單(dan)片機(ji)硬件開發者的福音，滿滿都是干貨
時(shi)間：2018-07-12 來源(yuan)：未(wei)知
嵌入(ru)式可以說(shuo)是(shi)廣泛應用于(yu)我(wo)們的(de)(de)生(sheng)活中，從手機，mp3到航空(kong)航天這些(xie)都是(shi)嵌入(ru)式在(zai)發揮(hui)著重(zhong)要的(de)(de)作用，單(dan)片(pian)機也是(shi)屬(shu)于(yu)嵌入(ru)式的(de)(de)范(fan)疇，那(nei)么(me)問題來(lai)了單(dan)片(pian)機硬件開(kai)(kai)發需要學(xue)習什么(me)，從何學(xue)習，在(zai)這里小編通過(guo)咨詢單(dan)片(pian)機硬件方面的(de)(de)專家，來(lai)總(zong)結整理出了單(dan)片(pian)機硬件開(kai)(kai)發的(de)(de)學(xue)習點及(ji)一些(xie)主流的(de)(de)單(dan)片(pian)機透徹的(de)(de)介紹。
剛開始我們就先來看看單片機硬件開發七大主流單片機讓你最(zui)為詳細(xi)的了(le)解(jie)：
STM32單片(pian)機(ji)
我看到我的(de)qq上，很(hen)多人(ren)都在學習(xi)STM32單(dan)片機(ji)，可見STM32單(dan)片機(ji)現在還是硬(ying)件開發中(zhong)比較主流的(de)，要從這些地方真正了解他們
由ST廠商推(tui)出的STM32系列(lie)單(dan)片機(ji)，行業的朋友都知道，這(zhe)是一款性價比超高(gao)的系列(lie)單(dan)片機(ji)，應該(gai)沒有之一，功(gong)能及其強大。
STM32單(dan)片機的特性主要表現在
1.內核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，單(dan)周期乘法(fa)和硬(ying)件除法(fa)
2.存(cun)儲(chu)器：片上集成32-512KB的Flash存(cun)儲(chu)器。6-64KB的SRAM存(cun)儲(chu)器
3.調(diao)試模(mo)式：串行調(diao)試(SWD)和(he)JTAG接口。最多(duo)(duo)高達112個(ge)的快速I/O端口、最多(duo)(duo)多(duo)(duo)達11個(ge)定時器、最多(duo)(duo)多(duo)(duo)達13個(ge)通信(xin)接口
PIC單片機
PIC單(dan)片(pian)機系列是(shi)美國微(wei)芯(xin)公(gong)司(si)(Microship)的(de)產(chan)品(pin)，共(gong)分三(san)個級別,即(ji)基(ji)本級、中級、高級，是(shi)當前市場份額增長最快的(de)單(dan)片(pian)機之一，CPU采用RISC結構,分別有33、35、58條(tiao)指(zhi)令(ling),屬精簡(jian)指(zhi)令(ling)集。PIC單(dan)片(pian)機
1.具(ju)有低工作(zuo)電壓、低功(gong)耗、驅動能(neng)力強等特(te)點。
2.當(dang)置(zhi)位1時(shi)為(wei)輸(shu)入(ru)狀(zhuang)(zhuang)態(tai),且不(bu)管(guan)該腳呈高(gao)電平(ping)或(huo)低(di)電平(ping),對外均呈高(gao)阻狀(zhuang)(zhuang)態(tai);置(zhi)位0時(shi)為(wei)輸(shu)出狀(zhuang)(zhuang)態(tai),不(bu)管(guan)該腳為(wei)何種電平(ping),均呈低(di)阻狀(zhuang)(zhuang)態(tai),有相當(dang)的(de)驅動能力,低(di)電平(ping)吸入(ru)電流達25mA,高(gao)電平(ping)輸(shu)出電流可達20mA。相對于(yu)51系列而言,這是一個很大的(de)優點
3.它(ta)可以直接驅動數(shu)碼(ma)管顯示且外電路(lu)簡(jian)單。它(ta)的(de)A/D為10位,能滿足(zu)精(jing)度要求。具有在線調試及編程(ISP)功能。
