单片机设计经验技巧精华集锦

　　一、机器人常用的单片机使用经验

　　一 学习单片机的捷径是什么？

　　所谓捷径就是少走弯路。我刚开始学单片机时走了不少弯路，很多朋友和我都有相似的经历，刚开始接触单片机，面对琳琅满目的图书教材，不知选择哪本；想实践时不知到哪买单片机；不知如何编程下载程序……

　　A 对于初学者仔细看本文就是学习单片机的捷径之一。

　　B 到图书馆或者书店在数十本单片机书中选一本你能看懂，而且觉得案例有趣的“实在、生动、活泼”的单片机书做为你的入门读物。

　　C 建议先从51单片机学起。掌握51后再学AVR，然后学ARM、DSP等。

　　D 在学习过程中实践非常必要。你需要一台电脑。如果是台式电脑，你可以花十几元购买25针并口下载线，如果是笔记本电脑，你只能购买几十元到几百元的USB ISP编程器。

　　E 用万用板自己焊一个单片机最小系统，或者购买开发板。没有必要使用昂贵的仿真器。

　　F 你需要上网下载单片机编程软件，比如51用Keil编程，AVR用CVAVR编程，在编程软件中编好程序，然后生成HEX文件，再上网下载并口烧程序软件或者USB ISP烧程序软件，用烧程序软件加载HEX文件，然后将编程线查到你的单片机威廉希尔官方网站 板上，即可把程序烧到单片机中。

　　G 拔下编程线，然后接通单片机板电源，你可以看到单片机系统在运行。

　　H 如果系统不能正常运行，首先检查威廉希尔官方网站 是否接错，然后检查程序是否烧错，如果以上都没毛病，研究程序是否编错。有时系统不能正常运行并不意味着有什么地方错了，只是某些参数没设置好，你需要不断运行、修改程序、调试参数、再运行如此往复，直到你对系统运行满意为止。有时这是一个非常艰苦的重复劳动，调整数百次上千次，你无法回避，只能坚定信念，勇往直前。

　　I 到淘宝网上买东西更方便、更便宜。

　　二 在单片机诞生前人们用什么控制机器人

　　1 模拟计算机

　　在数字计算机诞生前，人们用电子管、电容器和电感线圈、电阻搭建模拟计算机，能够完成许多简单的计算和控制任务。所谓模拟计算机就是其计算采用的信号不是1、0数字信号，而是电压连续变换的模拟信号，类似于自动控制原理中的各种控制器采用的运算。别小看了模拟计算机，上世纪80年代中东战争时，阿拉伯国家使用的苏制全自动自行防空炮内采用模拟计算机实现计算飞机轨迹并控制火炮射击目标。

　　

　　2 齿轮和凸轮组成的控制器

　　在模拟计算机诞生前，也就是蒸汽机时代，有些机械天才硬是用数百个齿轮和凸轮搭建出机械计算机，人们通过转动印有数字的各种齿轮，另一些齿轮就将运算结果显示出来。机械计算机在人类史上上曾经是高科技产品，第二次世界大战时，德国著名的密码机就是一种机电混合式计算机，它当时是最保密的通信工具。

　　

　　3 发条和秒表和继电器组成的控制器

　　在电气时代开始时，人们用钟表内机械的旋转分时控制一些继电器的通断，从而控制一些机床和生产线的运行。这种装置类似于早期洗衣机内的定时器。

　　

　　三 入门首选 AT89S51系列单片机

　　1 简介

　　1980，英特尔公司开发出一种简易的8031CPU，在当时该CPU性能不比8086差很多，但价格较便宜，因此被很多低端应用选中。由于市场看好，ATMEL公司购买了8031的内核，把Flash存储器和加强型IO口融入进去开发出了AT89系列单片机。所有兼容8031指令和内核相似的单片机统称为51单片机，它是目前应用最广泛的8位单片机之一。因51单片机结构简单，指令易学，应用广泛，因此是初学单片机首选机型。如果有人想不学51，直接学AVR，那么此人一定会遇到很多难题，困惑和郁闷将伴随着学习过程。如果学了51再学AVR和其他单片机，人们会发现“所谓单片机都不过如此”。

　　2 性能

　　根据任务具体需要选择最合适的单片机，使单片机资源充分利用，使系统性价比达到最高，同时兼顾未来扩展需要，不一味追求高性能单片机，这就是选单片机的原则。

　　AT89S51有4K的Flash程序存储器，128字节的RAM，32条IO口，中断系统具有6个中断源、5个终端矢量、2个中断优先级的中断结构；串行口是一个全双工的串行通信口；AT89S51的电源电压为4.0-5.5V，AT89LS51的电源电压为2.7-4.0V；振荡器频率0-33MHz（AT89S51），0-16MHz（AT89LS51）; 有ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

　　AT89S52程序储存器容量为8KB，还有AT89S55，ROM容量更大。

　　有很多公司生产了很多扩展型51系列单片机，有的带有AD转换器，有的带有比较器，有的带有PWM，读者可以根据自身需要选择合适的51单片机，但要注意他们的管脚定义和编程方式。

　　3 使用方法

　　AT89S51 适于做单片机学习板、电子时钟、超声波测距仪等不需要采集模拟量和控制大功率外部元件的威廉希尔官方网站 。S51与过去的C51的区别在于S51支持ISP在线编程，即C51需要几百元的编程器编程，而S51仅需一条25针并口线和非常简单的转换威廉希尔官方网站 即可接在台式电脑打印机接口烧程序，下载烧程序小软件即实现可对S51单片机编程。对51单片机编程一般选用Keil软件，可采用C语言或者汇编语言，编完程后选择输出HEX文件，然后用烧程序小软件读取HEX文件，再烧写到单片机中。

　　4 实践经验

　　A 刚开始看书时，按照书上的威廉希尔官方网站 图连线然后通电调试，但总不成功，将自己的威廉希尔官方网站 和书上的威廉希尔官方网站 仔细对照发现不了问题。原因在于很多书上的威廉希尔官方网站 图都是“简化图”，即省略了一些威廉希尔官方网站 ，而这些被省略的威廉希尔官方网站 却关乎系统的运行。比如，当单片机书讲到AD转换威廉希尔官方网站 ，给出的威廉希尔官方网站 图多省略了晶振和复位威廉希尔官方网站 ，按照AD转换威廉希尔官方网站 图搭出来的系统自然不能运行。

