走进单片机世界

　　　当今大家对计算机已经不陌生了。从铺天盖地的计算机学习班广告到有关任职必须具备计算机知识的通知,已经使我们自觉不自觉地进入了计算机的世界。但是还有一类计算机我们可能并不熟悉,它就在我们面前,这就是单片机。单片机顾名思义就是将计算机集成到一个芯片上,正因为如此,它已经深入到电饭堡:洗衣机、录象机、电话、汽车、火车、飞机、火箭、医疗器械等各个地方,甚至在微机里也有单片机在默默地工作。因此了解单片机的工作原理、掌握它的使用方法就成了十分有意义的事情。本刊从本期开始,系统地、通俗地介绍这方面的知识。

一、从晶体管到单片机

　　 为了有个对比,在搭乘单片机列车之前,先回顾一下我们已经熟悉的传统的电子世界。在传统的电子世界里,电子管已经退役多时了,虽然现在“胆机”在音响发烧友中间又流行起来,但是在控制领域电子管已经远远的离开了舞台,我们不再花时间讨论。晶体管是电子爱好者们熟悉的器材,我们对于二极管的整流原理和三极管的放大原理非常熟悉,但是对于它们所构成的逻辑电路是否也很熟悉呢？我们不妨共同做一简要复习。

　　　用二极管构成的与门电路,它是怎样工作的？读者不妨自己先叙述一下,看看我们想的是否相同。当A和B都接到地时,C端由于两个二极管都导通,二极管的导通压降是很小的,可以近似认为是0伏,也就是处于低电平。当A接地,B接到+5V时,C端没有发生根本变化。这是因为二极管D1的导通使C点仍为低电平,B点虽然接到+5V, 但是D2未导通,所以C点仍为低电平。当A接十5V,B接地 时情况同样如此。只有A和日同时接到+5V时,两只二极管都不导通了,此时C点升到+5V。

　　　结论是: 与门电路的输入端只有一个接低电平,输出就为低电平,只有全部输入都为高电平时,输出才为高电平。简单说就是:A为高“与”B为高,输出才为高。把电路改变一下接法就构成了或门电路,工作原理 不再赘述,只把结论写在这里: 或门电路的输入端只要有一个接高电平,输出就为高电平, 只有输入端全部接低电平时,输出才为低电平。简化为:A为高 “或”B为高,输出就为高。

　　　还有一种“非”门电路:当输入为高时,输出为低;当输入为低时,输出为高。用一个三极管就可以构成非门电路。当三极管的基极输入为高电平时三极管饱和,集电极输出近似为0V也就是低电平;反之,当基极接低电平时三极管截止,集电极输出接近+5V为高电平。输入和输出总是相反,故称之为非门。

　　　与、或、非电路是逻辑电路的基本形式。由理论可知:
　　　一切逻辑电路都可以通过这三种基本逻辑电路的组合形成。在逻辑电路中为了突出电路之间的逻辑关系,不再关心是用什么器件产生的逻辑关系,也不考虑电路的输入是接到三极管的基极还是接到二极管的阳极,而是用一个逻辑符号表示之间的联系。三种基本逻辑电路对应的符号标在图的下部。

　　　随着技术的进步和社会发展的需要,直接由三极管构成逻辑电路在体积和功能上已经不能满足需要了,于是产生了集成电路。早期集成电路----一片芯片集成了几个或几十个晶体管,称之为小规模集成电路。后来集成度提高到几百,几千个晶体管, 称之为大规模集成电路,现在一个芯片可以集成相当于几十万、几百万或更多的晶体管称为超大规模集成电路。这样从电子管时间算起,电子电路经历了四代变迁。

　　　从集成电路来看,比晶体管在性能上有极大提高,体积大 大缩小、功能也更加完善,单以74类门电路为例就有LLS、HC等不同系列,每个系列都有几百个品种。用它们可以组合出各种各样的电路。逻辑集成电路的出现为逻辑电路的广泛应用打下了基础。

　　　逻辑电路可以分为两种类型:组合电路和时序电路。 像上面介绍的单个与、或、非门电路就属于“组合电路”。 这类电路的特点是:输出状态跟随输入状态变化,输入状态一旦发生变化,输出立即改变。并且输出状态和输入状态一一对 应:每一种输入状态对应唯一的输出状态。

　　　另一类逻辑电路称“时序电路”;这类电路的输出不但和当时的输入状态有关,还与以前的状态有关。计数器就是一种典 型的时序电路。计数器的输入端每接受一个脉冲,输出端的状态就发生一次变化,并且输出的状态是与前一次状态有关的。以 74LS161为例,这个集成电路有一个时钟输入端、四个输出端和一些辅助端。当按器件规定接好线路后,在时钟端每输入一个脉冲,输出状态就变化一次。最初清零后四个输出端QA、 QB、QC、QD均为0。第一个脉冲到来后QA=1,其余输出仍为0。第二个脉冲到来后QA=0、QB=1,其余为0。依次输入脉冲。

　　　可以看到从同一个输入端进入信号,输出却有不相同变化。 计数器的应用非常广泛。将前端接上机械开关或光电开关就可作为流水线产品计数;把标准时间脉冲作为输入,就可以作为精确的定时器。

　　因为栏目所限,基础部分不能写的很多、很细,那些知识可以由三极管原理、数字电路知识等类似的学习材料得到,不能完全包含在本栏目的范围内。同样原因,对于单片机的原理也不会是全面的、系统的讲解,而是从使用者的角度,将最基本、最常角的内容做一简单介绍,达到“人门”的目的。

　　　预计通过阅读这个栏目,配合基本练习,可以掌握单片机的基本知识;学会使用单片机的基本方法;能够进行简单程序(几十行)的阅读;基本程序(上百行)的编写,为进一步深造打下基础。需要强调的一点是:计算机(自然包括单片机)是实践性很强的一门技术。一定要通过实践来理解基本原理,至少要将文中介绍的实验亲手实践一遍,最好举一反三用自己编写的程序验证所学习的知识。到底情况如何,可以通过实践体会一下。 如果真的还有什么困难,我也愿和大家一起克服,共同进入单片机世界。

　　　在本次驶往单片机世界的列车即将启动的时候,请旅客检查一下:自己希望乘座的列车车次、日期、方向是否和本车相符,如果有误请及时更换,以免延误您的行程。