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2013/9/4 1:11:28 | [原创]科普一下单片机

 

 

大家对这个东西肯定非常熟悉,就是我们学校食堂的刷卡设备。但是大家有没有想过它内部的控制芯片是什么。其实就是我今天要讲的单片机。虽然它无情地刷掉了我们很多钱,但是如果大家的单片机学得好,并且胆子够大,自己研究一下,被它刷掉的钱应该还是可以刷回来的。

 

其实我们的生活中很多地方都会用到单片机,但可能大多数人都不知道单片机是什么,所以我想给单片机做一个简单的宣传。

什么是单片机?

单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器,常用MCUMicro Control Unit)表示。单片机是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPURAMROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机。学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

比较好理解的说法就是:单片机是一种可以编程的控制芯片。单片机接上键盘和液晶屏后就是一个小的计算机。

单片机诞生于1971年,经历了SCMMCUSoC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或者4位的,其中最成功的是INTEL8051。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到广泛应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。

当代单片机系统已经不再只是裸机环境(不带操作系统)下开发和使用,大量专门的嵌入式操作系统被广泛应用在单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机可以使用WindowsAndroidiOS等系统。

 

上图为各种型号的单片机。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯数据传输,工业自动化过程的实时控制数据处理,广泛使用的各种智能IC,民用豪华轿车的安全保障系统录象机摄象机全自动洗衣机的控制,以及程控玩具电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人智能仪表医疗器械了。

举个例子,比如说家里用的空调,你用遥控器可以控制它的开关,设置它的工作模式,升温降温,空调内部有一块单片机来执行这些操作。遥控器把信号以红外线的方式传给空调,空调上的红外接收传感器接收到信号后传给单片机解码,然后单片机再去控制压缩机的工作。

简单地说就是:大多数智能系统里面的控制芯片都是单片机。

 

单片机跟我们有什么关系?

对于大多数人特别是学文科的同学来说知不知道单片机关系不大,不过希望大家对本文重点突出的地方有点印象,至少知道每天接触的智能设备里面的控制芯片叫“单片机”;每天接触的智能手机,平板电脑等高端智能设备里面的内核叫“高级单片机”(开个玩笑)。

对于理工科特别是通信,机自,计算机学院的同学如果不知道单片机那就说不过去了。我们学校里的微机原理,单片机课程或者嵌入式相关课程学的就是单片机,对于通信,机自学院来说单片机是必修的,对计算机学院来说单片机也是很重要的。

我有一个通信的朋友前几天说我们学校通信学院毕业后还是做软件的人多,很多人去搞嵌入式开发了。什么是嵌入式?

IEEE对嵌入式系统的定义:“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。现在人们习惯上会把不带操作系统的单片机仍然叫单片机;而带有WindowsAndroidiOS等操作系统的单片机称为嵌入式设备,所以手机,平板电脑一般也称为嵌入式设备。

单片机系统可以说是最简单的嵌入式系统,很显然单片机是嵌入式的基础。如果不会单片机就想去做嵌入式开发,估计工作很难找,就算找到了刚开始的一段时间什么都不会也是很痛苦的。

单片机其实还跟创新项目,比赛拿奖,出国留学有关系。我刚上大一的时候就想出国留学,这时辅导员告诉我要出国除了绩点高,英语好之外,还需要多拿些奖提高自身竞争力。所以我大一的暑假就留校做项目,参加比赛。我参加的是物联网(物联网是新一代信息技术的重要组成部分,就是物物相连的互联网,英文名The internet of things的创新比赛,刚开始什么都不会,虽然有不错的想法,但不知道从哪里入手。这时学长告诉我先学单片机吧。早出晚归的学习过程就不说了,最后拿了个全国三等奖,还行。学会单片机之后我才发现原来有那么多比赛会用到单片机。

上图为物联网的网络

 

技术类:

1.                飞思卡尔智能车大赛。使用飞思卡尔公司的单片机控制小车,看谁的车跑得快。

2.                机器人灭火大赛。使用单片机控制机器人,开谁灭火灭得快。

3.                机器人大赛。使用单片机控制机器人。

4.                全国大学生电子设计大赛。考的是综合能力和团队合作。每个团队一般会有一个人负责单片机部分。

……

创新类:

1.      挑战杯。

2.      国际大学生物联网创新创业大赛

3.      英特尔嵌入式大赛

4.      陈嘉庚青少年发明大赛

5.      德州仪器创新设计大赛

……

比赛内容都差不多,做一个自己的发明,然后拿去评比。大多数发明都是电子机械类的,而大多数电子机械类的发明都会用到单片机。

创新项目:

与创新类比赛差不多,理工科大多数创新项目是电子机械类,而电子机械类项目基本都要用到单片机。

 

单片机有什么应用?

之前其实已经说了很多单片机的应用了,我想再举几个典型的应用例。

1.时钟

用单片机可以做一个时钟,听说过单片机的人应该都知道。单片机内部有定时器,利用它内部的定时器编程就可以做出一个时钟了。如果想时钟可以走得准一点可以把专门的时钟芯片接到单片机上。然后用单片机控制数码管或者液晶屏就能把时间显示出来。

上图为数码管时钟

 

 

上图为12864液晶屏时钟

 

数码管时钟和液晶屏时钟相信大家日常生活中都见过,不过有一种时钟估计大家就没见过了。

 

上面这些是产自上世纪7,80年代产自前苏联的“数码管”,是网友DIY的。它们的名字是辉光管,很早以前就已经停产,现在现存的已经非常少了。它们的功能和数码管一样,不过数字是重叠在一起的,更有层次感,再加上岁月的沉淀,很漂亮。在它内部的控制芯片也是单片机,DIY它的难点在于点亮辉光管需要180V以上的电压。

 

2.悬浮摆件

上图是一个悬浮的地球仪,是属于上拉式磁悬浮。虽然图中是一个产品,不过也是可以DIY的。地球仪内部的上面和下面各有一块磁铁,而地球仪上方是一块磁钢加上线圈,检测磁场强弱的霍尔传感器安装在地球仪下面的底座中。利用单片机读取霍尔传感器的数据可以检测到地球仪的高低,如果地球仪位置过低则加大线圈电流把地球仪吸上去;如果地球仪位置过高则减小线圈电流让地球仪落下。不断重复这个过程。DIY它的难点在于PID算法。

 

3.四轴飞行器

 

 

四轴飞行器是微型飞行器的其中一种,也是一种智能机器人。四轴飞行器其结构特点是在它的四个角上各装有一旋翼,由电机分别带动,叶片可以正转,也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行,在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3轴加速度传感器组成惯性导航模块。四轴飞行器应用范围很广,由于其具有可靠地,一般可用于航拍,桥梁检测,定点巡航,搜救,侦查等。

下面这个视频可以告诉你它有多屌。

http://v.youku.com/v_show/id_XNDUxNzM3NTQ0.html

 

4.嵌入式设备

       单片机还广泛地应用在嵌入式设备中,比如我们最常用的智能手机和平板电脑。像我们熟知的iPHONE5GALAXY S4都是ARM内核。

 

iphone5使用的是苹果A6处理器基于ARMv7指令集,是由苹果设计,三星负责生产组装。它是第一款非标准ARM架构处理器,使得A6处理器为iOS系统做出更多优化,从而获得了更多性能。

 

 

        GALAXY S4使用的是Exynos 5 Octa八核处理器,采用28nm工艺制程,配备了标准的ARM Cortex-15架构。

 

 

 

 

5.火星车

单片机还使用在火星车上。“好奇号”上使用的计算机是BAE systems RAD750。处理器是PowerPC ISA,搭载VxWorks系统。200百万赫兹, 150250纳米 的制造工艺,它工作时对能允许的温度范围的表现非常优秀。它是经过抗辐射加固的,能经受相当强的辐射侵袭。内存也是抗辐射的。“好奇号”上的计算机里的每 个硬件都不是随随便便一个东西能胜任的。

 