　　B 51单片机P0口输出信号时需要上拉电阻，我经常忘记加电阻，导致威廉希尔官方网站 不好使。

　　C 51单片机31引脚需要接正极，以选择采用内部程序存储器。如果忘记给这个引脚以正确的电压，你的单片机可能不能执行程序。

　　

　　4 应用举例

　　

　　

　　

　　四 爱好者制作机器人首选 AVR系列单片机

　　1 简介

　　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。高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位一直是衡量单片机性能的重要指标，而AVR单片机是典型高性能单片机。

　　早期单片机，比如51单片机为了提高可靠性（防止数据误读或跑飞）采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。例如51单片机需要12个晶振周期才能组成1个机器周期，而且很多指令需要2个机器周期才能执行。AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，采用精简指令集，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。AVR单片机在12个晶振周期中能执行12条指令，从这个角度看，如果晶振频率相同，AVR的速度是51的12倍到24倍。

　　AVR有32个通用寄存器，在进行大量复杂运算时，AVR的32个寄存器可相当于51的32个累加器，克服了51系列单片机只有单一累加器数据处理造成的瓶颈现象，在复杂运算时速度比51快5倍以上。由此可看出，51与AVR相比是多么慢，AVR是多么快。

　　AVR系列单片机多内部集成了多路AD转换器、电压比较器、ISP、I2C、JTAG总线威廉希尔官方网站 、UART串口、大功率IO口、看门狗等实用威廉希尔官方网站 ，并且很多AVR单片机型号有EEPROM、FLASH、SRAM三种存储器，可以实现实时修改程序存储器中的内容，即AVR单片机可以自己修改自己的程序。同时AVR一般能工作在宽电压范围（2.7～6.0V），有的居然可以在1.8V电压下工作。以上这些性能只是AVR众多性能中的一部分，然而已经让51系列单片机望尘莫及了。

　　如此高性能的单片机价格居然和51单片机差不多，比如ATmega8价格为8元左右，ATmega16在13元左右，这是AVR有极高性价比的真实写照。

　　

　　2 性能

　　AVR家族人丁兴旺，包括ATinyAVR（微小型）、低功耗类、ATmegaAVR高中低档5类单片机。它们都基于同一核心技术，但在内部集成的威廉希尔官方网站 多少上有不同。不论你要做电子手表还是视频处理，都有一款合适的AVR单片机能满足你的需要。

　　本文只列出ATmega16中档单片机的性能：

　　16KB的FLASH程序存储器；512B的EEPROM；1KB的SRAM；32个快速寄存器；32个大功率IO口；20个中断；2个外部中断口；有SPI、SUART、I2C总线接口；2个8位定时器；1个16位定时器；3个PWM通道；有实时时钟RTC；8个10位AD通道；电压比较器；看门狗；内置时钟振荡器；JTAG接口；ISP在线编程；电压范围为2.7V-5.5V；外部时钟晶振0-16MHz；有PID和多种贴片封装。

　　AVR的IO口能输出20mA和吸收40mA的电流，不仅可直接驱动LED，甚至可直接驱动微型直流减速电机。而且AVR的IO口可编程设置成输入、输出、高阻态状态，是真正的3态IO口。和51相比使用AVR开发产品你会发现前所未有的方便和自由。

　　AVR单片机可上操作系统，比如UCOS2、Linux等，自主编程实现操作系统功能也很容易。

　　根据任务具体需要选择最合适的单片机，使单片机资源充分利用，使系统性价比达到最高，同时兼顾未来扩展需要，不要一味选用高性能单片机，这就是选单片机的原则。

　　用ARM+操作系统做超声波测距仪——杀鸡用了牛刀。用AVR中档单片机做机器视觉——有些吃不消。如果把它们调换一下，一切就恰到好处了。

　　3 使用方法

　　学AVR单片机的好书是《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》，封面见下图。

　　AVR一般采用CVAVR编程软件编程，也可用GUN GCC AVR、AVR Studio软件编程。可采用汇编或C语言编程。烧程序前先输出HEX文件，然后用SLISP（双龙ISP）软件加载，再通过ISP编程线或者25针并口连接线烧入AVR单片机，支持在线编程。

　　由于AVR单片机最小系统很简单，就是电源+晶振（可不用）+LED+ISP接口（通电就运行，断电就停止，不用复位威廉希尔官方网站 ），因此任何初学者都可以用面包板搭出AVR最小系统，并且编程实践。

　　4 实践经验

　　使用AVR单片机时注意要正确设置熔丝位，SLISP软件就可设置，熔丝位可决定单片机是采用外部晶振还是采用内部时钟振荡器，如果熔丝位设置为采用外部晶振，而威廉希尔官方网站 中没有接入晶振，则AVR程序不能运行。很多初学者忽视了这一点，他们的AVR系统不能运行却找不到原因。再有就是AVR的IO口在使用前需先编程设置其状态，否则你将发现程序在运行，但IO口没信号。

　　

　　4 应用举例

　　

　　

　　五 高级机器人控制器 ARM

　　1 简介

　　ARM是一个公司名，他们基于同一内核设计了很多高性能处理器，这些处理器都叫ARM。该技术被很多公司购买后生产出了集成很多功能威廉希尔官方网站 的ARM芯片，使得ARM成为高性能单片机。ARM一般为32位单片机，适于处理大量复杂数据，很多ARM装上了UCOS2、Windows CE、Linux操作系统，能够同时运行多个程序。ARM广泛应用于手机、MP3、GPS导航仪、吸尘机器人等产品上。

　　

　　六 音频视频处理首选 DSP

　　1 简介

　　DSP数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP），它是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

