常用于机器人的单片机的使用经验

一 学习单片机的捷径是什么？

所谓捷径就是少走弯路。我刚开始学单片机时走了不少弯路，很多朋友和我都有相似的经历，刚开始接触

2 齿轮和凸轮组成的控制器

在模拟计算机诞生前，也就是蒸汽机时代，有些机械天才硬是用数百个齿轮和凸轮搭建出机械计算机，人们通过转动印有数字的各种齿轮，另一些齿轮就将运算结果显示出来。机械计算机在人类史上上曾经是高科技产品，第二次世界大战时，德国著名的密码机就是一种机电混合式计算机，它当时是最保密的通信工具。


3 发条和秒表和继电器组成的控制器

在电气时代开始时，人们用钟表内机械的旋转分时控制一些继电器的通断，从而控制一些机床和生产线的运行。这种装置类似于早期洗衣机内的定时器。


三 入门首选 AT89S51系列单片机

1 简介

1980，英特尔公司开发出一种简易的8031CPU，在当时该CPU性能不比8086差很多，但价格较便宜，因此被很多低端应用选中。由于市场看好，ATMEL公司购买了8031的内核，把Flash存储器和加强型IO口融入进去开发出了AT89系列单片机。所有兼容8031指令和内核相似的单片机统称为51单片机，它是目前应用最广泛的8位单片机之一。因51单片机结构简单，指令易学，应用广泛，因此是初学单片机首选机型。如果有人想不学51，直接学AVR，那么此人一定会遇到很多难题，困惑和郁闷将伴随着学习过程。如果学了51再学AVR和其他单片机，人们会发现“所谓单片机都不过如此”。

2 性能

根据任务具体需要选择最合适的单片机，使单片机资源充分利用，使系统性价比达到最高，同时兼顾未来扩展需要，不一味追求高性能单片机，这就是选单片机的原则。
AT89S51有4K的Flash程序存储器，128字节的RAM，32条IO口，中断系统具有6个中断源、5个终端矢量、2个中断优先级的中断结构；串行口是一个全双工的串行通信口；AT89S51的电源电压为4.0-5.5V，AT89LS51的电源电压为2.7-4.0V；振荡器频率0-33MHz（AT89S51），0-16MHz(AT89LS51); 有ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

AT89S52程序储存器容量为8KB，还有AT89S55，ROM容量更大。

有很多公司生产了很多扩展型51系列单片机，有的带有AD转换器，有的带有比较器，有的带有PWM，读者可以根据自身需要选择合适的51单片机，但要注意他们的管脚定义和编程方式。

3 使用方法

AT89S51 适于做单片机学习板、电子时钟、超声波测距仪等不需要采集模拟量和控制大功率外部元件的电路。S51与过去的C51的区别在于S51支持ISP在线编程，即C51需要几百元的编程器编程，而S51仅需一条25针并口线和非常简单的转换电路即可接在台式电脑打印机接口烧程序，下载烧程序小软件即实现可对S51单片机编程。对51单片机编程一般选用Keil软件，可采用C语言或者汇编语言，编完程后选择输出HEX文件，然后用烧程序小软件读取HEX文件，再烧写到单片机中。

4 实践经验

A 刚开始看书时，按照书上的电路图连线然后通电调试，但总不成功，将自己的电路和书上的电路仔细对照发现不了问题。原因在于很多书上的电路图都是“简化图”，即省略了一些电路，而这些被省略的电路却关乎系统的运行。比如，当单片机书讲到AD转换电路，给出的电路图多省略了晶振和复位电路，按照AD转换电路图搭出来的系统自然不能运行。

B 51单片机P0口输出信号时需要上拉电阻，我经常忘记加电阻，导致电路不好使。

C 51单片机31引脚需要接正极，以选择采用内部程序存储器。如果忘记给这个引脚以正确的电压，你的单片机可能不能执行程序。


4 应用举例

四 爱好者制作机器人首选 AVR系列单片机

1 简介

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位一直是衡量单片机性能的重要指标，而AVR单片机是典型高性能单片机。
早期单片机，比如51单片机为了提高可靠性（防止数据误读或跑飞）采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。例如51单片机需要12个晶振周期才能组成1个机器周期，而且很多指令需要2个机器周期才能执行。AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，采用精简指令集，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。AVR单片机在12个晶振周期中能执行12条指令，从这个角度看，如果晶振频率相同，AVR的速度是51的12倍到24倍。

