硬件特性

　　1、主流單片機包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、 2個16位定時/計數器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。

　　芯片

　　2、系統結構簡單，使用方便，實現模塊化;

　　3、單片機可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時無故障;

　　4、處理功能強，速度快。

　　5、低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品

　　6、控制功能強

　　7、環境適應能力強。

　　應用范圍

　　目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。

　　單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：

　　智能儀器

　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。

　　例如精密的測量設備（電壓表、功率計，示波器，各種分析儀）。

　　工業控制

　　單片機具有體積小、控制功能強、功耗低、環境適應能力強、擴展靈活和使用方便等優點，用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統、通信系統、信號檢測系統、無線感知系統、測控系統、機器人等應用控制系統。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統，與計算機聯網構成二級控制系統等。

　　家用電器

　　現在的家用電器廣泛采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備和白色家電等。

　　網絡和通信

　　現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

　　醫用設備領域

　　單片機在醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫用呼吸機，各種分析儀，監護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統等等。

　　模塊化系統

　　某些專用單片機設計用于實現特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。

　　在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。

　　汽車電子

　　單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發動機控制器，基于CAN總線的汽車發動機智能電子控制器、GPS導航系統、abs防抱死系統、制動系統、胎壓檢測等。

　　此外，單片機在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。

　　學習方法

　　基礎理論

　　基礎理論知識包括模擬電路、數字電路和C語言知識。模擬電路和數字電路屬于抽象學科，要把它學好還得費點精神。在你學習單片機之前，覺得模擬電路和數字電路基礎不好的話，不要急著學習單片機，應該先回顧所學過的模擬電路和數字電路知識，為學習單片機加強基礎。否則，你的單片機學習之路不僅會很艱難和漫長，還可能半途而廢。筆者始終認為，扎實的電子技術基礎是學好單片機的關鍵，直接影響單片機學習入門的快慢。有些同學覺得單片機很難，越學越復雜，最后學不下去了。有的同學看書時似乎明白了，可是動起手來卻一塌糊涂，究其原因就是電子技術基礎沒有打好，首先被表面知識給困惑了。

　　單片機屬于數字電路，其概念、術語、硬件結構和原理都源自數字電路，如果數字電路基礎扎實，對復雜的單片機硬件結構和原理就能容易理解，就能輕松地邁開學習的第一步，自信心也會樹立起來。相反，基礎不好，這個看不懂那個也弄不明白，越學問題越多，越學越沒有信心。如果你覺得單片機很難，那就應該先放下單片機教材，去重溫數字電路，搞清楚觸發器、寄存器、門電路、COMS電路、時序邏輯和時序圖、進制轉換等理論知識。理解了這些知識之后再去看看單片機的結構和原理，我想你會大徹大悟，信心倍增。

　　模擬電路是電子技術最基礎的學科，她讓你知道什么是電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應管、放大器等等以及它們的工作原理和在電路中的作用，這是學習電子技術必須掌握的基礎知識。一般是先學習模擬電路再去學習數字電路。扎實的模擬電路基礎不僅讓你容易看懂別人設計的電路，而且讓你的設計的電路更可靠，提高產品質量。

　　C語言知識并不難，沒有任何編程基礎的人都可以學，在我看來，初中生、高中生、中專生、大學生都能學會。當然，數學基礎好、邏輯思維好的人學起來相對輕松一些。C語言需要掌握的知識就那么3個條件判斷語句、3個循環語句、3個跳轉語句和1個開關語句。別小看這10個語句，用他們組合形成的邏輯要多復雜有多復雜。學習時要一條語句一條語句的學，學一條活用一條，全部學過用過這些關鍵語句后，相信你的C基礎建立了。

　　當基礎打好以后，你會感覺到單片機不再難學了，而且越學越起勁。當單片機乖乖的依照你的邏輯思維和算法去執行指令，實現預期控制效果的時候，成就感會讓你信心十足、夜以續日、廢寢忘食的投入到單片機的世界里?？梢赃@么說，扎實的電子技術基礎和C語言基礎能增強學習單片機信心，較快掌握單片機技術。

　　實驗實踐

　　這是真正學習單片機的過程，既讓人興奮又讓人疲憊，既讓人無奈又讓人不服，既讓人孤獨又讓人充實，既讓人氣憤又讓人欣慰，既有失落感又有成就感。其中的酸甜苦辣只有學過的人深有體會。思想上要有刻苦學習的決心，硬件上要有一套完整的學習開發工具，軟件上要注重理論和實踐相結合。

　　1.有刻苦學習的決心

　　首先，明確學習目的。先認真回答兩個問題：我學單片機來做什么？需要多長時間把它學會？這是你學單片機的動力。沒有動力，我想你堅持不了多久。其次，端正學習心態。單片機學習過程是枯燥乏味、孤獨寂寞的過程。要知道，學習知識沒有捷徑，只有循序漸進，腳踏實地，一步一個腳印，才能學到真功夫。再次，要多動腦勤動手。單片機的學習具有很強的實踐性，是一門很注重實際動手操作的技術學科。不動手實踐你是學不會單片機的。最后，虛心交流。在單片機學習過程中每個人都會遇到無數不能解決的問題，需要你向有經驗的過來人虛心求教，否則，一味的自己埋頭摸索會走許多彎路，浪費很多時間。