51單片機
51單(dan)片機之所以成(cheng)為經(jing)典，成(cheng)為易上手(shou)的單(dan)片機主要(yao)有以下特點：
1.從內(nei)部的硬件到軟件有一套完整(zheng)的按位(wei)(wei)操作系統，稱作位(wei)(wei)處(chu)(chu)理器，處(chu)(chu)理對(dui)象不是字或字節而是位(wei)(wei)。不但能(neng)對(dui)片內(nei)某(mou)些特殊功能(neng)寄存器的某(mou)位(wei)(wei)進行(xing)(xing)處(chu)(chu)理，如傳送、置位(wei)(wei)、清零、測試等，還(huan)能(neng)進行(xing)(xing)位(wei)(wei)的邏(luo)輯運算，其(qi)功能(neng)十分完備，使用起(qi)來得心(xin)應手。
2. 同時在片內RAM區(qu)間(jian)還特別開辟了(le)一個雙重功能的(de)地址區(qu)間(jian)，使(shi)用極(ji)為(wei)靈活(huo)，這(zhe)一功能無(wu)疑給使(shi)用者提供了(le)極(ji)大的(de)方(fang)便，
3. 乘法和除法指令，這給(gei)編程也帶來了便利。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作(zuo)乘法時還得(de)編上一段(duan)子程序調用，十(shi)分不便。
51單片機還是(shi)現在最常用的(de)，一般新手學習之(zhi)前(qian)都(dou)要用到這個(ge)。
STC單片機
說(shuo)(shuo)到STC單(dan)片(pian)(pian)機有人會(hui)說(shuo)(shuo)到，STC也能(neng)算(suan)主流，估(gu)計要被噴(pen)了~~我們基于它是(shi)國內還算(suan)是(shi)比較不錯的(de)單(dan)片(pian)(pian)機來說(shuo)(shuo)。
STC單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)是宏晶生產的(de)單(dan)(dan)(dan)時鐘/機(ji)器周期的(de)單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)，說白了STC單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)是51與AVR的(de)結(jie)合體，有人說AVR是51的(de)替代單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)，但是AVR單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)在(zai)位控(kong)制和C語言寫法上存在(zai)很大(da)的(de)差(cha)異。特性(xing)：
1.下載燒錄程(cheng)序用串口方便好(hao)用，容(rong)易上手(shou)，擁有大量的(de)學習資料及(ji)視(shi)頻(pin)，最著名的(de)要屬于杜(du)老師的(de)那(nei)個視(shi)頻(pin)了，好(hao)多對單片(pian)機有興趣的(de)朋友都是通過這(zhe)個視(shi)頻(pin)入門的(de)，同時具有寬電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V, 低(di)功(gong)耗設計：空(kong)閑模式，掉電模式(可由外部中斷喚醒(xing))
2.STC單片機具(ju)有在(zai)應用編程(cheng)，調試起來比較(jiao)方便(bian);帶有10位AD、內部EEPROM、可在(zai)1T/機器周(zhou)期下工作，速度(du)是(shi)傳統51單片機的8~12倍，價格也較(jiao)便(bian)宜
3.4 通道捕獲(huo)/比較單元(yuan)，STC12C2052AD系列為2通道，也可用來再實(shi)現(xian)4個定時(shi)器或4個外部中斷，2個硬(ying)件16位定時(shi)器，兼容普(pu)通8051的定時(shi)器...