　　在高速小车巡线、语音识别等领域DSP被广泛应用。但如果仅用DSP检测几个碰撞开关、控制几个电机显得大材小用。

　　七 新兴控制器 FPGA

　　1简介

　　FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成威廉希尔官方网站 （ASIC）领域中的一种半定制威廉希尔官方网站 而出现的，系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个威廉希尔官方网站 试验板被放在了一个芯片里。简单说，如果使用者想开发一个用简单数字逻辑威廉希尔官方网站 就能控制的小车，又嫌搭威廉希尔官方网站 麻烦，他就可用软件给一个FPGA编程让它实现数字威廉希尔官方网站 功能去控制小车。即FPGA可被用来模拟各种威廉希尔官方网站 。有的FPGA甚至能模拟51单片机的运行。因FPGA通过编程即可修改它模拟的威廉希尔官方网站 结构，因此在系统实验、调试中很方便，很多爱好者尝试用FPGA做机器人控制器。

　　八 更多可供选择的单片机

　　我们选择学一款单片机前首先要考虑自己面对的实际任务需要什么性能的单片机，然后在众多性能满足要求的单片机中作出选择。此时我们还要考虑不同单片机的“应用广泛程度”，比方说：当我们要做一个电子大赛智能小车，有AVR单片机和PIC单片机可满足任务需要，如何在两者中作出选择需要考虑哪种单片机学起来比较容易、学习资料容易获取、可供参考的程序和案例更加丰富、哪种单片机更容易获得编程软件和下载器等。笔者感觉要想做智能小车，AVR单片机的资料比较丰富。

　　世界上有种类繁多的单片机，它们当中绝大多数都可用来控制机器人，但存在一个是否合适的问题。比如PLC是可编程控制器，当然可以用来控制爱好者手中的机器人，但PLC多用于工业控制领域，设备庞大价格昂贵，同时不易获得用PLC控制小型机器人的资料。爱好者选择学一种单片机前，首先得明确自己要用单片机干什么，然后再选最合适的单片机学习。学单片机重在学精一两种单片机，如果有人泛泛地学ARM、PLC、PIC、凌阳、DSP、FPGA等所有有名的单片机，那么他将无法拥有真正的深度开发能力。所谓深度开发，以AVR单片机为例，初学者可以用它实现小灯交替闪烁，中级技术人员可以用它控制参加比赛的机器人，而真正的高级开发人员可以用AVR实现机器视觉、无人机自动驾驶、坦克火控系统……

　　AVR单片机过时了吗？

　　有初学者甚至中级开发人员认为因ARM性能一般比AVR性能高，因此ARM将代替AVR，AVR将退出历史舞台，或者MSP430将代替51系列单片机，或者FPGA将取代所有单片机等。这种看法不对，因为不同单片机都有各自的特点和优点，没有哪种单片机是完美的，在不同场合用最合适的单片机，发挥它们各自的特长，而不存在ARM一统天下，取代所有其他型号单片机的可能性。试想，原本十几元的电子表因为采用ARM控制买到几百元，谁能受得了？因此不要觉得AVR已经过时，学完51就直接学ARM，或者觉得学51没用，直接学ARM，否则你将碰壁。

　　MSP430系列单片机：比较适于机器人开发，是美国德州仪器推向市场的一种16位、具有精简指令集的、超低功耗的混合信号处理器。具有Flash存储器，中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。MSP430系列单片机的电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗、模拟比较器、定时器、串口0、1、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-Delta AD、直接寻址模块（DMA）、IO端口、基本定时器（Basic Timer）等的一些外围模块的不同组合。MSP430 系列单片机引进了JTAG技术，不仅使开发工具变得简便，而且价格也相对低廉，并且还可以实现在线编程。

　　PIC单片机：可用于机器人开发，是8位单片机，产品种类丰富，采用精简指令集，有不错的开发环境，引脚驱动能力强，可直接连接继电器控制强电。自带看门狗，有睡眠和低功耗模式。很多性能不如AVR和MSP430系列单片机，但因其有特殊优点，也被广泛应用。

　　凌阳单片机：比较适于机器人开发，以16位计算机为核心，集成不同规模的RAM、ROM和其他丰富的功能威廉希尔官方网站 ，使用者可以根据自己需要选择集成了特定功能威廉希尔官方网站 的凌阳单片机。凌阳单片机指令系统提供出具有较高运算速度的16位，16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用添加了DSP功能，因此凌阳适合进行语音识别。在我国凌阳单片机在学校比较常见，应用实例较多，可作为机器人爱好者选用的单片机。

　　九 实例：用AVR单片机创造机器生命

　　1 什么是机器生命

　　机器生命就是一个能自主生存的机器，一个自动为生存下去而奋斗的机器。对于机器生命来说，生存的含义就是不断电，继续运行。机器生命具有完全自主决策、自主行动、活动于未知世界、不需人类参与就能持续运行并且自我维护等特征。影片《终结者》中的天网就是超级机器生命。《霹雳5号》描述了一个机器人从无生命到有生命的过程。

　　N.维纳（Norbert Wiener，1894～1964）写《控制论》时创造出第一个机器生命Wiener龟，这个机器龟仅有2个电子管组成的模拟计算机，但它却能实现真正的乌龟觅食、睡觉、探索、逃避等行为，其表现如同一个有生命的生物一样。机器龟上面有太阳能电池，当自身电池快用完前，机器龟乐于寻找一个光线充足的地方充电，充满电后可能找个地方睡懒觉，或者探索未知世界，它有避免碰撞和避免到倾斜地方的趋向，我们无法预知它的行踪，因为它不是按照程序运行的，就如同我们自己一样。后来维纳在他的机器龟上又加了一个电子管，三个电子管连接成简单的神经网络，通过对机器龟训练，维纳通过摇铃可控制机器龟的行为。正如有生物学家训练狗使得狗听到摇铃声后就流口水。

　　

　　2 我们可以自己动手做一个机器宠物

　　我们今天有先进的单片机，制作一个更好的机器生命其实不难。机器生命远比按固定程序运行的机器人好玩，就如同宠物狗比玩具狗好玩一样。我们设想的机器生命可以是一个小型履带式机器人，带有太阳能板，能感受光线强弱，障碍物距离和碰撞，为了实现人机互动，该机器生命具有语音识别功能。试想你学习一天，回到寝室，叫一声TONY，你的机器宠物转身飞快跑向你，那种感觉只有宠物的创造者才能体会……