AVR有32个通用寄存器，在进行大量复杂运算时，AVR的32个寄存器可相当于51的32个累加器，克服了51系列单片机只有单一累加器数据处理造成的瓶颈现象，在复杂运算时速度比51快5倍以上。由此可看出，51与AVR相比是多么慢，AVR是多么快。

AVR系列单片机多内部集成了多路AD转换器、电压比较器、ISP、I2C、JTAG总线电路、UART串口、大功率IO口、看门狗等实用电路，并且很多AVR单片机型号有EEPROM、FLASH、SRAM三种存储器，可以实现实时修改程序存储器中的内容，即AVR单片机可以自己修改自己的程序。同时AVR一般能工作在宽电压范围（2.7～6.0V），有的居然可以在1.8V电压下工作。以上这些性能只是AVR众多性能中的一部分，然而已经让51系列单片机望尘莫及了。

如此高性能的单片机价格居然和51单片机差不多，比如ATmega8价格为8元左右，ATmega16在13元左右，这是AVR有极高性价比的真实写照。


2 性能
AVR家族人丁兴旺，包括ATinyAVR（微小型）、低功耗类、ATmegaAVR高中低档5类单片机。它们都基于同一核心技术，但在内部集成的电路多少上有不同。不论你要做电子手表还是视频处理，都有一款合适的AVR单片机能满足你的需要。

本文只列出ATmega16中档单片机的性能：

16KB的FLASH程序存储器；512B的EEPROM；1KB的SRAM；32个快速寄存器；32个大功率IO口；20个中断；2个外部中断口；有SPI、SUART、I2C总线接口；2个8位定时器；1个16位定时器；3个PWM通道；有实时时钟RTC；8个10位AD通道；电压比较器；看门狗；内置时钟振荡器；JTAG接口；ISP在线编程；电压范围为2.7V-5.5V；外部时钟晶振0-16MHz；有PID和多种贴片封装。

AVR的IO口能输出20mA和吸收40mA的电流，不仅可直接驱动LED,甚至可直接驱动微型直流减速电机。而且AVR的IO口可编程设置成输入、输出、高阻态状态，是真正的3态IO口。和51相比使用AVR开发产品你会发现前所未有的方便和自由。

AVR单片机可上操作系统，比如UCOS2、Linux等，自主编程实现操作系统功能也很容易。

根据任务具体需要选择最合适的单片机，使单片机资源充分利用，使系统性价比达到最高，同时兼顾未来扩展需要，不要一味选用高性能单片机，这就是选单片机的原则。

用ARM+操作系统做超声波测距仪——杀鸡用了牛刀。用AVR中档单片机做机器视觉——有些吃不消。如果把它们调换一下，一切就恰到好处了。

3 使用方法

学AVR单片机的好书是《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》，封面见下图。
AVR一般采用CVAVR编程软件编程，也可用GUN GCCAVR、AVR Studio软件编程。可采用汇编或C语言编程。烧程序前先输出HEX文件，然后用SLISP（双龙ISP）软件加载，再通过ISP编程线或者25针并口连接线烧入AVR单片机，支持在线编程。
由于AVR单片机最小系统很简单，就是电源+晶振（可不用）+LED+ISP接口（通电就运行，断电就停止，不用复位电路），因此任何初学者都可以用面包板搭出AVR最小系统，并且编程实践。

4 实践经验

使用AVR单片机时注意要正确设置熔丝位，SLISP软件就可设置，熔丝位可决定单片机是采用外部晶振还是采用内部时钟振荡器，如果熔丝位设置为采用外部晶振，而电路中没有接入晶振，则AVR程序不能运行。很多初学者忽视了这一点，他们的AVR系统不能运行却找不到原因。再有就是AVR的IO口在使用前需先编程设置其状态，否则你将发现程序在运行，但IO口没信号。


4 应用举例




五 高级机器人控制器 ARM

1 简介

ARM是一个公司名，他们基于同一内核设计了很多高性能处理器，这些处理器都叫ARM。该技术被很多公司购买后生产出了集成很多功能电路的ARM芯片，使得ARM成为高性能单片机。ARM一般为32位单片机，适于处理大量复杂数据，很多ARM装上了UCOS2、WindowsCE、Linux操作系统，能够同时运行多个程序。ARM广泛应用于手机、MP3、GPS导航仪、吸尘机器人等产品上。


六 音频视频处理首选DSP

1 简介
DSP数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)，它是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
在高速小车巡线、语音识别等领域DSP被广泛应用。但如果仅用DSP检测几个碰撞开关、控制几个电机显得大材小用。