AVR單片(pian)機
AVR單(dan)(dan)片機是Atmel公司推出的(de)較(jiao)為新穎的(de)單(dan)(dan)片機,其顯(xian)著的(de)特點為高性能、高速度(du)、低功(gong)耗(hao)。它取(qu)消機器周期,以時(shi)鐘周期為指令周期,實行流水(shui)作(zuo)業。
AVR單片機指(zhi)(zhi)(zhi)令以字為單位,且(qie)大部分指(zhi)(zhi)(zhi)令都為單周期(qi)指(zhi)(zhi)(zhi)令。而單周期(qi)既可執行本指(zhi)(zhi)(zhi)令功能,同(tong)時完成下一(yi)條指(zhi)(zhi)(zhi)令的讀取。
通常時鐘頻率用4～8MHz,故最(zui)短指令(ling)執行(xing)時間為250～125ns。AVR單(dan)片機能成為最(zui)近仍是(shi)比較火熱的單(dan)片機，主(zhu)要(yao)的特點(dian)：
1.AVR系列沒有類似累加(jia)器A的結(jie)構,它主要是通過(guo)R16～R31寄存器來實(shi)現A的功(gong)能。
2.AVR的(de)專用(yong)寄存(cun)器集中(zhong)在00～3F地址(zhi)區間,無需(xu)像PIC那樣得先進行選存(cun)儲體的(de)過程(cheng),使用(yong)起來比PIC方便。
3.AVR的I/O腳類似PIC,它也(ye)有(you)用來控(kong)制輸入(ru)或輸出的方向(xiang)寄存器,在輸出狀態(tai)下,高電平輸出的電流在10mA左右(you),低電平吸入(ru)電流20mA。這點雖不(bu)如PIC,但比51系列還是要優秀的…
那么重點(dian)來了(le)，單片機(ji)硬件工程師學習該從(cong)何開(kai)始?
單(dan)片機(ji):通常無操(cao)作系(xi)統，用于簡單(dan)的控制，如電梯，空調等。
arm:一個英國的芯(xin)片設計公(gong)司，但是不生產(chan)(chan)芯(xin)片。只賣知(zhi)識(shi)產(chan)(chan)權。
dsp:用(yong)于(yu)復雜的(de)計算，像離散(san)余(yu)弦變換(huan)、快速傅里(li)葉變換(huan)，常(chang)用(yong)于(yu)圖(tu)像處理，在數碼相機等設(she)備中使用(yong)。
fpga:現(xian)場可(ke)編程門(men)陣列，以(yi)硬件描述語言(Verilog 或 VHDL)所(suo)完成的(de)電(dian)路設(she)計，可(ke)以(yi)經過(guo)簡單(dan)的(de)綜合(he)與布局，快速的(de)燒錄至 FPGA 上進行測試，是現(xian)代 IC 設(she)計驗證的(de)技術主流。
嵌(qian)入式(shi) 是相(xiang)對于臺(tai)式(shi)電(dian)腦而言，系(xi)統(tong)可裁剪，形態各異(yi)，可能(neng)體積、功耗、成本(ben)受限、實時性要求高，如示波器，手機(ji)，平板電(dian)腦，全自(zi)動洗衣機(ji)，路由(you)器、數碼相(xiang)機(ji)，這些設備中，雖然看不到臺(tai)式(shi)機(ji)的存在，但是都有(you)一個或多個嵌(qian)入式(shi)系(xi)統(tong)在工作。
根(gen)據(ju)對象體(ti)系(xi)的(de)(de)功能復雜(za)性和(he)計算(suan)處(chu)理(li)復雜(za)性，提供的(de)(de)不(bu)同選擇。對于(yu)(yu)簡單的(de)(de)家電控制嵌入式(shi)(shi)系(xi)統(tong)，采用(yong)簡單的(de)(de)8位(wei)單片(pian)機就(jiu)(jiu)足夠(gou)了(le)，價廉(lian)物美，對于(yu)(yu)手機和(he)游戲機等，就(jiu)(jiu)必(bi)須(xu)采用(yong)32位(wei)的(de)(de)ARM和(he)DSP等芯片(pian)了(le)。FPGA是(shi)一種更偏向(xiang)硬件的(de)(de)實現方式(shi)(shi)。
所以如果想要學習(xi)單(dan)片機(ji)硬件工(gong)程(cheng)師那么就要從單(dan)片機(ji)的arm和dsp，fpga這些方(fang)面來入(ru)手(shou)，這樣對你硬件學習(xi)是十分有用(yong)的。
