單片機的參考文獻內容
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單片機又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計算機系統集成到一個(gè)芯片上。
單片機的參考文獻
[1]陳堂敏.劉煥平主編.單片機原理與應用.北京:北京理工大學(xué)出版社,2007.
[2]沈美明.溫動(dòng)蟬編著(zhù).IBM-PC匯編語(yǔ)言程序設計.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�；谶@一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著(zhù)工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現了16位單片機，但因為性?xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著(zhù)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(zhù)INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應用，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(chǎng)。
而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。高端的32位Soc單片機主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號出廠(chǎng)價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。
當代單片機系統已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統被廣泛應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(zhuān)用的Windows和Linux操作系統。
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)嵌入式系統的最佳體系結構�！皠�(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(kāi)創(chuàng )嵌入式系統獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。
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：不斷擴展滿(mǎn)足嵌入式應用時(shí)，對象系統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(chǎng)家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀(guān)因素。在發(fā)展MCU方面，最著(zhù)名的廠(chǎng)家當數Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(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，當我們回顧嵌入式系統發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jì)。
當前趨勢
SoC嵌入式系統(System on Chip）式的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統在芯片上的最大化解決，因此，專(zhuān)用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著(zhù)微電子技術(shù)、IC設計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應用系統設計會(huì )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用系統。
早期發(fā)展
1971年intel公司研制出世界上第一個(gè)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，標志著(zhù)第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和微機時(shí)代從此開(kāi)始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志列為“二戰以來(lái)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（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(gè)晶體管，尺寸規格為3mm×4mm，計算性能遠遠超過(guò)當年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。
1972年4月，霍夫等人開(kāi)發(fā)出第一個(gè)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(gè)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(gè)通用型Altair 8800，售價(jià)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(wèn)世。
Zilog公司于1976年開(kāi)發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動(dòng)控制設備。當時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。
20世紀80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機的基礎上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機。MCS-51系列單片機無(wú)論是片內RAM容量，I/O口功能，系統擴展方面都有了很大的提高。
【拓展內容】
電氣自動(dòng)化單片機論文
【摘要】
過(guò)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)習過(guò)程中對很多知識點(diǎn)難以接受，我們通過(guò)對本門(mén)課程項目式和模塊化改革的結合，合理安排教學(xué)內容和教學(xué)資源，降低初學(xué)者入門(mén)門(mén)檻，引導學(xué)生以興趣為導向，極大的提高了學(xué)習者主動(dòng)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)；項目驅動(dòng)；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(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課程，這門(mén)課程是以電子技術(shù)基礎，編程語(yǔ)言，計算機理論等知識為基礎的一門(mén)專(zhuān)業(yè)性和應用性很強的綜合性課程�；谝陨咸攸c(diǎn)，對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)對單片機的理論知識的正確把握往往感覺(jué)比較吃力，給初學(xué)者造成學(xué)習困難。但是經(jīng)過(guò)我們多年的教學(xué)經(jīng)驗，這類(lèi)有很強的應用性和實(shí)用性的課程，以項目式教學(xué)更能推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習興趣，同時(shí)模塊化的教學(xué)設計更能降低初學(xué)者入門(mén)的門(mén)檻。兩者相結合教學(xué)方法的采用對本門(mén)課程的教學(xué)效果提升明顯.