　　

　　3 如何实现？如何设计威廉希尔官方网站 ？如何设计结构？

　　这个机器生命方案采用ATmega16单片机做控制器，单片机的8路AD通道和其余24个IO接口都被使用。AVR单片机AD转换频率高于音频，可以用来进行简单的语音采集。机器生命的程序较复杂，而AVR单片机适合进行快速复杂运算。本设计的威廉希尔官方网站 板上除了ATmega16单片机外，还有2个LG9110电机驱动芯片、2个LM386音频功放芯片，和LM393电压比较器芯片，再加上少量电阻电容和三极管，威廉希尔官方网站 简洁，适合初学者和中级爱好者动手制作。

　　LCD采用通用1602模块，支持3位控制线4位数据线，如果你采用IO口复用技术，可用6条线控制LCD模块。

　　此方案涉及光电检测、自动充电、语音识别、超声波测距、键盘（4个碰撞开关）、LCD液晶显示、电机驱动等技术，这些都是动手做简单机器人的基本技术，如果爱好者能把这个机器生命做好，那么你的威廉希尔官方网站 设计、调试经验和编程能力都会有很大的提高。

　　这个机器生命的技术含量相当于20世纪70年代国际机器人领域的先进水平。当时已经有很多非常精密和复杂的工业机器人被应用，但这种简单的机器人怎么能称作先进呢？因为技术的复杂和技术的先进不是一个概念，复杂+精密不一定等于先进。先进的东西不一定复杂和精密。

　　

　　A 寻光

　　我们可以用光电二极管来检测光线强弱。当然也可以用光敏电阻。将光敏电阻和一个固定电阻串联接在电源正负极之间，光敏电阻靠近正极一侧。从光敏电阻和固定电阻连接点引出导线接到ATmega16的AD转换输入口。当强光照在光敏电阻时，光敏电阻阻值变小，因此其压降变小，而固定电阻分压增多，引出的AD检测电位升高，被单片机转化为数字量后判断光线增强。机器生命有5个光电传感器，其中4个面向机器人前后左右四个方向，另一个指向太阳能板所面对的方向。通过编程可以让机器人自主移动到光线最强的地方。

　　B 充电

　　本设计采用4.8V镍氢充电电池为系统供电。太阳能电池板正负极通过一个三极管与电池正负极相连。有一个电压比较器比较电池电压与太阳能板的压差，如果压差高于某值，比较器控制三极管导通，太阳能电池板对充电电池充电。充电电池电压上升，当高于某值时控制三极管关断，结束充电。为使太阳能板能对电池组充电，要求太阳能板在阳光直射下输出电压高于8V。

　　

　　C 语音识别

　　用AVR单片机的高速AD检测功能能实现简单的语音识别。声音信号被驻极体电容话筒接收后送至LM386音频功放芯片放大和过滤后送至单片机AD转换口，单片机对音频信号幅值采样转化为一组数字，然后对这组进行取方差运算，得出一个特征值，该特征值可以用于简单的语音识别。比如你发一个“e”，方差应该比较小，如果你发“p”爆破音，方差应该较大。当然，如果你用更复杂的数据处理，会得到更好的识别效果。本设计使用了2路声音信号，目的是让单片机判断出声源的大体方位。

　　D 超声波测距

　　用AVR的1个IO口输出40KHz信号送至超声波发射威廉希尔官方网站 ，当超声波遇到障碍物返回后，被超声波接收头接收，信号经CX20106A解码芯片处理，得到一个低电平脉冲，用该脉冲引发AVR单片机中断，AVR通过检查发波和收到回波之间的时间差即可算出障碍物距离。

　　E 电机驱动

　　本设计采用2片LG9110电机驱动芯片驱动两台直流减速电机。LG9110输出最大电流为800mA，仅需要2条控制线与单片机IO口直接相连即可控制一台电机正反转或者停止。LG9110仅有8个引脚，使用非常方便。

　　F 让机器生命更聪明

　　我的这个机器生命设计方案能实现最酷的效果是：白天，阳光明媚，机器生命跑到阳光底下晒太阳，太阳光会随着时间变化，机器生命能自动跑到最合适的位置享受日光浴。到了晚上，机器生命会找个安静的地方闭目养神，等待明天太阳升起。你可以训练机器生命，让它知道自己的名字叫什么。比如你叫着它的名字，同时站在它面前用强光照射它的太阳能电池板，如此反复训练，会使机器生命听到自己名字后向声源方向跑去，在距离声源一定远处停止，因为以往这样做它都能享受强光照射并充电。这就如同真正的宠物狗，你叫它名字它就跑到你跟前希望能获得食物。这一切都是完全能够实现的，关键就在于编程序实现它。

　　G 想象无极限，你的机器宠物将无所不能

　　以上方案中，ATmega16的功能被发挥到极致，以至于没有空闲的IO口，系统不能再扩展了。如果你用ATmega128单片机做，那么它拥有53个IO口，30多个中断，128Kb的程序存储器，4Kb的RAM，使得你能编写更复杂的程序、储存更多的动态数据、连接更多的外设，你的机器生命将变得非常有生命力。比如加入三轴加速度传感器、地磁传感器、GPS定位、雨水传感器甚至摄像头、无线通信模块等，重新设计一个坚固和强劲的底盘，你的机器生命就可以在室外自由探索了。

