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隨著物(wu)聯網與工(gong)業(ye)4.0的(de)(de)高速發(fa)展，單(dan)片(pian)機以其小體(ti)積(ji)、低(di)成(cheng)本、易操控的(de)(de)特性，在(zai)工(gong)業(ye)應用(yong)與智能(neng)控制領(ling)域越來(lai)越彰顯出其優勢(shi)，可以預見未來(lai)幾(ji)年單(dan)片(pian)機系(xi)統(tong)必(bi)將(jiang)得到越來(lai)越廣(guang)泛的(de)(de)應用(yong)，下面OFweek電(dian)子工(gong)程網就為大家帶來(lai)在(zai)單(dan)片(pian)機中(zhong)極具優勢(shi)的(de)(de)AVR單(dan)片(pian)機的(de)(de)入(ru)門教程。

單(dan)片(pian)(pian)機，全名(ming)單(dan)片(pian)(pian)機微控制器(qi)，單(dan)片(pian)(pian)微型(xing)計算機(Single-Chip Microcomputre)，也有人稱(cheng)之為嵌入(ru)式(shi)微控制器(qi)(Embedded Microcontroller)。由(you)單(dan)片(pian)(pian)機作為主(zhu)要的控制核心所構成的嵌入(ru)式(shi)系(xi)統(tong)稱(cheng)為單(dan)片(pian)(pian)機嵌入(ru)式(shi)系(xi)統(tong)，一般(ban)簡稱(cheng)為單(dan)片(pian)(pian)機系(xi)統(tong)。

一、單片(pian)嵌(qian)入(ru)式系統的結構(gou)

單(dan)片(pian)(pian)嵌入式系統一般包(bao)含硬件(jian)與(yu)軟件(jian)兩(liang)個部分(fen)，而硬件(jian)部分(fen)又分(fen)為(wei)(wei)單(dan)片(pian)(pian)為(wei)(wei)控(kong)制芯片(pian)(pian)(即單(dan)片(pian)(pian)機)和(he)外圍電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)，外圍電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)又分(fen)為(wei)(wei)基本系統電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)與(yu)接口電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)，接口電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)又分(fen)為(wei)(wei)前(qian)向(xiang)通道接口電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、后向(xiang)通道接口電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、交互通道接口電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)與(yu)數據通信(xin)接口電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)。

1、基本系統電路

基本系(xi)統(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)是指滿足單片機系(xi)統(tong)(tong)(tong)運行所需的基本電(dian)(dian)路(lu)(lu)。比(bi)如(ru)時鐘(zhong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)、復位(wei)電(dian)(dian)路(lu)(lu)、系(xi)統(tong)(tong)(tong)供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)路(lu)(lu)、驅動電(dian)(dian)路(lu)(lu)、擴展的存儲器等。

2、前向通道接(jie)口(kou)電路主要(yao)是輸入接(jie)口(kou)

 前(qian)向(xiang)通道(dao)接口(kou)(kou)電(dian)路主(zhu)要是輸(shu)入接口(kou)(kou)，通常是指各種物(wu)理(li)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)傳感器、變(bian)換(huan)(huan)器輸(shu)入通道(dao)。常見(jian)的有傳感器、信(xin)號調理(li)器、模/數轉換(huan)(huan)器ADC、開關輸(shu)入、頻率測量(liang)(liang)接口(kou)(kou)等。

3、后向通道接口電路主(zhu)要是輸出接口

后向通(tong)(tong)道(dao)接(jie)口電路主要是輸(shu)出(chu)接(jie)口，通(tong)(tong)常有(you)數/模轉換(huan)器DAC、開關量輸(shu)出(chu)、功率驅動接(jie)口、PWM輸(shu)出(chu)控制等。

4、人機交互(hu)接口

顧名思義，人(ren)機(ji)交互接(jie)口電路主要用(yong)于(yu)人(ren)機(ji)交互的電路。如(ru)鍵(jian)盤、撥動開(kai)關、LED發光二極(ji)管(guan)(guan)、數碼(ma)管(guan)(guan)、LCD液晶(jing)顯示器、打印(yin)機(ji)等多種輸(shu)入輸(shu)出(chu)接(jie)口。

5、數據通信接口電(dian)路

數據通信接(jie)口(kou)電路是滿足遠程數據通信或構成多(duo)機網(wang)絡應用(yong)系統的接(jie)口(kou)。如RS232、PSI、I2C、CAN總線、USB總線等(deng)通信接(jie)口(kou)電路。

