微控制器的使用已滲透入生活各方面，為增進(jìn)大家對微控制器的了解,，本文將對微控制器、微控制器應(yīng)用予以介紹,。

    國際上微處理器根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域不同分為三類：一是通用高性能微處理器,，二是嵌入式微處理器，三是微控制器,。通用微處理器追求高性能,，主要用于工作站和高性能個人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式處理器主要用于運(yùn)行面向特定領(lǐng)域的專用程序,，配備輕量級操作系統(tǒng),。它的應(yīng)用極其廣泛，像手機(jī),、VCD,、機(jī)頂盒都是應(yīng)用這類處理器。微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī),。微控制器主要用于汽車空調(diào),、自動機(jī)械等領(lǐng)域的自控設(shè)備,。

    微控制器以其體積小、功耗低,、使用方便等特點(diǎn),，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、民用的嵌入式系統(tǒng)中,。

    微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    一,、什么是微控制器?

    一個微處理器就是一個計(jì)算機(jī)。所有的計(jì)算機(jī)——無論我們所說的個人臺式計(jì)算機(jī)或是一臺大型計(jì)算機(jī)或是一個微控制器——都有很多共同點(diǎn)：

    所有的計(jì)算機(jī)都有一個用來執(zhí)行程序的CPU(中央處理單元),。如果你正坐在一臺臺式計(jì)算機(jī)前閱讀這篇文章,，這臺計(jì)算機(jī)的CPU現(xiàn)在正在執(zhí)行一個程序，這個程序就是用于顯示這個網(wǎng)頁的Web瀏覽器,。

    CPU從某個設(shè)備中加載程序,。在你的臺式計(jì)算機(jī)上，瀏覽器程序是從硬盤中載入的,。

    計(jì)算機(jī)具有一些用來存儲“變量”的RAM(隨機(jī)存取存儲器),。

    此外，計(jì)算機(jī)還有一些輸入和輸出的設(shè)備,，這樣它才能和用戶交換信息,。在你的臺式計(jì)算機(jī)上，鍵盤和鼠標(biāo)是輸入設(shè)備,，顯示器和打印機(jī)是輸出設(shè)備,。硬盤則是一個輸入輸出設(shè)備——它既可以輸入又可以輸出。

    你正在使用的臺式機(jī)是一種“通用計(jì)算機(jī)”,，它可以運(yùn)行數(shù)以千計(jì)的各類程序,。而微控制器則是用作特殊用途的“專用計(jì)算機(jī)”。它專注于做一件事,。 微控制器還有許多共同的特點(diǎn),。如果一個計(jì)算機(jī)具備了以下大部分的特征，那么你就可以稱之為“微控制器”：

    微控制器都“嵌入”在其他裝置(通常是一個消費(fèi)類產(chǎn)品)內(nèi)部來控制該產(chǎn)品的功能和操作,。 因此,，微控制器又被稱為“嵌入式控制器”。

    微控制器運(yùn)行一個特定的程序來完成一項(xiàng)專門的工作,。該程序存儲在ROM(只讀存儲器)中,，一般不會被修改。

    微控制器通常是低能耗的裝置,。 臺式計(jì)算機(jī)的電源插頭幾乎始終插在墻壁插座中,，其功率約為50瓦。電池供電的微控制器的功率大概為0.05瓦。

    微控制器有一個專用輸入設(shè)備,，通常(但并不總是)還有一個用作輸出的發(fā)光二極管或液晶顯示屏,。微控制器也從它所控制的裝置獲取輸入信號，并通過向設(shè)備中的不同部分發(fā)送信號來控制該設(shè)備,。

    例如,，電視機(jī)中的微控制器從遙控器得到輸入信號，然后在屏幕上顯示出來,。微控制器會控制頻道選擇器,、揚(yáng)聲器和一些如色彩、亮度等顯像管的電子調(diào)節(jié),。汽車中的發(fā)動機(jī)控制器從氧氣和爆震等傳感器中得到輸入信號,，對燃料混合以及火花塞定時等進(jìn)行控制。微波爐控制器從操作鍵盤獲得輸入信號,，在液晶顯示屏上顯示輸出,，并控制負(fù)責(zé)微波發(fā)生器開關(guān)的繼電器。

    微控制器通常具有小巧,、低成本的特點(diǎn),。 對各個元件的選擇都秉持使體積最小化、使成本最低化的原則,。

    微控制器的結(jié)構(gòu)框圖

    微控制器通常都很耐用,，但也并不總是這樣。

    例如,，控制轎車發(fā)動機(jī)的微控制器必須能夠在一般計(jì)算機(jī)無法承受的溫度極限下工作,。美國阿拉斯加的汽車的微控制器就需要工作在零下34攝氏度的寒冷天氣里，而同樣的控制器在美國內(nèi)華達(dá)州則需要工作在零上49攝氏度的炎熱環(huán)境中,。再加上發(fā)動機(jī)運(yùn)行發(fā)出的熱量,，發(fā)動機(jī)箱的溫度可高達(dá)零上65-80攝氏度。

