工程師周亮 發表於 2018-11-12 15:49:08
本文就單片機在生活中具體的應用，娓娓道來單片機的發展歷程跟特性，並對單片機的前景進行了展望。
隨著城市公交事業的不斷發展，無人售票公共汽車已經越來越多地出現在各大城市的公交系統中，在這種情況下，傳統的依靠售票員共報站的方式不再適用，取而代之的是高自動化、高集成度、高智能化得語音報站系統。
公交車語音報站系統的使用，為乘客提供了更加人性化的服務，它不但能夠播報當前的到站站名，還能預報下一站的站名，有的報音系統還增加了許多附加功能，如轉乘提示、安全提示等等，使乘客能夠方便、安全地到達目的地。語音報站系統採用標準普通話報站，語音清晰流暢，並將相關信息通過屏顯示出來，滿足了不同類型乘客的需要。
模擬人聲進行報站和預報站，對所報站名進行漢字顯示，到站狀態顯示，站名語音信息的錄入，錄音、放音以及站名的選擇控制，這都是因為語音報站那樣一個系統，來實現這樣的基本功能。這只是AVR單片機的一個簡單的應用。
那麼簡單的說說AVR單片機吧。
單片機又稱單片微控制器，它是把一個計算機系統集成到一個晶片上，概括的講：一塊晶片就成了一臺計算機。單片機技術是計算機技術的一個分支，是簡易機器人的核心元件。可以說，二十世紀跨越了三個「電」的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎麼熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的「肚子」裡。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞--「智能型」，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業餘電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太複雜，就是功能太簡單且極易被仿製。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。
1997年，由ATMEL公司挪威設計中心的A先生與V先生利用ATMEL公司的Flash新技術，共同研發出RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。
AVR單片機的優勢特徵
單片機已廣泛地應用於軍事、工業、家用電器、智能玩具、可攜式智能儀表和機器人製作等領域，使產品功能、精度和質量大幅度提升，且電路簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。單片機種類很多，在簡易機器人製作和創新中，為什麼選用AVR單片機呢？
一、簡便易學，費用低廉
首先，對於非專業人員來說，選擇AVR單片機的最主要原因，是進入AVR單片機開發的門檻非常低，只要會操作電腦就可以學習AVR單片機的開發。單片機初學者只需一條ISP下載線，把編輯、調試通過的軟體程序直接在線寫入AVR單片機，即可以開發AVR單片機系列中的各種封裝的器件。AVR單片機因此在業界號稱「一線打天下」。
其次，AVR單片機便於升級。AVR程序寫入是直接在電路板上進行程序修改、燒錄等操作，這樣便於產品升級。
再次，AVR單片機費用低廉。學習AVR單片機可使用ISP在線下載編程方式（即把PC機上編譯好的程序寫到單片機的程序存儲器中），不需購買仿真器、編程器、擦抹器和晶片適配器等，即可進行所有AVR單片機的開發應用，這可節省很多開發費用。程序存儲器擦寫可達10000次以上，不會產生報廢品。
二、高速、低耗、保密
首先，AVR單片機是高速嵌入式單片機：
1、AVR單片機具有預取指令功能，即在執行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內執行。
2、多累加器型，數據處理速度快。AVR單片機具有32個通用工作寄存器，相當於有32條立交橋，可以快速通行。
3、中斷響應速度快。AVR單片機有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。
其次，AVR單片機耗能低。對於典型功耗情況，WDT關閉時為100nA，更適用於電池供電的應用設備。有的器件最低1.8V即可工作。
再次，AVR單片機保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖LOCkBit技術，保密位單元深藏於晶片內部，無法用電子顯微鏡看到。
三、I/O口功能強，具有A/D轉換等電路
1.AVR單片機的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。工業級產品，具有大電流（灌電流）10～40mA，可直接驅動可控矽SSR或繼電器，節省了外圍驅動器件。
2.AVR單片機內帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉換，可組成廉價的A/D轉換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。
3.部分AVR單片機可組成零外設元件單片機系統，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。
4.AVR單片機可重設啟動復位，以提高單片機工作的可靠性。有看門狗定時器實行安全保護，可防止程序走亂（飛），提高了產品的抗幹擾能力。
四、有功能強大的定時器/計數器及通訊接口
定時/計數器T/C有8位和16位，可用作比較器。計數器外部中斷和PWM（也可用作D/A）用於控制輸出，某些型號的AVR單片機有3～4個PWM，是作電機無級調速的理想器件。
AVR單片機有串行異步通訊UART接口，不佔用定時器和SPI同步傳輸功能，因其具有高速特性，故可以工作在一般標準整數頻率下，而波特率可達576K。
還有IAP功能，方便升級或銷毀應用程式。
從市場角度看AVR單片機
·性價比：AVR大部分型號的性價比較高，性價比表現突出的型號有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P
·供貨方面：通用型號的AVR供貨較為穩定，非常規型號的AVR樣品及供貨仍存在問題。
·市場佔有率：目前，AVR的市場佔有率還是不如PIC與51，但，AVR的優點使得AVR的市場佔有一直在擴展，AVR的年用量也一直在上漲。
從飛彈的導航裝置，到飛機上種儀表的控制；從計算機的網絡通訊與數據傳輸，到工業自動化過程的實時控制和數據處理；以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都不離不開單片機。以前沒有單片機時，這些東西也能做，但是只能使用複雜的模擬電路，然而這樣做出來的產品不僅體積大，而且成本高，並且由於長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。在單片機產生後，我們就將控制這些東西變為智能化了，我們只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。所以單片機的魔力不僅是在現在，在將來也會有更多的人來接受它、使用它。據深圳贛冠培訓中心單片機研究室主任黃老師介紹：根據國家權威統計顯示目前我國的單片機容量達3億片，且每年以大約20%的速度增長，但相對於世界市場我國的佔有率還不到1%。特別是沿海地區尤其像深圳這樣電子產品高度發達的地區構大部分都用到單片機，而且這種發展趨勢也不斷地向內地輻射。所以，學習單片機在我國有具有廣闊前景.
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