xí)步驟簡(jiǎn)述一些不成熟的想法。

1.硬件

（1）編程硬件

所謂編程就是把單片機(jī)運(yùn)行的程序燒寫到單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，目前大部分單片機(jī)都是使用FLASH存儲(chǔ)器，這些存儲(chǔ)器的寫入次數(shù)一般是1000次左右，也有1萬(wàn)次或是10萬(wàn)次的。編程也叫程序下載或是燒寫。

（2）實(shí)時(shí)仿真硬件

實(shí)時(shí)仿真是使用PC機(jī)，用軟件監(jiān)視在單片機(jī)中實(shí)際運(yùn)行的程序，也就是當(dāng)程序下載到單片機(jī)中后，實(shí)時(shí)運(yùn)行程序，在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，通過(guò)仿真接口，監(jiān)視和控制程序的運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是調(diào)試程序（實(shí)際驗(yàn)證程序的正確性）。編程器和仿真器可以是一個(gè)裝置，也可以是各自獨(dú)立的裝置。

2.軟件

單片機(jī)開(kāi)發(fā)需要單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件的支持，軟件分為：

（1）編程軟件

該軟件支持編程器工作，幫助編程器把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。

（2）實(shí)時(shí)仿真軟件

該軟件可以在仿真接口的支持下，調(diào)試單片機(jī)程序。

（3）虛擬仿真

該類軟件支持在沒(méi)有單片機(jī)硬件情況下的單片機(jī)程序調(diào)試。

（4）支持C語(yǔ)言

所有的單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件都支持匯編語(yǔ)言編程，但是目前人們更喜歡C語(yǔ)言編程，主要是C語(yǔ)言功能強(qiáng)大，可以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。目前就有支持上述功能的軟件，例如51系列的Keil51、PIC系列的MPLAB，MSP430系列的IAR等。

3.學(xué)習(xí)單片機(jī)的手段

按照經(jīng)濟(jì)實(shí)力，學(xué)習(xí)單片機(jī)的手段分為如下幾種：

（1）買本單片機(jī)書，仔細(xì)研究。

（2）網(wǎng)上下載一個(gè)具有仿真功能的單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件（最好支持C語(yǔ)言），在計(jì)算機(jī)上對(duì)單片機(jī)虛擬仿真。

（3）購(gòu)編程器（支持編程器的下載軟件有編程器商提供）和實(shí)驗(yàn)板（又稱為演示板或是目標(biāo)板），網(wǎng)上下載開(kāi)發(fā)軟件。在開(kāi)發(fā)軟件的支持下對(duì)單片機(jī)虛擬仿真，確認(rèn)單片機(jī)程序正確后，用編程器將程序下載到單片機(jī)中，觀察程序的實(shí)際運(yùn)行。

（4）購(gòu)仿真接口和實(shí)驗(yàn)板，在網(wǎng)上下載單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件（支持編程、虛擬仿真、實(shí)時(shí)仿真和C語(yǔ)言），在虛擬仿真完成后，將程序下載到單片機(jī)中實(shí)時(shí)仿真。對(duì)于個(gè)人學(xué)習(xí)單片機(jī)，具有上述（4）的條件已經(jīng)是很好了。

4.學(xué)習(xí)單片機(jī)過(guò)程中的困擾

單片機(jī)種類很多，各個(gè)公司提供的單片機(jī)、開(kāi)發(fā)硬件和軟件功能、價(jià)格都不一樣，對(duì)于初學(xué)單片機(jī)有很多困惑。

