單片機的參考文獻(xiàn)內(nèi)容
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單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。
單片機的參考文獻(xiàn)
[1]陳堂敏.劉煥平主編.單片機原理與應(yīng)用.北京:北京理工大學(xué)出版社,2007.
[2]沈美明.溫動蟬編著.IBM-PC匯編語言程序設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,1994.
[3]張仰森等編.微型計算機常用軟硬件技術(shù)速查手冊.北京:北京希望電腦公司,1994.
[4]江修汗等編.計算機控制原理與應(yīng)用.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1999.
發(fā)展歷史
單片機（Microcontrollers）誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)�；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。
而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。高端的32位Soc單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。
當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。
主要階段
早期階段
SCM即單片微型計算機（Microcontrollers）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。
中期發(fā)展
MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。
當(dāng)前趨勢
SoC嵌入式系統(tǒng)(System on Chip）式的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
早期發(fā)展
1971年intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。
1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）其中4004（下圖）包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價為200美元。
1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。
1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。
主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。
1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair 8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。
1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機，這也是單片機的問世。
Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設(shè)備。當(dāng)時，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。
20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機。MCS-51系列單片機無論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。
【拓展內(nèi)容】
電氣自動化單片機論文
【摘要】
過去的以教師為中心的單片機課程教學(xué)，由于課程的綜合性太強使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對很多知識點難以接受，我們通過對本門課程項目式和模塊化改革的結(jié)合，合理安排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源，降低初學(xué)者入門門檻，引導(dǎo)學(xué)生以興趣為導(dǎo)向，極大的提高了學(xué)習(xí)者主動獲取知識的意愿，明顯提高了本課程的教學(xué)效果。
【關(guān)鍵詞】模塊化教學(xué)；項目驅(qū)動；教學(xué)改革
“單片機技術(shù)”課程在本科院校里是電子信息類專業(yè)的必修課程，這門課程是以電子技術(shù)基礎(chǔ)，編程語言，計算機理論等知識為基礎(chǔ)的一門專業(yè)性和應(yīng)用性很強的綜合性課程�；谝陨咸攸c，對于初學(xué)者來說對單片機的理論知識的正確把握往往感覺比較吃力，給初學(xué)者造成學(xué)習(xí)困難。但是經(jīng)過我們多年的教學(xué)經(jīng)驗，這類有很強的應(yīng)用性和實用性的課程，以項目式教學(xué)更能推動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時模塊化的教學(xué)設(shè)計更能降低初學(xué)者入門的門檻。兩者相結(jié)合教學(xué)方法的采用對本門課程的教學(xué)效果提升明顯.
1、單片機項目驅(qū)動教學(xué)法
以往的單片機教學(xué)模式是以教師為中心，老師在課堂上按照教材，或者教學(xué)大綱按部就班的講授理論原理和知識點；以課堂教學(xué)為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)為被動接受，由于知識點綜合性比較強，理論太深奧使得學(xué)生往往學(xué)習(xí)興趣不高，同時缺乏動手實踐機會，教學(xué)效果一般不夠理想。以項目驅(qū)動的教學(xué)法是學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以實踐應(yīng)用為根本目標(biāo)，圍繞具體的項目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，通過師生共同參與完成一個具體的項目而展開的教學(xué)活動。注重的不是最終的結(jié)果，而是項目完成的過程，在項目的教學(xué)實施過程中，學(xué)生按需學(xué)習(xí)，親身實踐，學(xué)生在項目的實踐過程中，理解知識和掌握技能，學(xué)習(xí)成為一個參與的創(chuàng)造實踐活動，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。引進(jìn)單片機項目教學(xué)方式打破了原有的教學(xué)組織安排，以項目的開發(fā)步驟作為教學(xué)內(nèi)容，將課程的內(nèi)容分解為一個個小項目，從項目引入到項目解析再到任務(wù)分解然后到知識點講解最后知識點應(yīng)用，將原教學(xué)方案里單片機的知識點穿插到具體項目開發(fā)的過程中。這里面包含了軟、硬平臺搭建到項目展開再到項目完成的一系列教學(xué)活動，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，按照這種方法我們將以往教學(xué)體系中的知識內(nèi)容變化為若干個工程項目，然后圍繞著這些工程項目任務(wù)的展開同時開展教學(xué)，讓學(xué)生以具體工作目標(biāo)的展開來進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的工作。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在這整個過程中，學(xué)生能很好的把握課程的知識要求，在體驗創(chuàng)新與探索的過程中，又培養(yǎng)了學(xué)生們的分析解決問題的能力及團(tuán)隊協(xié)作能力等。
2、模塊化的單片機教學(xué)方法
任何復(fù)雜的系統(tǒng)都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是如此，一般由cpu系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、I/O口等。同時任何復(fù)雜的電路系統(tǒng)都可以分解為多個具備單一功能的模塊電路，按照這個思路，學(xué)習(xí)單片機系統(tǒng)我們也可以從單片機的功能模塊電路入手，我們根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，和學(xué)習(xí)單片的一般原理的方法，機將單片機教學(xué)模塊分成幾個部分，這里面每個部分有自己的專用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對硬件電路設(shè)計部分進(jìn)行模塊化設(shè)計，將單片機的各個功能模塊以獨立的原理圖形式出現(xiàn)，我們把單片機個硬件按功能分為了鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個模塊通過面包板上預(yù)留的連接器與系統(tǒng)主板進(jìn)行連接，然后用排線組合成所需要的系統(tǒng)。在教學(xué)過程中，要不斷收集遇到的各種硬件功能模塊電路，弄清它們的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系統(tǒng)化整為零，建立起自己的硬件模塊庫。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會搜集、分析別人的設(shè)計案例、論文和相關(guān)書籍中的功能模塊電路，不斷地充實自己的功能模塊電路庫，日積月累，學(xué)生就會覺得自己的單片機系統(tǒng)設(shè)計能力越來越強。最后在進(jìn)行模塊分解時，各模塊功能盡可能專一，聯(lián)系盡可能簡單，使模塊獨立性強，方便教學(xué)實用的模塊。
3、總結(jié)
新興本院校定位應(yīng)用型教學(xué)型高校，以培應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上的以項目驅(qū)動法教學(xué)和模塊化教學(xué)為主線，以實際應(yīng)用為培養(yǎng)為目標(biāo)的“單片機技術(shù)”課程教學(xué)改革思路，按照這個方式能使學(xué)生在項目模塊化的環(huán)節(jié)中一步一個臺階。此教學(xué)法脫離了枯燥無味的說教模式，使學(xué)生在具體的設(shè)計項目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來投入到學(xué)習(xí)中，思維能力、動手能力、學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學(xué)習(xí)過程中所積累的各種電路系統(tǒng)模塊也促進(jìn)構(gòu)建成學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新實踐、參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的重要模塊庫，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和成就感。法國文化教育學(xué)家斯普朗格曾言：教育的最終目的不是傳授已有的東西，而是要把人的創(chuàng)造力量誘導(dǎo)出來。本課程的教學(xué)改革正是朝著這個方向前進(jìn)。
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