　　以上芯片外设来源说明：在淘宝上购买很容易

　　底盘：340元的高级履带式1：16电动坦克模型

　　加速度传感器、地磁传感器：美国AD公司的40元ADXL330加速度传感器

　　GPS定位：几十元的车载外置GPS天线

　　最后，我想说，机器人是非常好玩的，只要你有想象力，有毅力，努力研究实践就能创造奇迹。

　　二、工程师分享的单片机学习步骤

　　有了单片机学习板之后你就要多练习，把学习板和电脑连好，打开调试软件坐在电脑前，先学会怎么用调试软件，然后从最简单的流水灯实验做起，等你能让那八个流水灯按照你的意愿随意流动时你已经入门了，你会发现单片机是多么迷人的东西啊，太好玩了，这不是在学习知识，而是在玩，当你编写的程序按你的意愿实现时你比做什么事都开心，你会上瘾的，真的。做电子类的人真的会上瘾。然后让数码管亮起来，这两项会了后，你已经不能自拔了，你已经开始考虑你这辈子要走哪一行了。就是要这样练习，在写程序的时候你肯定会遇到很多问题，而这时你再去翻书找，或是问别人，当得到解答后你会记住一辈子的，知识必须用于现实生活中，解决实际问题，这样才能发挥它的作用。另外我再说说用汇编和C语言编程的问题。很多同学大一二就开设了C语言的课 ，我也上过，我知道那时天天就是几乘几，几加几啊，求个阶乘啊。学完了有什么用？让你用C语言编单片机的程序你是不是就傻了？书上的东西我们必须要会运用。单片机编程用C语言或汇编语言都可以，但是我建议用C语言比较好，如果原来有C语言的基础那学起来会更好，如果没有，也可以边学单片机边学C语言，C 语言也挺简单，只是一门工具而已，我劝你最好学会，将来肯定用得着，要不你以后也得学，你一点汇编都不会根本无所谓，但你一点C语言都不会那你将来会吃苦头。汇编写程序代码效率高，但相对难度较大，而且很罗嗦，尤其是遇到算法方面的问题时，根本是麻烦的不得了，现在单片机的主频在不断的提高，我们完全不需要那么高效率的代码，因为有高频率的时钟，单片机的ROM也在不断的提高，足够装得下你用C语言写的任何代码，C语言的资料又多又好找，将来可移植性非常好，只需要变一个IO口写个温度传感器的程序在哪里都能用，所以我劝大家用C语言。总结上面，只要你有信心，做事能坚持到底，有不成功不放弃的强烈意志，那学个单片机来说就是件非常容 易的事。

　　步骤：

　　1.找本书大概了解一下单片机结构，大概了解就行。不用都看懂的。

　　2.找学习板练习编写程序，学单片机就是练编程序，遇到不会的再问人或查书。

　　3.自己网上找些小威廉希尔官方网站 类的资料练习设计外围威廉希尔官方网站 。焊好后自己调试，熟悉过程。

　　4.自己完全设计具有个人风格的威廉希尔官方网站 ，产品，。。。你已经是高手了

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　　学习单片机的八大步骤

　　学习使用单片机就是理解单片机硬件结构，以及内部资源的应用，在汇编或C语言中学会各种功能的初始化设置，以及实现各种功能的程序编制。

　　第一步：数字I/O的使用

　　使用按钮输入信号，发光二极管显示输出电平，就可以学习引脚的数字I/O功能，在按下某个按钮后，某发光二极管发亮，这就是数字威廉希尔官方网站 中组合逻辑的功能，虽然很简单，但是可以学习一般的单片机编程思想，例如，必须设置很多寄存器对引脚进行初始化处理，才能使引脚具备有数字输入和输出输出功能。每使用单片机的一个功能，就要对控制该功能的寄存器进行设置，这就是单片机编程的特点，千万不要怕麻烦，所有的单片机都是这样。

　　第二步：定时器的使用

　　学会定时器的使用，就可以用单片机实现时序威廉希尔官方网站 ，时序威廉希尔官方网站 的功能是强大的，在工业、家用电气设备的控制中有很多应用，例如，可以用单片机实现一个具有一个按钮的楼道灯开关，该开关在按钮按下一次后，灯亮3分钟后自动灭，当按钮连续按下两次后，灯常亮不灭，当按钮按下时间超过2s，则灯灭。数字集成威廉希尔官方网站 可以实现时序威廉希尔官方网站 ，可编程逻辑器件（PLD）可以实现时序威廉希尔官方网站 ，可编程控制器（PLC）也可以实现时序威廉希尔官方网站 ，但是只有单片机实现起来最简单，成本最低。定时器的使用是非常重要的，逻辑加时间控制是单片机使用的基础。

　　第三步：中断

　　单片机的特点是一段程序反复执行，程序中的每个指令的执行都需要一定的执行时间，如果程序没有执行到某指令，则该指令的动作就不会发生，这样就会耽误很多快速发生的事情，例如，按钮按下时的下降沿。要使单片机在程序正常运行过程中，对快速动作做出反应，就必须使用单片机的中断功能，该功能就是在快速动作发生后，单片机中断正常运行的程序，处理快速发生的动作，处理完成后，在返回执行正常的程序。中断功能使用中的困难是需要精确地知道什么时候不允许中断发生（屏蔽中断）、什么时候允许中断发生（开中断），需要设置哪些寄存器才能使某种中断起作用，中断开始时，程序应该干什么，中断完成后，程序应该干什么等等 。

　　中断学会后，就可以编制更复杂结构的程序，这样的程序可以干着一件事，监视着一件事，一旦监视的事情发生，就中断正在干的事情，处理监视的事情，当然也可以监视多个事情，形象的比喻，中断功能使单片机具有吃着碗里的，看着锅里的功能。 以上三步学会，就相当于降龙十八掌武功，会了三掌了，可以勉强护身。

　　第四步：与PC机进行RS232通信

　　单片机都有USART接口，特别是MSP430系列中很多型号，都具有两个USART接口。USART接口不能直接与PC机的RS232接口连接，它们之间的逻辑电平不同，需要使用一个MAX3232芯片进行电平转换。

　　USART接口的使用是非常重要的，通过该接口，可以使单片机与PC机之间交换信息，虽然RS232通信并不先进，但是对于接口的学习是非常重要的。正确使用USART接口，需要学习通信协议，PC机的RS232接口编程等等知识。试想，单片机实验板上的数据显示在PC机监视器上，而PC机的键盘信号可以在单片机实验板上得到显示，将是多么有意思的事情啊！

　　第五步：学会A/D转换

　　MAP430单片机带有多通道12位A/D转换器，通过这些A/D转换器可以使单片机操作模拟量，显示和检测电压、电流等信号。学习时注意模拟地与数字地、参考电压、采样时间，转换速率，转换误差等概念。使用A/D转换功能的简单的例子是设计一个电压表。