（1）單片機(jī)問(wèn)題

目前單片機(jī)很多，學(xué)哪一個(gè)，其實(shí)學(xué)哪一個(gè)都可以，單片機(jī)雖然型號(hào)不同，但是芯片內(nèi)部的資源種類都差不多，而且這些資源的使用方法也大同小異，可以說(shuō)學(xué)會(huì)一種，其他種將融會(huì)貫通。究竟學(xué)哪一種，主要看具備的條件。51系列是老型號(hào)，書多、資料多、軟件開(kāi)放和硬件支持還可以，特別是Atmel公司的產(chǎn)品AT89系列，很多人就是學(xué)習(xí)這款單片機(jī)發(fā)家致富的。AVR90系列，該系列也是Atmel公司的產(chǎn)品，指令少，學(xué)起來(lái)容易，芯片種類多，適合各種場(chǎng)合和需要，根據(jù)有關(guān)資料顯示，目前該單片機(jī)芯片的使用數(shù)量很大，大有超過(guò)51系列芯片數(shù)量的趨勢(shì)。PIC系列，該系列是Microchip公司的產(chǎn)品，種類多，芯片抗干擾能力強(qiáng)，使用的人很多，

特別是PIC

16F877芯片，由于適合學(xué)校使用，在該公司大學(xué)計(jì)劃的支持下，免費(fèi)贈(zèng)送開(kāi)發(fā)器和實(shí)驗(yàn)板，因而使用該芯片的人群大增，也是可以和51系列單片機(jī)抗衡的單片機(jī)。MSP430系列，是TI公司的產(chǎn)品，最近幾年才被杭州利爾達(dá)公司引進(jìn)，是16位、超低功耗單片機(jī)，特別適合手持設(shè)備等低功耗設(shè)備的開(kāi)發(fā)，實(shí)際上，由于該系列引腳多，內(nèi)部資源多（具有硬件乘法器），所以在很多產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上都有用武之地，據(jù)有關(guān)人士預(yù)測(cè)，該系列是最具前途的單片機(jī)。還有很多單片機(jī)型號(hào)，由于不太了解，不敢妄加評(píng)論，但可以想象，一定是不錯(cuò)的單片機(jī)，否則就不會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中存在。

（2）開(kāi)發(fā)軟件問(wèn)題

不同種類的單片機(jī)都配套有相應(yīng)的開(kāi)發(fā)軟件，這些軟件很多都是專業(yè)軟件公司開(kāi)發(fā)的。51系列，目前開(kāi)發(fā)軟件是Keil51，該軟件支持C語(yǔ)言，但是在網(wǎng)上下載的版本，只支持2K程序。PIC系列的開(kāi)發(fā)軟件是MPLAB，在HI-TECH公司C語(yǔ)言支持軟件PICC的支持下，該軟件很好用，但是PICC是需要激活密碼才能運(yùn)行的。MSP430系列的開(kāi)發(fā)軟件是IAR，該軟件有開(kāi)放1個(gè)月的全功能限期版本和C語(yǔ)言4k支持版本，可見(jiàn)該系列的軟件開(kāi)放是最好的。哪種單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)放的好，就會(huì)引起人們對(duì)該單片機(jī)的興趣，單片機(jī)提供商也深諳此道，所以網(wǎng)上經(jīng)?？梢哉业礁_(kāi)放版本的軟件。