　　2.有一套完整的學習開發工具

　　學習單片機是需要成本的。必須有一臺電腦、一塊單片機開發板（如果開發板不能直接下載程序代碼的話還得需要一個編程器）、一套視頻教程、一本單片機教材和一本C語言教材。電腦是用來編寫和編譯程序，并將程序代碼下載到單片機上;開發板用來運行單片機程序，驗證實際效果;視頻教程就是手把手教你單片機開發環境的使用、單片機編程和調試。對于單片機初學者來說，視頻教程必須看，要不然，哪怕把教材看了幾遍，還是不知道如何下手，尤其是院校里的單片機教材，學了之后，面對真正的單片機時可能還是束手無策;單片機教材和C語言教材是理論學習資料，備忘備查。不要為了節約成本不用開發板而光用Protur軟件仿真調試，這和紙上談兵沒什么區別。

　　3. 要注重理論和實踐相結合

　　單片機C語言編程理論知識并不深奧，光看書不動手也能明白。但在實際編程的時候就沒那么簡單了。一個程序的形成不僅需要有C語言知識，更多需要融入你個人的編程思路和算法。編程思路和算法決定一個程序的優劣，是單片機編程的大問題，只有在實際動手編寫的時候才會有深切的感悟。一個程序能否按照你的意愿正常運行就要看你的思路和算法是否正確、合理。如果程序不正常則要反復調試（檢查、修改思路和算法），直到成功。這個過程耗時、費腦、疲精神，意志不堅強者往往被絆倒在這里半途而廢。

　　學習編寫程序應該按照以下過程學習，效果會更好。看到例程題目先試著構思自己的編程思路，然后再看教材或視頻教程里的代碼，研究人家的編程思路，注意與自己思路的差異;接下來就照搬人家的思路親自動手編寫這個程序，領會其中每一條語句的作用;對有疑問的地方試著按照自己的思路修改程序，比較程序運行效果，領會其中的奧妙。每一個例程都堅持按照這個過程學習，你很快會找到編程的感覺，取其精華去其糟粕，久而久之會形成你獨特的編程思想。當然，剛開始，看別人的程序源代碼就像看天書一樣，只要硬著頭皮看，看到不懂的關鍵字和語句就翻書查閱、對照。只要能堅持下來，學習收獲會事半功倍。在實踐過程中不僅要學會別人的例程，還要在別人的程序上改進和拓展，讓程序產生更強大的功能。同時，還要懂得通過查閱芯片數據手冊（DATASHEET）里有關芯片命令和數據的讀寫時序來核對別人例程的可靠性，如果你覺得例程不可靠就把它修改過來，成為是你自己的程序。不僅如此，自己應該經常找些項目來做，以鞏固所學的知識和積累更多的經驗。

　　硬件設計

　　當編寫自己的程序信手拈來、閱讀別人的程序能夠發現問題的時候，說明你的單片機編程水平相當不錯了。接下來就應該研究的硬件了。硬件設計包括電路原理設計和PCB板設計。學習做硬件要比學習做軟件麻煩，成本更高，周期更長。但是，學習單片機的最終目的是做產品開發----軟件和硬件相結合形成完整的控制系統。所以，做硬件也是學習單片機技術的一個必學內容。

　　電路原理設計涉及到各種芯片的應用，而這些芯片外圍電路的設計、典型應用電路和與單片機的連接等在芯片數據手冊（DATASHEET）都能找到答案，前提是要看得懂全英文的數據手冊。否則，照搬別人的設計永遠落在別人的后面，你做的產品就沒有創意。電子技術領域的第一手資料（DATASHEET）都是英文，從第一手資料里你所獲得的知識可能是在教科書、網絡文檔和課外讀物等所沒有的知識。雖然有些資料也都是在DATASHEET的基礎上撰寫的，但內容不全面，甚至存在翻譯上的遺漏和錯誤。當然，閱讀DATASHEET需要具備一定的英文閱讀能力，這也是阻礙單片機學習者晉級的絆腳石。良好的英文閱讀能力能讓你在單片機技術知識的海洋里自由遨游。

　　做PCB板就比較簡單了。只要懂得使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件就沒問題了。但要想做的板子布局美觀、布線合理還得費一番功夫了。

　　嫻熟的單片機C語言編程、會使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件設計PCB板和具備一定的英文閱讀能力，你就是一個遇強則強的單片機高手了。［1］

　　抗干擾設計

　　在提高硬件系統抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設計靈活、節省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。下面以MCS-51單片機系統為例，對微機系統軟件抗干擾方法進行研究。

　　軟件抗干擾設計

　　在工程實踐中，軟件抗干擾研究的內容主要是：一、消除模擬輸入信號的噪聲（如數字濾波技術）;二、程序運行混亂時使程序重入正軌的方法。本文針對后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。

　　指令冗余

　　CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數。當PC受干擾出現錯誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當亂飛到某雙字節指令，若取指令時刻落在操作數上，誤將操作數當作操作碼，程序將出錯。若“飛” 到了三字節指令，出錯機率更大。

　　在關鍵地方人為插入一些單字節指令，或將有效單字節指令重寫稱為指令冗余。通常是在雙字節指令和三字節指令后插入兩個字節以上的NOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當作操作數執行，程序自動納入正軌。

　　此外，對系統流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執行。

　　攔截技術

　　所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進行出錯處理。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。因此先要合理設計陷阱，其次要將陷阱安排在適當的位置。

　?。? ）軟件陷阱的設計

　　當亂飛程序進入非程序區，冗余指令便無法起作用。通過軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進行出錯處理。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區填入以下指令作為軟件陷阱：

　　NOPNOPLJMP 0000H其機器碼為0000020000。

　　（2 ） 陷阱的安排

　　通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最后一條應填入020000，當亂飛程序落到此區，即可自動入軌。在用戶程序區各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程序中設置軟件陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。如某應用系統雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務程序可為如下形式：

　　NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障診斷程序與系統自恢復程序的設計可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復程序的運行。

　　考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2-3個就可以進行有效攔截。