微控制器工作原理

文章摘要：实际上，用作微控制器的处理器多种多样。 例如，数字手机工作原理一文中的移动电话就包含一个Z-80处理器。Z-80处理器是一个8位微处理器，它诞生于二十世纪七十年代，最初用于当时的家用计算机中。GPS接收机工作原理中的Garmin全球定位系统，包含一个低功耗版的Intel 80386处理器，据说是这样。Intel 80386处理器最初是专为台式计算机设计的。 在许多产品中，例如微波炉，对于微控制器性能的要求很低，价格是主要的考虑因素。 在这样的情况下，制造商开始设计专用的微控制器芯片——一种专为成本低、体积小且功耗低设计的嵌入式中央处理器。Motorola 6811和Intel 8051都是这种

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实际上，用作微控制器的处理器多种多样。 例如，数字手机工作原理一文中的移动电话就包含一个Z-80处理器。Z-80处理器是一个8位微处理器，它诞生于二十世纪七十年代，最初用于当时的家用计算机中。GPS接收机工作原理中的Garmin全球定位系统，包含一个低功耗版的Intel 80386处理器，据说是这样。Intel 80386处理器最初是专为台式计算机设计的。

在许多产品中，例如微波炉，对于微控制器性能的要求很低，价格是主要的考虑因素。 在这样的情况下，制造商开始设计专用的微控制器芯片——一种专为成本低、体积小且功耗低设计的嵌入式中央处理器。Motorola 6811和Intel 8051都是这种芯片的成功典范。另外还有Microchip公司生产的名为“PIC 微控制器”的系列控制器，也非常受欢迎。从今天的标准来看，这些中央处理器简易得令人难以置信；但是大批量购买的价格非常低廉，而且往往只需一片就可以满足产品设计者的需要。

一个典型的低端微控制器芯片中约有1000字节的只读存储器和20字节的随机存取存储器，有8个输入输出引脚。大批量生产这种芯片，单位成本不过几美分。 当然，你也不能指望在这种芯片上运行像Microsoft Word这样的程序——因为 Microsoft Word需要约30兆字节的随机存取存储空间和每秒可执行几百万条指令的处理器。不过控制一台微波炉可不需要Microsoft Word这么复杂的程序。你要使用微控制器完成的是一个具体的任务，而且低成本、低功耗运行才是最重要的。

在电子门工作原理一文中，你了解到了7400系列TTL（晶体管逻辑电路）元件，在哪里购买以及如何装配它们。 你会发现要实现一个简单的装置通常需要很多门电路。 例如，在数字时钟部分，我们所设计的时钟可能需要15到20片芯片。微控制器的主要优势之一就在于，软件（你编写并在控制器上执行的那个小程序）可以取代许多门电路。 因此，本文中我们将用微控制器制作一台数字时钟。 这将是一台非常昂贵的数字时钟（近200美元！），但是在这一过程中，你将积累下今后几年使用微控制器需要的各种知识。 即使并不实际动手制作这样一个数字时钟，阅读相关内容就能让你获益良多。

这里用到的一款微控制器是专为方便日常生活设计的。 它是Parallax公司开发的名为“BASIC Stamp”的微控制器。 BASIC Stamp是一个兼容BASIC程序设计语言的PIC微控制器。使用BASIC程序设计语言使得微控制器的软件编写变得十分容易。 微控制器配套提供了一个9伏电池供电的母板，通过和计算机的一个端口相连对其进行编程。没有一个制造商会在实际的产品中使用BASIC Stamp——因为 Stamp价格高且速度慢（相对而言）。 但是，为进行实验建模或一次性演示产品使用Stamp非常普遍，因为它的设置和使用是令人难以置信的轻松。

该微控制器之所以被称为“Stamps”是因为它只有一张邮票大小。

Parallax公司生产了两种版本的BASIC Stamp：BS-1与BS-2。下面是两种版本的对比：

比较项目	BS-1	BS-2
随机存取存储器	14字节	26字节
电可擦除只读存储器	256字节	2000字节
最大程序长度	约75条指令	约600条指令
执行速度	每秒2,000行	每秒4,000行
输入输出引脚	8	16

本文中用到的是一个名为“BASIC Stamp修正版D”的微控制器（如下图所示）。

BASIC Stamp修正版D是一个BS-1芯片，安装在一块9伏电池供电的母板上。配套组件包括：电压调节器、程序连接电缆、输入输出引脚插针以及一小块建模区域。你也可以单独购买一块BS-1芯片，在面包板上和其他元件相连。修正版D只不过更加方便一些。

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