（3）仿真接口

仿真接口，又稱為仿真器，老式單片機(jī)由于沒(méi)有FLASH存儲(chǔ)器，所以仿真編程難度很大，新型號(hào)的單片機(jī)，幾乎都有FLASH存儲(chǔ)器的芯片，這樣的芯片都支持在電路編程（在系統(tǒng)編程），所謂在電路編程，就是用3~5根線就可以將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，并能夠?qū)纹瑱C(jī)內(nèi)的程序運(yùn)行情況、寄存器內(nèi)容等信息傳輸?shù)絇C機(jī)上。這種編程方法需要在單片機(jī)與PC機(jī)之間安裝一個(gè)仿真接口，該接口一般需要購(gòu)買。AT89S51、PIC16F877就是具有這種能力的單片機(jī)。
? ? ? ? 但是，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，支持該單片機(jī)編程和仿真的接口需要購(gòu)買，而且簡(jiǎn)單接口在仿真時(shí)會(huì)占用芯片資源，給單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帶來(lái)不便。MSP430系列單片機(jī)也是具有這種能力的單片機(jī)，但是該單片機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，JTAG是一種標(biāo)準(zhǔn)（IEEE1149.1），是為測(cè)試芯片而制定的，目的是用TCK、TDI、TDO和TMS四個(gè)信號(hào)來(lái)測(cè)試芯片的內(nèi)部狀態(tài)，為什么測(cè)試芯片還需要專門制定標(biāo)準(zhǔn)呢？這是因?yàn)閺?fù)雜芯片引腳太多，特別是還有些芯片一旦安裝到多層電路板上就無(wú)法看到引腳，更不要說(shuō)測(cè)量了，這時(shí)就可以在計(jì)算機(jī)軟件的支持下通過(guò)JTAG接口，對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)量，如果各個(gè)公司的芯片都符合該標(biāo)準(zhǔn)，就可以將各個(gè)芯片的JTAG口串聯(lián)起來(lái)（外國(guó)人稱為菊花鏈），無(wú)論在電路板上有多少芯片，只需4個(gè)引腳，就可以測(cè)量電路板上的所有芯片。既然可以測(cè)量芯片，當(dāng)然可以將數(shù)據(jù)寫入芯片，在可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)下載中也使用JTAG接口，出現(xiàn)了在系統(tǒng)編程（ISP）的概念。
? ? ? ? 也就是，即使可編程邏輯器件安裝到了系統(tǒng)中，也可以對(duì)其內(nèi)部電路進(jìn)行修改，JTAG技術(shù)和EDA軟件的進(jìn)步，使可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)與使用得到快速發(fā)展。單片機(jī)也是在向這個(gè)方向努力，前幾年出現(xiàn)在市場(chǎng)上的C8051單片機(jī)就是使用JTAG接口的單片機(jī)，不幸的是該單片機(jī)JTAG接口裝置和開(kāi)發(fā)軟件很貴，阻礙人們使用該單片機(jī)。

使用JTAG口，必須在計(jì)算機(jī)與芯片JTAG接口之間連接一個(gè)接口裝置，該裝置隨芯片而異，實(shí)際上JTAG接口裝置都是很簡(jiǎn)單的（就是一個(gè)緩沖器），但是由于各個(gè)公司的早期產(chǎn)品不完全支持JTAG接口，而JTAG接口裝置又必須兼容這些早期產(chǎn)品，就使得JTAG接口裝置變的復(fù)雜了。

目前，TI公司的MSP430系列芯片就是支持JTAG接口的單片機(jī)，該公司稱該JTAG接口裝置為FET，通過(guò)FET就可以對(duì)該系列單片機(jī)編程與仿真。特別是該接口非常簡(jiǎn)單，適合自制，網(wǎng)上很多該單片機(jī)愛(ài)好者就是使用自制的FET開(kāi)發(fā)該系列的單片機(jī)，非常成功。

（4）實(shí)驗(yàn)板

實(shí)驗(yàn)板是學(xué)習(xí)單片機(jī)所必須的，實(shí)驗(yàn)板又稱為演示板、目標(biāo)板，其實(shí)就是具有單片機(jī)的電路板，實(shí)驗(yàn)板可以購(gòu)買，各個(gè)單片機(jī)的供應(yīng)商都提供多種多樣的實(shí)驗(yàn)板。實(shí)驗(yàn)板也可以根據(jù)需要自制，自制實(shí)驗(yàn)板是具有挑戰(zhàn)的，需要學(xué)會(huì)畫電路板圖。

（5）選擇單片機(jī)類型

軟件：支持C語(yǔ)言，免費(fèi)下載。

仿真器：用于仿真編程的JTAG接口裝置可以自制（很重要，可以節(jié)省開(kāi)支）。

單片機(jī)：型號(hào)多、功能強(qiáng)、資源多、功耗低，程序存儲(chǔ)器容量大。

資料：書多、資料多，特別是網(wǎng)上資料多。

滿足上述條件的單片機(jī)只有MSP430系列。