　　第六步：学会PCI、I2C接口和液晶显示器接口

　　这些接口的使用可以使单片机更容易连接外部设备，在扩展单片机功能方面非常重要。

　　第七步：学会比较、捕捉、PWM功能

　　这些功能可以使单片机能够控制电机，检测转速信号，实现电机调速器等控制起功能。

　　如果以上七步都学会，就可以设计一般的应用系统，相当于学会十招降龙十八掌，可以出手攻击了。

　　第八步：学习USB接口、TCP/IP接口、各种工业总线的硬件与软件设计

　　学习USB接口、TCP/IP接口、各种工业总线的硬件与软件设计是非常重要的，因为这是当前产品开发的发展方向。

　　三、电子威廉希尔官方网站 设计之C51单片机常见问题

　　笔者在工作中实际使用过AT89C2051、AT89C51、AT89C52等51单片机，后来应用***新茂、华邦等厂家的51单片机。实践中遇到许多问题，都是书本上没有的。我印象中，书本上的知识只有一页插图了，就是cpu的时序图。最初直接用汇编写程序，然后是C51嵌套汇编。编译器曾用伟福系列编译器，后来使用keil等，感觉这些编译器大同小异。需要熟练的C语言基础，加上单片机应用的特殊性。

　　本文就51单片机应用中一些常见问题作个总结，这都是我实际碰到过的，因为文章篇幅所限，这些问题远远不足以表达单片机的常见问题。希望对初学者有所帮助，文中不完善的地方务请指点。谢谢！

　　1：C51编译器如何区分位地址和字节地址

　　是靠预定义实现的，比如：sfr P0 = 0x80; sbit P0_0 = 0x80;前者声明了P0端口地址位于0x80，后者说明了P0端口的bit0，即P0.0位于位地址空间0x80处。这2个0x80具有完全不同的含义，靠关键字sfr和sbit来区别。这样当程序被编译时，编译器会依此编译成相应的汇编语言。例如：

　　C51语句： P0 = 1;

　　P0声明为sfr，因此编译成：mov 80h，01h，将把0x01数据送入0x80单元，由于0x80单元物理上对应P0端口，因此，P0.0脚将输出高电平（其实是呈现高阻态，P0口独有的），其他.1-.7脚输出低电平。

　　C51语句： P0_0 = 1;

　　P0_0声明为sbit，因此编译成：setb 80h，这将把位地址空间的0x80地址的bit的值置1。这个位正是P0口的bit0，执行后，P0.0将输出高阻态。而P0.1-.7不会变化。

　　2：C51为什么要嵌套汇编

　　51单片机一个显著优点就是指令执行时间固定，因此可以适应时序要求严格的场合。例如符合ISO7816协议的cpu卡的读写，对时序要求比较严格。其实就是用io脚做出来的同步半双工串口。支持cpu卡的程序一般比较庞大，需要用c51来组织，但是由于c编译的不确定性，必须把底层程序封装成汇编语言模块嵌入到工程中。这就带来几个问题：如何声明函数、参数如何传递等。限于篇幅，不能说得很细。下面举例：

　　汇编程序单独保存一个文件，加入到工程中，函数如下：

　　_proc_a：

　　mov a， r7

　　inc a

　　mov r7， a

　　ret

　　用c语言在.h文件中声明： extern unsigned char proc_a（unsigned char val）;

　　调用时形如： retvalue = proc_a（0x11）;

　　说明：

　　a：汇编程序如果带参数，则需要在汇编程序前多加一个下划线。而声明它的地方不用加（伟福编译器这么要求的）。

　　b：函数的形参中第一参数用R7传递，函数返回值用R7返回，这是C51的通用规范。其他参数都有相应规定。函数可以返回一个位，用psw的c位返回。

　　c：上面的语句，执行顺序是把0x11给R7，然后跳转子程序，子程序将它加1后送回。

　　d：函数跳转到汇编程序时，本区的R0-R7，A，B，PSW，DPTR等寄存器可以供子程序使用，不必考虑调用后是否要恢复这些常规资源。上例中，A的值被函数使用了，编程者不必恢复调用前的值。

　　3：51单片机的P0口特殊之处

　　许多新手都碰到这个问题，其实很简单，这涉及到芯片的io脚是怎么做出来的。这对硬件工程师来说十分重要。TTL的io脚模型：

　　

　　P1，P2，P3口都可以理解成左图，注意vcc下面有个电阻，因此可以理解成：引脚输出1的能力弱。地那边没有电阻，可以理解成引脚吸入电流能力强。而P0口，可以理解成右图。这就是集电极开路输出，也叫OC输出。可以看出，当CTR=1时，三极管导通，引脚被接地;当ctr=0时，三极管截止，引脚浮空，也叫三态。这个端口这么做的目的是考虑P0口肩负读写数据和地址复用，这个关系要仔细看懂cpu时序图。因此，P0口要加合适的上拉电阻，绝不要加下拉电阻。上拉电阻的选择要看外部负载情况。

　　4：P1-3口如何输入输出

　　从上节的左图可以看出。做输出时，ctr=1则输出强信号0，ctr=0则输出弱信号1。当io脚做输入时，应使ctr=0，这样三极管截止。外部信号如果是1，则上拉电阻加强了这个1，单片机就会读到1。当外部信号为0时，注意，必须将上拉电阻的上拉作用全部抵消，才能在引脚上得到0。

　　因此，对于程序来说，把io脚置1就处于接收状态，当然也是输出1状态。程序置io口为1，读取的信号是不是1就依靠外部威廉希尔官方网站 了，如果外部威廉希尔官方网站 没有“吃掉”上拉电阻的电流，则读取得到1，反之，虽然程序置io脚为1，但是读取得到的就是0。

　　因此，如果用io脚的高电平驱动外部威廉希尔官方网站 时，要小心外部威廉希尔官方网站 把这个1“吃掉”从而输出不了1。而作为输入时，为0电平的外设必须足够有能力将io脚拉低。所以，用io脚直接点亮led的时候，最好用反逻辑，就是输出0，让led亮。这样能保证驱动能力。就是io脚接led的负端，led的正端过电阻接vcc。

