從業(yè)十年，教你單片機入門基礎(chǔ) 第3講：

“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”《道德經(jīng)》認為，世間萬物，繽紛多彩，它們都起源自一個東西，這個“一”的東西就是“道”。電子世界也存在“一”這個東西，這個“一”繁衍出手機，電腦，電視機，機器人等豐富多彩的電子世界。這個“一”就是單片機一個最重要的特性：程序下載進單片機的內(nèi)存后，可以識別管腳上的高低電平信號，管腳也可以輸出不同時間長度的高低電平。下面我把這句話的5個重要關(guān)健詞提取出來，詳細解讀它的含義。

程序。有3種，C程序，匯編程序，機器程序。能下載進單片機的只有機器程序，C程序和匯編程序都不能直接下載進單片機，所以C程序和匯編程序最終要經(jīng)過專用編譯軟件翻譯成機器程序后，才能下載進單片機執(zhí)行。程序就是語言，語言就是用來交流的，交流就必須存在兩個對象，這兩個對象分別是程序員和單片機。程序員用C語言或者匯編語言，單片機只用機器語言，他們兩者交流就必需一個翻譯家，這個翻譯家就是編譯軟件，俗稱編譯器，它專門把C語言或者匯編語言翻譯成單片機能識別的機器語言。現(xiàn)在單片機開發(fā)的主流是用C語言，我本人出來工作后就從來沒有用過匯編語言，所以我的觀點是，C語言是必修課，匯編語言是選修課;C語言是白話文簡單易懂，匯編語言是文言文繁瑣難讀。當然匯編也有它的優(yōu)點和不可替代的場合，匯編的翻譯效率高，往往是一句匯編語言對應(yīng)一句機器語言，而一句C語言有可能對應(yīng)幾句機器語言，所以很多嵌入式系統(tǒng)某段要求簡潔高效的源代碼都是用匯編來寫的，也有少數(shù)一些很便宜的單片機不提供C編譯器，只能用匯編語言開發(fā)。所以要不要學(xué)匯編，我的建議是最好根據(jù)個人的工作需求來決定。

內(nèi)存。既然程序可下載進單片機，那么單片機必然有一個存儲程序的內(nèi)存。單片機內(nèi)存包括ROM和RAM兩部分。ROM的優(yōu)點是掉電后存儲的內(nèi)容不會丟失，缺點是除非在燒錄(下載)過程中，否則上電后它存儲的內(nèi)容也不能更改。并且，雖然ROM在燒錄(下載)過程中可以更改內(nèi)容，但是更改的次數(shù)有限制，也就是燒錄(下載)的次數(shù)有限制，一般最大次數(shù)是10萬次，當然這里所說ROM是指FLASH的單片機，如果是OTP的單片機，那么最大次數(shù)是1次。而RAM恰好反過來，RAM的優(yōu)點是上電后存儲的內(nèi)容可以被程序指令隨時更改，而且還沒有更改次數(shù)限制，缺點是掉電后內(nèi)容會丟失。正因為ROM和RAM各有特點，所以它們的分工有所不同。程序包括指令和數(shù)據(jù)兩部分。指令是指程序中的判斷，跳轉(zhuǎn)，賦值等指令，這些內(nèi)容是程序燒錄進單片機時就固定下來的，不可更改的，所以存儲在ROM中。數(shù)據(jù)也分兩種，程序指令可更改的數(shù)據(jù)和程序指令不可更改的數(shù)據(jù)。程序指令可更改的數(shù)據(jù)存儲在RAM中，程序指令不可更改的數(shù)據(jù)存儲在ROM中。那么誰在幕后進行這些分類存儲?是編譯器軟件和下載器(燒錄器)。編譯器除了把C語言翻譯成機器語言之外，還幫我們分好了類，分配好了存儲的地址和位置，下載器(燒錄器)再根據(jù)這些信息把程序存儲到內(nèi)存中。

管腳。它是單片機與外部電路進行能量和信息交互的橋梁。有電源，復(fù)位，晶振和IO口這4種類型管腳。第一種電源管腳。是給單片機內(nèi)部電路供電的接口。單片機有兩種常用的供電電壓，一般不是3.3V就是5V，有的單片機兩種電壓都兼容。第二種復(fù)位管腳。單片機上電后需要外部電路給它一個瞬間高電平或者低電平的復(fù)位信號，才能啟動工作。這類外部的復(fù)位電路通常是用電容和電阻組成的充電電路來實現(xiàn)，也有一些系統(tǒng)是用專門的復(fù)位芯片來實現(xiàn)。第三種晶振管腳。任何單片機想要工作必須要有晶振。單片機執(zhí)行程序指令是按一個節(jié)拍一個節(jié)拍來執(zhí)行的。而晶振產(chǎn)生固定頻率的脈沖就是這個節(jié)拍的基礎(chǔ)源泉。所以把晶振比喻成單片機的心臟是非常恰當?shù)摹．斎?，現(xiàn)在很多單片機都把晶振集成到內(nèi)部了，不用再外接晶振。第四種IO口管腳。這是跟我們編寫程序關(guān)聯(lián)最密切的管腳。前面提到的電源，復(fù)位，晶振這3種管腳是為了讓單片機能工作，俗稱單片機工作的三要素。而單片機工作的具體內(nèi)容就是通過IO口管腳來體現(xiàn)的。比如，IO口能識別按健的輸入，也能驅(qū)動繼電器的開關(guān)，也能跟外圍器件進行通信。

電平。單片機IO口管腳檢測到的電壓低于或等于0.8V時是低電平，程序里讀取到的是0數(shù)字。檢測到的電壓高于或等于2.4V時是高電平，程序里讀取到的是1數(shù)字，當然IO口輸入的最大電壓不能超過單片機的供電電壓。單片機輸出的低電平是0V，單片機輸出的高電平等于它的供電電壓值。

時間。時間是單片機程序必不可少的一個元素。跟外圍芯片通信的時序節(jié)拍需要時間，驅(qū)動發(fā)光二極管閃爍需要時間，工控自動化的某些延時需要時間。單片機的時間來源自兩方面。第一方面源自指令的周期時間。單片機是根據(jù)節(jié)拍來執(zhí)行程序指令的，所以每執(zhí)行一條指令都要消耗一點時間，只要讓程序執(zhí)行一些無實際意義的指令，并且通過調(diào)整所執(zhí)行指令的條數(shù)就可以得到所需要的時間長度。第二方面源自單片機內(nèi)部自帶的定時器。假如設(shè)置定時器每20毫秒產(chǎn)生一次中斷，現(xiàn)在要獲取10秒鐘的時間，只需程序統(tǒng)記500次定時中斷就可以了，因為1秒等于1000毫秒。

下節(jié)預(yù)告，平臺軟件和編譯器軟件的簡介。