    而錄像機(jī)內(nèi)部使用的嵌入式微控制器則沒有這么苛刻的要求,。

    實(shí)際上,，用作微控制器的處理器多種多樣。 例如,，數(shù)字手機(jī)工作原理一文中的移動電話就包含一個Z-80處理器。Z-80處理器是一個8位微處理器,，它誕生于二十世紀(jì)七十年代,，最初用于當(dāng)時的家用計(jì)算機(jī)中。GPS接收機(jī)工作原理中的Garmin全球定位系統(tǒng),，包含一個低功耗版的Intel 80386處理器,，據(jù)說是這樣。Intel 80386處理器最初是專為臺式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。

    在許多產(chǎn)品中,，例如微波爐,，對于微控制器性能的要求很低，價格是主要的考慮因素,。在這樣的情況下,，制造商開始設(shè)計(jì)專用的微控制器芯片——一種專為成本低、體積小且功耗低設(shè)計(jì)的嵌入式中央處理器,。Motorola 6811和Intel 8051都是這種芯片的成功典范,。另外還有Microchip公司生產(chǎn)的名為“PIC 微控制器”的系列控制器，也非常受歡迎,。從今天的標(biāo)準(zhǔn)來看,，這些中央處理器簡易得令人難以置信;但是大批量購買的價格非常低廉，而且往往只需一片就可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的需要,。

    一個典型的低端微控制器芯片中約有1000字節(jié)的只讀存儲器和20字節(jié)的隨機(jī)存取存儲器,，有8個輸入輸出引腳。大批量生產(chǎn)這種芯片,，單位成本不過幾美分,。當(dāng)然，你也不能指望在這種芯片上運(yùn)行像Microsoft Word這樣的程序——因?yàn)?Microsoft Word需要約30兆字節(jié)的隨機(jī)存取存儲空間和每秒可執(zhí)行幾百萬條指令的處理器,。不過控制一臺微波爐可不需要Microsoft Word這么復(fù)雜的程序,。你要使用微控制器完成的是一個具體的任務(wù)，而且低成本,、低功耗運(yùn)行才是最重要的,。

    二、微控制器的應(yīng)用

    在電子門工作原理一文中,，你了解到了7400系列TTL(晶體管邏輯電路)元件,，在哪里購買以及如何裝配它們。 你會發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)一個簡單的裝置通常需要很多門電路,。 例如,，在數(shù)字時鐘部分，我們所設(shè)計(jì)的時鐘可能需要15到20片芯片,。微控制器的主要優(yōu)勢之一就在于,，軟件(你編寫并在控制器上執(zhí)行的那個小程序)可以取代許多門電路。因此,，本文中我們將用微控制器制作一臺數(shù)字時鐘,。 這將是一臺非常昂貴的數(shù)字時鐘(近200美元!)，但是在這一過程中,，你將積累下今后幾年使用微控制器需要的各種知識,。即使并不實(shí)際動手制作這樣一個數(shù)字時鐘,，閱讀相關(guān)內(nèi)容就能讓你獲益良多。

    這里用到的一款微控制器是專為方便日常生活設(shè)計(jì)的,。 它是Parallax公司開發(fā)的名為“BASIC Stamp”的微控制器,。 BASIC Stamp是一個兼容BASIC程序設(shè)計(jì)語言的PIC微控制器。使用BASIC程序設(shè)計(jì)語言使得微控制器的軟件編寫變得十分容易,。微控制器配套提供了一個9伏電池供電的母板,，通過和計(jì)算機(jī)的一個端口相連對其進(jìn)行編程。沒有一個制造商會在實(shí)際的產(chǎn)品中使用BASIC Stamp——因?yàn)?Stamp價格高且速度慢(相對而言),。 但是,，為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模或一次性演示產(chǎn)品使用Stamp非常普遍,，因?yàn)樗脑O(shè)置和使用是令人難以置信的輕松,。

    該微控制器之所以被稱為“Stamps”是因?yàn)樗挥幸粡堗]票大小。

    Parallax公司生產(chǎn)了兩種版本的BASIC Stamp：BS-1與BS-2,。下面是兩種版本的對比：

    本文中用到的是一個名為“BASIC Stamp修正版D”的微控制器(如下圖所示)

    BASIC Stamp修正版D是一個BS-1芯片,，安裝在一塊9伏電池供電的母板上。配套組件包括：電壓調(diào)節(jié)器,、程序連接電纜,、輸入輸出引腳插針以及一小塊建模區(qū)域。你也可以單獨(dú)購買一塊BS-1芯片,，在面包板上和其他元件相連,。修正版D只不過更加方便一些。

    從上表可以看出,，你不可能用BASIC Stamp做出非常奇特的東西來,。BS-1的75行(256字節(jié)的電可擦除只讀存儲器可以存放約75行BASIC語言程序)程序的限制有相當(dāng)?shù)木窒扌浴Ｈ欢?，你可以做些精巧的東西,，Stamp非常小巧并用電池供電，這就意味著它幾乎可以適用于任何地方,。