单片机的未来特性多样化:如何使用单片机进行物联网开发?
21ic 2024-06-21

单片机用户(原始设备制造商)面临着三大挑战:通过特性、性能或价格实现终端产品差异化;通过缩短产品上市时间以补偿在复杂设计上日益增长的投资;力求在不增加成本的前提下达成上述两大目标。这些挑战构成了未来单片机发展的基础,为了体现终端产品的差异化,原始设备制造商争先恐后地为其产品增添诸多的新特性。


单片机是一门实践性很强、非常注重动手的课程。学习单片机最有效的方法是理论与实践并重,边学习,边演练,循序渐进,这样能将用到的指令理解、吃透。因此,在进行教学项目设计之前,必须先设计开发好学习用的实验板,使每个教学项目都可以在实验板上完成。实验板可以买现成的,也可以根据教学的实际需要自行设计。我们在编写过程中,根据教学需要设计并开发了5个实验用模块板,分别是单片机模块、指令(按键)模块、LED显示模块、七段数码管模块、LCD显示模块。

与其它的嵌入式系统相比,单片机的体积小,但是集成度高,具备较高的可靠性与控制功能;功耗低且采用低电压,因此对便携式产品的制造与生产十分有利;具备较好的扩展性与优异的性能比,其应用范围十分广泛,包括办公室自动化设备、实时过程的控制、各类仪器仪表、医疗领域相关设备、汽车电子产品以及计算机网络通信技术等等,由此可见,单片机是一种实用性非常强的嵌入式系统。其基本组成包括以下几个部分:第一,运算器,其核心是ALU部件,主要作用就是完成二进制算术与逻辑运算,运算器的辅助设备包括暂存器TMP、寄存器B、累加器 ACC、布尔处理器以及程序状态标志寄存器 PSW 等等;第二,控制器,其为CPU的神经中枢,包括定时控制逻辑电路、指令寄存器以及译码器等模块;第三,存储器,存储器中的每个存储单元均对应一个地址,其利用2位16进制数表示;第四,输入设备与输出设备等。

可以说单片机在电子技术中的应用越来越普遍,这得益于其优良的存储功能,并且与单片机RAM外存储器发生联系时必须通过A累加器才能顺利实现,即所有数据如果要向外部RAM传输只能通过A累加器,同样在数据读取过程中也要经过A累加器才能实现读入。这种工作机制与内部RAM有着明显的区别,即内部RAM之间能够直接传送、读入数据,但是外部RAM不可以。单片机其实是一种高集成的电路芯片,其执行程序的过程就是逐条执行指令的过程。此处所谓的指令是指需要单片机执行的相关操作采用命令的形式写出来,通常一种基本操作对应一条指令,主要是由设计人员赋予单片机的指令系统来决定的。由于单片机在执行指令的过程中需要遵循特定的顺序,所以程序中的指令也是根据同样的顺序逐条存放的,单片机在执行程序时只需逐条取出这些指令然后执行即可,不过要求具备一个程序计数器PC对指令地址进行追踪,在程序执行过程中,给PC赋予执行程序中对应指令的地址,那么PC获取该条命令时会自动增加相应的内容,通常指令的长度决定其增加量。

片机正常工作需要外部电路的支持,异于个人电脑单片机它不仅仅需要外部电源供电,它还需要外部晶振电路、复位电路,如果需要控制大功率器件还需要外围的驱动电路,进行模拟电压比较时需要外围稳压电路输入标准信号源。但是回顾单片机的发展历史,单片机硬件电路已经得到了很好的优化。比如中国第一家本土单片机公司STC宏晶科技推出的STC15F100系列单片机内部就集成高精度R\C时钟无需外围晶振电路。ST意法半导体公司推出的STM32系列32位嵌入式单片机内部集成了RTC时钟电路,只需外围备用电池接入就可实现实时时钟功能。另外单片机供电门槛也不断降低。ST公司的STM32系列单片机只需2.6V就可启动,耐压也达到了5.5V。

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