论大学生对单片机的选型及学习方法

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发表于 2020-8-22 17:14:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘 要:本文针对大学生学习单片机的疑惑,对单片机的选型进行详细的分析,并对学习单片机的方法进行了详细的指导,使学习单片机有更多的了解和明确的方向。
  关键字:单片机 选型 学习方法
  
  单片机课程是许多专业学生的专业基础课或专业课,在学习单片机前,我们要知道它的基本情况,俗话说,知己知彼才能百战百胜,本文将针对大学生的基础,讲解我们单片机得功能和用途以及与其它同类的比较优势等方面,让我们彻底了解单片机。
  一、单片机分类
  ARM、DSP、FPGA和8051为内核单片机(以后简称51单片机)都属于单片机范畴,它们各有各的特点,区别如下:
  1.ARM是现在很流行的一种单片机的架构,指令系统和硬件都比51单片机复杂,控制能力较强,但在开发工业测控设备成本较高,通常用于消费电子。
  2.DSP是数字处理芯片有较高的运算能力,通常用于数据图像处理领域;虽然时序控制能力较弱,但在数字信号处理及算法是强项。
  3.FPGA是一种用于逻辑处理方面的芯片,通常为ARM或DSP提供逻辑信号,由于没有指令周期,执行速度快;控制能力较强,但由于没有指令集,控制方面不如ARM和单片机;主要用来设计电路,用软件配置硬件资源使一块芯片能实现一块传统电路板功能。近年来发展迅速,许多高端芯片内嵌了DSP。
  4.51单片机,多为8位机,采用MCS-51系列单片机结构和指令系统,这种单片价格便宜。
  我们通过比较,制作了一个不同单片机的比较列表如表1
  从上表1可以看出51单片机虽然可用资源最少,但价格最低,而且基本的配置都存在了,适合初级人员开发,或简单系统的开发。而我们大学生在一些课程上虽然有些基础,但没有开发经验和广播的相关知识,比较适合学习51单片机的内容,并为逐渐学习高端单片机打下坚实的基础。
  二、单片机的工业用途
  通常很多开发都应用于工业场合,其中最常用的工业计算机有三种:单片机、总线工控机、PLC可编程序控制器,它们的特点用表就可以一目了然,见下表2。
  从表2可以看出在工业计算机中,单片机的许多方面是有亮点的,用在智能领域有非常的优势,不但价格低,而且资源多,尤其用的用户多,提供的学习资料多,学习难度相对较低,所以非常适合大学生的学习。
  三、单片机学习方面的同类比较
  从学习的角度如何选择哪种单片机较合适呢?下面列出单片机选型的几个注意点:
  1.从学习的规律上讲应该从易到难,DSP和RAM是高端单片机,结构和指令复杂,所以不是入门硬件开发的首选。
  2.从应用广度和使用资源上,51单片机是最有优势,开发时能很容易找到开发系统和庞大的软件资源。
  3.从开发成本来讲,应选择性价比高的芯片,从来都不是越采用高端越好,所以开发普通测控设备51单片机是首选。
  4.从整个硬件领域来看,51单片机的原理和其它单片机相似的,其外设和其它单片机是通用的,所以即使以后转到其它单片机也非常容易,大多数的高级硬件开发人员都是从最简单的51单片机开始的。
  有的观点认为:不管什么微处理器都是通过对内部或外部某些逻辑单元进行控制,从而实现预期的某种需求。也就是说,不管ARM、DSP、FPGA、51单片机,都是通过编程来实现动作或逻辑处理,而多数的操作是对某些寄存器写1写0,Principles是一致的。这也说明了几种单片机的一致性。这说明了在学习单片机上没有高低之分,不能认为低端单片机就是应用也是低端,高低端是互相补充。因此,我们如果想学习高端单片机,直接学习难度大,可以从51单片机学起,能达到事半功倍的效果。
  四、单片机的选型
  单片机的型号很多,选择合适的单片机能使开发工作事半功倍,所以学习单片机首要了解单片机的基本信息,比如:单片机种类,单片机的配置,可靠性和抗干扰能力,性价比等。通常选择单片机至少应该关心以下几个方面:
  1.存储器空间
  主要是程序存储器大小和数据存储器大小,通常单片机的数据存储器最小128B,最大是1KB,程序存储器1KB到 4KB不等。我们根据每个存储器的大小选择相应单片机。
  2.单片机的运行速度
  不同型号的单片机运行速度不同,单片机AT89C51用的晶振最高24MHz,一个机器周期0.5us,STC89C52单片机晶振可以达到80MHz,当然频率越高运行速度也越快,但这时就要考虑单片机高频时系统的稳定性因素了。
  3.是否扩展一些功能
  比如含有两个及以上的串行口,是否带有A/D及D/A转换器等,这个要根据需要选择,否则选用分立元件比单片机组合的成本要高的多,而且要额外占用单片机的资源,比如三总线被占用等。
  4.成本和质量
  同样功能的单片机不同厂家价格是不同的,比如AT89C51和STC89C51功能差不多价格相差很大,当然他们的质量也不同,不能光看参数,质量是非常重要;
  此外,同一型号的单片机又分商业级别、工业级别及军用级别,它们的质量不同,价格是相差甚远的,要根据实际设计要求选型。
  五、单片机语言学习参考
  目前,比较流行的单片机编程方法有3种:单独汇编、单独C语言和两种语言混合编程。其中它们的优缺点如下:
  1.汇编的特点是最接近机器语言,控制语句最直接,对于单片机的控制效率最高,适合作精确控制的场合,常常用于底层驱动或控制算法的编程,缺点是与C语言相比不方便记忆,而且受寄存器位数等限制(51单片机为8位机),算法复杂的编程较困难;
  2.C语言的特点是编程相对汇编语言简单,特别是适合一些复杂些的算法编程,但编译成机器代码冗余指令较多,从而导致占用程序存储器空间较多,而且冗余指令对控制产生影响,所以不适合做精确或实时性要求较高的场合;
  3.混合编程是一种流行的方法,它结合汇编和C语言的优点,应用较强大。通常混合编程可采用两种方法,一种是汇编语句嵌入到C语言中,这种方法实现较容易,但控制功能还是不强;另一种方法是用汇编和C语言两个文件,用接口函数或接口寄存器进行两个函数的数据传递,最后进行联合编译形成一个机器代码,这种两种语言结合方法效果最好。
  六、总结
  对大学生而言,学习是一个逐步的过程,在校期间他们虽然基础较好,但实践经验较少非常适合低端单片机的学习,但低端单片机不代表用途是低端,恰恰是用途广泛的“低端”,同时也是高端单片机的学习基础,因此不能好高骛远,忽视低端的单片机,而片面的追求所谓高端单片机,这从学习方法和实用价值来讲都是不符的。学习低端单片机时,要学透学精,尽可能的掌握多种语言,为以后的应用打下坚实的基础。
  [参考文献]
  [1]徐泳龙主编.单片机原理及应用,机械工业出版社,2004.1
  [2]丁元杰主编.单片微机原理及应用(第2版),机械工业出版社,2001
  [3]张洪润,张亚凡.单片机原理及应用.北京:清华大学出版社,2005
  [4]戴胜华,蒋大明,杨世武等.单片机原理与应用.北京:清华大学出版社,2003.
  [5]霍孟友,王爱群,孙玉德等.单片机原理与应用,机械工业出版社,2005.
  [ ]杨书华,霍孟友.微机原理及软件硬接口技术,机械工业出版社,2004
  (作者单位:盐城工学院机械工程学院 盐城)
            
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