　　因此，io脚输出1时，外部威廉希尔官方网站 将它强行接地是没有关系的，而io脚输出0的时候，外部威廉希尔官方网站 强行接电源就会把io脚损坏。所以，程序加电之后，一般把所有io口都写成1：MOV P0，0FFH。

　　P3口引脚复用，必须引脚都处于输出1状态。例如，把RXD脚输出0，则它什么数据都读不进来了，笔者早期曾调试一整天才发现串口收不到数据是没有把RXD置1的原因，把时间都浪费在外围了，当时很是汗颜。

　　5：有关晶振

　　单片机的晶振在内部可以简化成一个反向器。当晶振输入脚XI刚过坎压、被认为是1的一瞬间，输出脚XO就输出0，这个0会带动晶振使XI电压下降，当降低到坎压被认为是0的一瞬间，输出脚XO就输出1。这样周而复始。

　　因此，用示波器观察正常工作的晶振输入脚XI时，得到的是一个不高不低的近似水平线。而XO则是幅值很大的正弦波。测量晶振输入脚XI时，示波器表笔要打在X10档上，否则，表笔就能把晶振弄停。

　　因此布线时，晶振输入脚XI要尽量靠近晶振，而XO脚可稍远。同时XO具有一定的驱动能力，某些芯片可以用它驱动其它时序威廉希尔官方网站 （不推荐这么做，因为系统可靠性下降）。

　　写到这里，才发觉51单片机的问题太多了，这篇文字简直就是沧海一粟。以后再补充吧，另行成文。

　　四、单片机经验之谈

　　一、前言

　　很多单片机初学者在与我交流的时候总是的一句话是我现在是单片机初学者，我怎样才能更快的学好单片机，学习单片机有市场不，对于这个问题现在就我自己如何学单片机，如何入门，如何熟练，整个过程谈谈自己的想法。先说说单片机，现在用的比较多的的MCS-51的单片机（但是考虑到成本及引脚资源在实际开发中用的单片机型号不一），它的学习资料非常多，且学习成本非常低，如果你听说企业里用的是什么什么芯片，但是不知道，你问过没有，那个仿真器需要多少钱，51单片机对于智能控制入门来说是非常好的，一线下载程序，ARM太神秘，PLC太高贵，想来想去还是51。那怎样才能更快更好的学好单片机呢？单片机这门课是一项非常重视动手实践的科目，而且单片机也是一门集计算机编程与电子技术为一身的学科，如果你是单片机高手，那么说明你也是计算机编程和电子技术高手。

　　二、学习单片机时候一定要看书

　　不能总是看书，但是学习它首先必须得看书，那这不很矛盾。因为从书中你需要大概了解单片机各个功能寄存器（比如引脚控制寄存器、定时、中断、串口相关寄存器），控制单片机的核心是用程序去控制单片机的各个功能寄存器，给寄存器赋值二进制数据0或者1，这样一来对于引脚寄存器单片机可以根据二进制数据0和1输出高低电平控制外部设备，对于内部资源寄存器，单片机也通过二进制数据0和1使用单片机内部的功能。比如单片机引脚寄存器P1，语句P1=0xfe;（MOV P1，#0FEH）。说明现在控制单片机P1口的第一个引脚输出低电平，其他引脚输出高电平。比如中断中断允许寄存器IE，语句IE=0x81;（MOV IE，#81H） 则说明控制中断打开总开关和外部中断0的子开关。至于看书，只需大概了解单片机各管脚、各个特殊功能寄存器都是干什么的？能实现什么样的功能？这个非常重要，这也许是看书的最主要的目的。第一次，第二次你可能看不明白，但这不要紧，因为还缺少实际的感观认识。通过接下来的实验就可以非常感观的认识，在这个过程一定要花时间，学习程序不能硬背，但是学习寄存器一定要下功夫，理解他的功能所在。推荐一本书，就这一本就足够了，书名是《例说8051》有汇编语言和C语言版本的，非常强悍的一本书，但是我用一个五一放假的时间看完了这本书，看完后，觉得自己已经是单片机高手了。书中图文并茂，内容安排紧张有序，并非市面上很多说教的技术文档式的书，什么学完概念，学指令，学完指令学接口，学完接口才知道，原来学习单片机是学天书。根据书本的安排循序渐进的看完前两章，然后一定是实践，一定是实践啊，这是非常关键的一步，在战场上上纸上谈兵的列子很多，在学习单片机也一样，很多相关专业的研究生甚至博士生直到毕业都不清楚单片机的IO口的分布，不知道分布谈何说开发呢？更有一些所谓的单片机高手只停留在编程，以为了买了一块高级学习板，练习完了里面所有的程序，感觉自己排第二没人敢拍第一，觉得下一步不知道如何学习单片机了。殊不知，他们中的很多人到最后单片机LED的电阻加多大都不清楚更不用说单片机的引脚分布，你说，如果这样去开发那不是“草菅人命”啊。不是纸上谈兵是什么啊。