6、單(dan)片嵌入(ru)式(shi)系(xi)統(tong)的軟(ruan)件

單片嵌(qian)(qian)入(ru)(ru)系統(tong)的(de)(de)軟(ruan)件則表示所(suo)有寫入(ru)(ru)單片機內的(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)。如(ru)果(guo)說(shuo)硬(ying)件電路(lu)是(shi)單片嵌(qian)(qian)入(ru)(ru)式系統(tong)的(de)(de)身體，那(nei)么單片機就是(shi)大腦，外(wai)圍電路(lu)則是(shi)身體與四肢，而軟(ruan)件則是(shi)靈魂(hun)或者說(shuo)思維。在(zai)整個單片嵌(qian)(qian)入(ru)(ru)式系統(tong)中，程(cheng)(cheng)序(xu)決(jue)定了(le)系統(tong)的(de)(de)功(gong)能(neng)，所(suo)有的(de)(de)硬(ying)件電路(lu)都(dou)是(shi)通過程(cheng)(cheng)序(xu)的(de)(de)支配來完(wan)成相對應的(de)(de)功(gong)能(neng)。

相較于(yu)應(ying)用層的(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)，單片(pian)嵌入(ru)式(shi)(shi)程(cheng)(cheng)序(xu)的(de)(de)(de)大不(bu)(bu)同在(zai)于(yu)其更加面向底層。單片(pian)嵌入(ru)式(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)更多的(de)(de)(de)在(zai)于(yu)直接驅(qu)動硬(ying)件電路(lu)而非面向用戶。所以單片(pian)嵌入(ru)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)軟(ruan)程(cheng)(cheng)序(xu)發與(yu)應(ying)用程(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)發還是有(you)很大的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，單片(pian)嵌入(ru)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)發要求開(kai)發者對系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)硬(ying)件電路(lu)有(you)很清晰(xi)的(de)(de)(de)了解(jie)，一個不(bu)(bu)了解(jie)硬(ying)件電路(lu)的(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)員是無法做(zuo)好嵌入(ru)式(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)發的(de)(de)(de)。實(shi)際上在(zai)大多數時候(hou)單片(pian)嵌入(ru)式(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)硬(ying)件開(kai)發與(yu)軟(ruan)件開(kai)發是不(bu)(bu)區分(fen)的(de)(de)(de)，一個嵌入(ru)式(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)開(kai)發人員通常對軟(ruan)件與(yu)硬(ying)件都有(you)很深的(de)(de)(de)了解(jie)。

二、單片嵌入(ru)式系統(tong)的應用領域

單(dan)片(pian)嵌入式(shi)系統在現代工(gong)(gong)業領域被(bei)(bei)廣泛的(de)應用(yong)，甚至(zhi)可以說無處不(bu)在，在導彈(dan)導航、飛機飛控(kong)(kong)、計(ji)算(suan)機網絡(luo)、工(gong)(gong)業自動化等各(ge)個(ge)領域都可以看到它的(de)身影(ying)。它被(bei)(bei)廣泛應用(yong)的(de)主要原因(yin)在于(yu)單(dan)片(pian)機的(de)芯(xin)片(pian)的(de)體積極小、成(cheng)本相對極低(di)以及面(mian)向對象的(de)控(kong)(kong)制方(fang)式(shi)極易操(cao)控(kong)(kong)，使得單(dan)片(pian)嵌入式(shi)系統在工(gong)(gong)業應用(yong)中有(you)極大的(de)成(cheng)本、設計(ji)、與可操(cao)作(zuo)優勢。

具體來說，單片(pian)機主要在以下幾個方向(xiang)應(ying)用比較廣泛：

1、智(zhi)能(neng)家居。隨(sui)著物聯網的(de)快速發展，家電(dian)越來越向智(zhi)能(neng)化方(fang)向發展，而在冰箱空(kong)調洗(xi)衣(yi)機這些家用電(dian)器中導(dao)入(ru)單(dan)片嵌入(ru)式(shi)系統，能(neng)夠(gou)很好的(de)實現溫度自動控制(zhi)、智(zhi)能(neng)調節(jie)等智(zhi)能(neng)化運行(xing)。

2、智(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)。從工業(ye)4.0提出(chu)以(yi)來，智(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)越來越成為制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)也的(de)發張方向(xiang)，也在(zai)大力推進制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)的(de)自動化(hua)進程。而傳(chuan)統的(de)機械(xie)設備(bei)導入(ru)單片嵌(qian)入(ru)式系統可(ke)以(yi)很方便的(de)實現產(chan)品結構的(de)簡化(hua)與智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)控制(zhi)(zhi)(zhi)，可(ke)以(yi)預測，單片嵌(qian)入(ru)式系統將在(zai)工業(ye)4.0中發揮重要作用。

3、智能(neng)儀器(qi)儀表(biao)。單(dan)片(pian)嵌入(ru)(ru)式系統(tong)在儀器(qi)儀表(biao)方(fang)面的(de)應(ying)用主要體現在儀器(qi)儀表(biao)的(de)智能(neng)化(hua)與數字(zi)化(hua)當中。單(dan)片(pian)嵌入(ru)(ru)式系統(tong)的(de)應(ying)用可以實(shi)現儀器(qi)儀表(biao)測(ce)量、處理、控制功(gong)能(neng)的(de)一體化(hua)，賦予(yu)傳統(tong)儀器(qi)儀表(biao)以全新(xin)的(de)面貌。