最后再说一些感想:

我认识一个学长,他也是学单片机的,今年刚本科毕业。今年被称为最难就业年,不过他今年年初就已经正式上班了,月薪8000。他是去的是一家创业公司,老板只看能力,不看学历。其实大公司也是一样,进去之前要看简历,进了公司之后只看能力。能力是在大学时期培养的,如果想大年玩四年,工作后再学那就晚了,因为工作也不一定能找到。

大学教育本质上跟高中一样,还是应试教育。最大的区别在于高中的时候老师盯得紧,大学没人管。所以现在很多大学生毕业后都会说一句,大学四年什么都没学到。他们说得是对的,如果一味跟着学校的课程学习,自己不能分辨出什么知识对自己比较有用,什么知识对自己用处不大,那大学四年确实也学不到什么。主动地去学习一些自己感兴趣的,实用的东西,才会让大学四年过得充实。

 

大家对于单片机或者大学有什么疑问,欢迎联系我。虽然我不能回答所有问题,但多一个人交流交流总是好的。

祝大家学习进步,天天开心。

 

我的电话:18801912604

 

 如果对单片机有兴趣的话可以再看一下这个链接:

 

http://bbs.lehu.shu.edu.cn/Article.aspx?aid=449750 

 

PS: 我的水平有限,文章可能存在说得不够合理的地方。哪里说错了希望大家指出,然后我及时改正,谢谢了。

 


此贴由 tal 在 2013/9/4 10:16:34 进行编辑...
查阅更多相关主题的贴子: 单片机

评论

自己先顶

发布者 tal
2013/9/4 1:14:02


我来报道了。。。被吐槽的那位学长貌似就是我然后,弱弱的说句,学长分析的有70%是错误的。。。

但是,但是,最后,还是膜拜下大神!

我就不说什么话了。

发布者 满伍百川
2013/9/4 1:43:07


引用 满伍百川 发表于 2013/9/4 1:43:07 的话:
我来报道了。。。被吐槽的那位学长貌似就是我然后,弱弱的说句,学长分析的有70%是错误的。。。

但是,但是,最后,还是膜拜下大神!

我就不说什么话了。


 

我也不知道吐槽的是不是你,因为那个女生我也不熟,是你的话就不好意思了......


发布者 tal
2013/9/4 2:04:40


LZ科的一手好普啊,路过帮顶~

发布者 龙哥AK
2013/9/4 7:48:36


都这份上了,顶。

发布者 RangerW
2013/9/4 9:32:44


看了覃大神的文章一下对单片机有了新的认识!! 迫不及待去大神那边报名学习单片机了啊

发布者 Malkavian
2013/9/4 14:21:46


大家对这个东西肯定非常熟悉,就是我们学校食堂的刷卡设备。但是大家有没有想过它内部的控制芯片是什么。其实就是我今天要讲的单片机。虽然它无情地刷掉了我们很多钱,但是如果大家的单片机学得好,并且胆子够大,自己研究一下,被它刷掉的钱应该还是可以刷回来的。

你确定学校的IC芯片没有数据加密,还是加密太低级你有破解的方法?这是个问题,你懂的,呵呵


此贴由 wangyun 在 2013/9/4 15:13:50 进行编辑...

发布者 wangyun
2013/9/4 15:12:54


引用 龙哥AK 发表于 2013/9/4 7:48:36 的话:
LZ科的一手好普啊,路过帮顶~


 

谢谢支持


发布者 tal
2013/9/4 19:42:31


引用 RangerW 发表于 2013/9/4 9:32:44 的话:
都这份上了,顶。


 

都这份上了。。。


发布者 tal
2013/9/4 19:43:01


引用 Malkavian 发表于 2013/9/4 14:21:46 的话:
看了覃大神的文章一下对单片机有了新的认识!! 迫不及待去大神那边报名学习单片机了啊


 

快来吧,别去美国了


发布者 tal
2013/9/4 19:44:31


引用 wangyun 发表于 2013/9/4 15:12:54 的话:

大家对这个东西肯定非常熟悉,就是我们学校食堂的刷卡设备。但是大家有没有想过它内部的控制芯片是什么。其实就是我今天要讲的单片机。虽然它无情地刷掉了我们很多钱,但是如果大家的单片机学得好,并且胆子够大,自己研究一下,被它刷掉的钱应该还是可以刷回来的。

你确定学校的IC芯片没有数据加密,还是加密太低级你有破解的方法?这是个问题,你懂的,呵呵


我随便调侃一下学校的食堂而已,没想太多呵呵

发布者 tal
2013/9/4 19:45:45


虽说我也是理工科的 但对这还真不懂。。楼主能否多谈些关于手机芯片的?安卓厂商硬件大战 高通英伟达联发科英特尔们
几家芯片厂商也互有口水仗 我也就对这个比较感兴趣。。。。

发布者 来为未来
2013/9/7 9:34:31


大神

发布者 镜子里的梦
2013/9/7 10:51:20


不是说把各种卡放微波炉里开个几分钟就能涨钱么

发布者 核弹之父黄仁勋
2013/9/7 11:19:50


 还是没看懂。。。那难道说arm架构都是单片机???xbox?surface rt??求解释


发布者 Redzl
2013/9/7 23:07:37


楼主,那个学长是谁。。。

发布者 格桑桦
2013/9/9 14:35:45


作为享受过全程一站耐心周到贵宾式服务的体验者,这必须支持,覃学长,还等着你的覃梦想大放异彩呢

发布者 春风和煦
2013/9/10 13:42:06


现在还木有学习单片机呢,日后有什么不懂的话希望学长能帮助下哈~

发布者 挚爱友情
2013/9/10 21:08:26


引用 来为未来 发表于 2013/9/7 9:34:31 的话:
虽说我也是理工科的 但对这还真不懂。。楼主能否多谈些关于手机芯片的?安卓厂商硬件大战 高通英伟达联发科英特尔们
几家芯片厂商也互有口水仗 我也就对这个比较感兴趣。。。。


 

不好意思,其实我对他们的口水仗也不清楚......


发布者 tal
2013/9/11 0:56:50


引用 核弹之父黄仁勋 发表于 2013/9/7 11:19:50 的话:
不是说把各种卡放微波炉里开个几分钟就能涨钱么


 

说不准也会掉钱


发布者 tal
2013/9/11 0:57:27


引用 Redzl 发表于 2013/9/7 23:07:37 的话:

 还是没看懂。。。那难道说arm架构都是单片机???xbox?surface rt??求解释


 

ARM可以说是高级的单片机,不过现在大家习惯把这两者区分开来,把ARM归类为嵌入式系统。xbox是X86架构,surface rt是ARM架构。


发布者 tal
2013/9/11 1:03:50


引用 格桑桦 发表于 2013/9/9 14:35:45 的话:
楼主,那个学长是谁。。。


 

哪个学长


发布者 tal
2013/9/11 1:04:41


引用 春风和煦 发表于 2013/9/10 13:42:06 的话:
作为享受过全程一站耐心周到贵宾式服务的体验者,这必须支持,覃学长,还等着你的覃梦想大放异彩呢


 

虽然乐乎上看不出你是谁,不过还是非常感谢


发布者 tal
2013/9/11 1:06:10


引用 挚爱友情 发表于 2013/9/10 21:08:26 的话:
现在还木有学习单片机呢,日后有什么不懂的话希望学长能帮助下哈~


 

没问题


发布者 tal
2013/9/11 1:07:11


从智能手机那里开始,我觉得已经远远超出单片机了

发布者 phjy007
2013/9/11 23:13:23


引用 phjy007 发表于 2013/9/11 23:13:23 的话:
从智能手机那里开始,我觉得已经远远超出单片机了

不过还是很赞LZ一系列的分享


发布者 phjy007
2013/9/11 23:16:44


刚想百度一下单片机,没想到就在乐乎上看到了,楼主科的一手好普,谢谢

发布者 没有水
2013/9/19 8:06:02


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