　　三、学习单片机准备什么所以啊？

　　学习单片机看书不够，实践也要从实际出发，现在的技术太模块了，什么都可以模块，模块的到最后，技术人员都成了只会用了，祖先的留下的知识，基础的知识该知道还是一定要知道的啊。 毕竟学习单片机的最终目的是开发，是通过创造智能控制的实物，体现自己的价值。关于实践有两种方法可以选择一种方法：购买一块51单片机的实验板，不要求功能太的，对于初学者来功能非常多的那种板子，上面有很多东西你这辈子都用不着，更有实验板为了增加功能，降低成本，实验板上到处用的是贴片元件，双面布线，越复杂就越有水平，好像他们在设计的时候就想着，学习单片机只要根据我的提示下载程序就可以了，更有甚者将下载器和集成了实验板上。很多初学者学完单片机还认为，原来单片机不是一块芯片，是老教材上经常提到的使用已经不到的单板机。我觉得初学单片机有这几个模块就够了，剩下的得自己去开发。流水灯、数码管、键盘、蜂鸣器、串口通讯、AD等这就差不多了。如果上面我提到的这些，你能熟练应用，那可以说对于单片机方面的硬件你已经入门了，剩下的就是自己练习设计威廉希尔官方网站 ，不断的积累经验。设计的威廉希尔官方网站 的时候必须要学习下PCB板设计软件，毕竟现在做开发要产品批量化还得电脑辅助设计啊，手工的效率太低了。但是在学习的过程中建议自己动手焊接。在焊接前一定要了解威廉希尔官方网站 连接，网上随便搜索可以找到很多威廉希尔官方网站 原理图，但是都不一定都能用，所以建议备一块面包板，有了它你在焊接威廉希尔官方网站 前就可以先测试下了。如果在面包板上测试成功，后来的焊接你就志在必得了，如果失败，大不了重新再找一个。只要过了第一关，后面的路就好走，万事起步难。方法二：你身边如果有单片机入门者，动手能力比较强，请他帮忙，搭个简单的单片机最下威廉希尔官方网站 ，哪怕是控制一个LED工作的威廉希尔官方网站 。对于他们来说，做个单片机的最小系统板是轻而易举，而对于初学者可就难多，这中间的一层窗户纸破了就什么都简单了。因为只有对硬件了解了，才能熟练运用。只有知道程序是和下载到单片机内部的，才会清楚为什么要写单片机程序，这个动力来自于哪里，来至于心里有底。单片机编程就是与单片机对话，如果不知道对方谁，有没有再听，你还会有说话的激情吗。当然了如果没有这样的人，还是那句话，在网上多找几个最小威廉希尔官方网站 威廉希尔官方网站 原理图，在面包板上焊接就可以了。当然了这个也不会的，那建议你一定要买一块实验板，以后单片机的学习实验及项目测试验都用的上。

　　四、如何迈入单片机开发世界

　　有了单片机实验板你就要多练习，最好是自己有台电脑，少下载几部电影，少网络游戏，把实验板和电脑连好，安装上必备的软件，下载参考程序，并修改参考程序，从最简单的交通灯实验做起，等你发现你能控制交通灯，并了解交通的软硬设计的时候你已经入门了，你会发现单片机是多么迷人的东西啊，这不是在学习知识，而是在提升自我的价值。用途那么广的交通的设计都不在话下了，你还会觉得你没有学到东西吗。还会觉得自己什么都不会吗？计算机编程、电子技术的专业知识都用上了啊。

　　当你编写的程序按你的意愿实现时，你比做什么事都开心，那种学习的收获感和成就感还有充实感是非常难得的。然后让数码管亮起来显示你所需要的数字。这两部分会了以后，你已经不能自拔了，你已经开始考虑你这辈子要走哪一行了。就这样学习，在写程序的时候你肯定会遇到很多问题，而这时你再去翻书找，这其中你会找你之前学过的编程的书，还有数电模电的书，你会发现原来之前学的知识还是有用的。遇到不懂再去找以前学过的书本查阅这才是 “温故而知新，可以为师矣”的大道理啊。

　　知识必须用于现实生活中，解决实际问题，用单片机设计个简易的家电定时器、红外遥控器什么，这样才能发挥它的作用，好好想想，上了这么多年大学，探索了那么久，犹豫徘徊，天天上课，在课堂上学到了什么？是不是为了期末60分的考试而忙碌，侥幸靠了90分，很高兴啊，在别人面前吹自己专业知识如何如何学习的好，殊不知，大学考试不像高中考试啊，那了奖学金又怎样。但是下学期开学回来一想，所学的知识已经忘记的一干二净。学到什么了？为什么要推荐学习单片机，因为单片机是工科生学的，集合计算机编程电子技术及多门控制语言为一体的学科，与其说学习是在学习单片机，不如说是在学习一个大学科。

　　五、学习单片机是汇编编程还是C语言编程 关于用汇编和C语言编程的问题。这个问题困恼很多人，可能主要是学校教学和部分教材的教育引导引起的吧，大一开了C语言编程，没等学生知道到底C语言有什么实际的用途，马上其他的语言一起来过来了。即使是开始了专门的单片机课程，但是课程的内容与技术文档很相识，指令很多，但是完整的不多，所以学完了也不知道，到底为什么要学习编程。很多同学大一就开设了C语言的课，我也上过，但是那时候就是天天几乘几，几加几啊，求个阶乘啊，用C语言去解决小学数学问题，每周两次上机，对着书本不停的敲打，下课了也不知道自己到底掌握了什么，掌握了这个有什么用途。学完了有什么用？如果在面试的时候，老板问，你学过编程吗，你脑子里马上是什么“C语言，VC什么VB。很多，什么C语言是基础是面向工程的，什么VC是高级面向对象的”，但是老板又问，你能将你所学习的C语言应用到实际中不，比如设计一个定时报警器的C语言。这下傻了，学校里没有学过啊。

　　单片机编程用C语言或汇编语言都可以，但是我建议用C语言比较好，模块化管理编程方便，移植性强，适合编写大程序。如果原来有C语言的基础那学起来会更好，如果没有，也可以边学单片机边学C语言。虽然很多人是从汇编语言开始接触单片机的，但是写小程序汇编语言还是简单的，如果要实现一些算法，那汇编语言就不简单了。虽说C语言编译以后代码量明显比汇编长，而且执行效率也没有汇编语言高，但是在以前单片机开发中芯片工艺的限制，及单片机主频的限制，很多单片机内部存储器小的可伶，主频也小得可伶。但是现在不一样了，芯片内部的存储器根不不在乎这点差别。主频也越来越高。

　　那汇编语言是不是不学了呢？不是的，一定要学习，有两方面首先入门单片机的时候要用汇编语言，它的语法简单。第二如果你要做单片机的程序的高级设计师，那汇编语言是非掌握不可的，很多像高级单片机ARM都是汇编语言作为引导代码的，还有就是很多新出品的单片机起先也是先有汇编语言编译器之后才有C语言编译器。所以，我觉得对于单片机学习汇编语言入门，C语言精通，汇编语言再精通。最后，对于单片机的学习，入门为先，入门了以后就要去关注市场，关注企业，企业需要什么样的人才，我想有了基础以后在面试之前了解下企业所需要的单片机类型，很快就上手了，毕竟学习是相同的。