我(wo)們就(jiu)從(cong)(cong)一個(ge)方面來詳細說(shuo)一下， 那(nei)就(jiu)從(cong)(cong)arm學習來說(shuo)：
在(zai)我們身邊(bian)的(de)(de)(de)(de)很(hen)多ARM初學者，剛開始就(jiu)(jiu)抱著很(hen)多有(you)(you)關(guan)(guan)ARM體(ti)(ti)系(xi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)書(shu)籍(ji)開始苦讀，更有(you)(you)很(hen)多初學者，在(zai)很(hen)多具(ju)體(ti)(ti)內容上總是(shi)鉆牛角尖，花(hua)費了大量時間在(zai)ARM匯編指令上，雖然對(dui)(dui)一些ARM的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)概念會比較了解(jie)，但與真(zhen)正(zheng)的(de)(de)(de)(de)具(ju)體(ti)(ti)應用還(huan)是(shi)相(xiang)差很(hen)遠，有(you)(you)很(hen)多初學者有(you)(you)這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)會，在(zai)學完ARM體(ti)(ti)系(xi)結構(gou)之后(hou)，對(dui)(dui)ARM的(de)(de)(de)(de)應用還(huan)是(shi)無從下手(shou)，也正(zheng)因(yin)為這(zhe)個(ge)原因(yin)，很(hen)多人(ren)就(jiu)(jiu)放棄了ARM嵌入式開發的(de)(de)(de)(de)學習。當(dang)然也不是(shi)不主張看(kan)ARM體(ti)(ti)系(xi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)書(shu)籍(ji)，但關(guan)(guan)鍵在(zai)于(yu)怎么看(kan)、看(kan)到什(shen)么程度，根據相(xiang)關(guan)(guan)經驗來看(kan)，ARM初學者對(dui)(dui)于(yu)ARM體(ti)(ti)系(xi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)知識(shi)只需要(yao)做(zuo)到了解(jie)程度就(jiu)(jiu)可(ke)以(yi)(yi)了，對(dui)(dui)于(yu)ARM的(de)(de)(de)(de)匯編可(ke)以(yi)(yi)完全不用記憶(yi)，只需要(yao)看(kan)懂就(jiu)(jiu)可(ke)以(yi)(yi)，隨著初學者對(dui)(dui)ARM更深(shen)入地學習，有(you)(you)關(guan)(guan)ARM體(ti)(ti)系(xi)結構(gou)與匯編指令的(de)(de)(de)(de)知識(shi)以(yi)(yi)后(hou)可(ke)能(neng)會反復(fu)出現，遇到時可(ke)以(yi)(yi)再通過(guo)有(you)(you)針對(dui)(dui)性(xing)的(de)(de)(de)(de)看(kan)重點內容及(ji)相(xiang)關(guan)(guan)知識(shi)點，相(xiang)信會取得比較好的(de)(de)(de)(de)效果(guo)。
目前，流行的ARM軟件集成開發環境有ADS1.2、Keil uV3和IAR等。對于51單片機應用開發工程師來說，Keil開發環境應該應用得比較熟練，若采用Keil uV3進行ARM軟件開發，應該可以快速上手。但對于初學者來講，并不建議選擇Keil uV3進行ARM軟件開發，對于初學者應該明白和了解其原因：1、Keil uV3是第三方ARM軟件集成開發環境，目前支持的ARM芯片種類還不多，所帶的編譯器也并不完善;2、由于Keil uV3為了方便用戶的開發，提供了現成的ARM啟動文件，換句話說，它屏蔽了ARM開發中的一個重要內容——啟動代碼的編寫，而這一點對初學者來說應該是非常重要的內容。
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