1、單片機項目驅動(dòng)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(diǎn)；以課堂教學(xué)為中心，學(xué)生學(xué)習為被動(dòng)接受，由于知識點(diǎn)綜合性比較強，理論太深奧使得學(xué)生往往學(xué)習興趣不高，同時(shí)缺乏動(dòng)手實(shí)踐機會(huì )，教學(xué)效果一般不夠理想。以項目驅動(dòng)的教學(xué)法是學(xué)生為主體，教師為主導，以實(shí)踐應用為根本目標，圍繞具體的項目構建教學(xué)內容體系，通過(guò)師生共同參與完成一個(gè)具體的項目而展開(kāi)的教學(xué)活動(dòng)。注重的不是最終的結果，而是項目完成的過(guò)程，在項目的教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生按需學(xué)習，親身實(shí)踐，學(xué)生在項目的實(shí)踐過(guò)程中，理解知識和掌握技能，學(xué)習成為一個(gè)參與的創(chuàng )造實(shí)踐活動(dòng)，培養分析和解決問(wèn)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(kāi)發(fā)步驟作為教學(xué)內容，將課程的內容分解為一個(gè)個(gè)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(diǎn)講解最后知識點(diǎn)應用，將原教學(xué)方案里單片機的知識點(diǎn)穿插到具體項目開(kāi)發(fā)的過(guò)程中。這里面包含了軟、硬平臺搭建到項目展開(kāi)再到項目完成的一系列教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習，按照這種方法我們將以往教學(xué)體系中的知識內容變化為若干個(gè)工程項目，然后圍繞著(zhù)這些工程項目任務(wù)的展開(kāi)同時(shí)開(kāi)展教學(xué)，讓學(xué)生以具體工作目標的展開(kāi)來(lái)進(jìn)行教學(xué)環(huán)節的工作。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性和創(chuàng )新能力，調動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習積極性。在這整個(gè)過(guò)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(guò)程中，又培養了學(xué)生們的分析解決問(wèn)題的能力及團隊協(xié)作能力等。
2、模塊化的單片機教學(xué)方法
任何復雜的系統都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機應用系統也是如此，一般由cpu系統、中斷系統、I/O口等。同時(shí)任何復雜的電路系統都可以分解為多個(gè)具備單一功能的模塊電路，按照這個(gè)思路，學(xué)習單片機系統我們也可以從單片機的功能模塊電路入手，我們根據學(xué)生的認知規律，和學(xué)習單片的一般原理的方法，機將單片機教學(xué)模塊分成幾個(gè)部分，這里面每個(gè)部分有自己的專(zhuān)用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對硬件電路設計部分進(jìn)行模塊化設計，將單片機的各個(gè)功能模塊以獨立的原理圖形式出現，我們把單片機個(gè)硬件按功能分為了鍵盤(pán)模塊、數碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數轉換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個(gè)模塊通過(guò)面包板上預留的連接器與系統主板進(jìn)行連接，然后用排線(xiàn)組合成所需要的系統。在教學(xué)過(guò)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，把系統化整為零，建立起自己的硬件模塊庫。指導學(xué)生學(xué)會(huì )搜集、分析別人的設計案例、論文和相關(guān)書(shū)籍中的功能模塊電路，不斷地充實(shí)自己的功能模塊電路庫，日積月累，學(xué)生就會(huì )覺(jué)得自己的單片機系統設計能力越來(lái)越強。最后在進(jìn)行模塊分解時(shí)，各模塊功能盡可能專(zhuān)一，聯(lián)系盡可能簡(jiǎn)單，使模塊獨立性強，方便教學(xué)實(shí)用的模塊。
3、總結
新興本院校定位應用型教學(xué)型高校，以培應用型、創(chuàng )新型人才為目標。在此基礎上的以項目驅動(dòng)法教學(xué)和模塊化教學(xué)為主線(xiàn)，以實(shí)際應用為培養為目標的“單片機技術(shù)”課程教學(xué)改革思路，按照這個(gè)方式能使學(xué)生在項目模塊化的環(huán)節中一步一個(gè)臺階。此教學(xué)法脫離了枯燥無(wú)味的說(shuō)教模式，使學(xué)生在具體的設計項目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來(lái)投入到學(xué)習中，思維能力、動(dòng)手能力、學(xué)習能力以及團隊協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學(xué)習過(guò)程中所積累的各種電路系統模塊也促進(jìn)構建成學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng )新實(shí)踐、參加大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練的重要模塊庫，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)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 )造力量誘導出來(lái)。本課程的教學(xué)改革正是朝著(zhù)這個(gè)方向前進(jìn)。
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