【電氣控制】從0到1硬體工程師學習如何開始？（附主流單片機的詳情）

原標題：【電氣控制】從0到1硬體工程師學習如何開始？（附主流單片機的詳情）

正文

首先，「嵌入式」這是個概念，準確的定義沒有，各個書上都有各自的定義。但是主要思想是一樣的，就是相比較PC機這種通用系統來說，嵌入式系統是個專用系統，結構精簡，在硬體和軟體上都只保留需要的部分，而將不需要的部分裁去。所以嵌入式系統一般都具有便攜、低功耗、性能單一等特性。

然後，MCU、DSP、FPGA這些都屬於嵌入式系統的範疇，是為了實現某一目的而使用的工具。

硬體工程師學習從何開始？

單片機:通常無操作系統，用於簡單的控制，如電梯，空調等。

dsp:用於複雜的計算，像離散餘弦變換、快速傅里葉變換，常用於圖像處理，在數碼相機等設備中使用。

arm:一個英國的晶元設計公司，但是不生產晶元。只賣知識產權。

fpga:現場可編程門陣列，以硬體描述語言（Verilog 或 VHDL）所完成的電路設計，可以經過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進行測試，是現代 IC 設計驗證的技術主流。

嵌入式是相對於台式電腦而言，系統可裁剪，形態各異，可能體積、功耗、成本受限、實時性要求高，如示波器，手機，平板電腦，全自動洗衣機，路由器、數碼相機，這些設備中，雖然看不到台式機的存在，但是都有一個或多個嵌入式系統在工作。

根據對象體系的功能複雜性和計算處理複雜性，提供的不同選擇。對於簡單的家電控制嵌入式系統，採用簡單的8位單片機就足夠了，價廉物美，對於手機和遊戲機等，就必須採用32位的ARM和DSP等晶元了。FPGA是一種更偏向硬體的實現方式。

所以要通過學習成為硬體工程師，要從單片機開始，然後學習ARM和DSP之類。

市面上七大主流單片機的詳細介紹：

單片機現在可謂是鋪天蓋地，種類繁多，讓開發者們應接不暇，發展也是相當的迅速，從上世紀80年代，由當時的4位8位發展到現在的各種高速單片機。

51單片機

51單片機之所以成為經典，成為易上手的單片機主要有以下特點：

特性：

1.從內部的硬體到軟體有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，處理對象不是字或位元組而是位。不但能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。

2. 同時在片內RAM區間還特別開闢了一個雙重功能的地址區間，使用極為靈活，這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，

3. 乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。

STM32單片機

由ST廠商推出的STM32系列單片機，行業的朋友都知道，這是一款性價比超高的系列單片機，應該沒有之一，功能及其強大。

其基於專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M內核其強大的功能主要表現在：

特性：

1.內核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，單周期乘法和硬體除法

2.存儲器：片上集成32-512KB的Flash存儲器。6-64KB的SRAM存儲器

3.調試模式：串列調試(SWD)和JTAG介面。最多高達112個的快速I/O埠、最多多達11個定時器、最多多達13個通信介面

PIC單片機

PIC單片機系列是美國微芯公司(Microship)的產品，共分三個級別,即基本級、中級、高級，是當前市場份額增長最快的單片機之一，CPU採用RISC結構,分別有33、35、58條指令,屬精簡指令集。

特點：

1.具有低工作電壓、低功耗、驅動能力強等特點。

2.當置位1時為輸入狀態,且不管該腳呈高電平或低電平,對外均呈高阻狀態;置位0時為輸出狀態,不管該腳為何種電平,均呈低阻狀態,有相當的驅動能力,低電平吸入電流達25mA,高電平輸出電流可達20mA。相對於51系列而言,這是一個很大的優點

3.它可以直接驅動數碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位,能滿足精度要求。具有在線調試及編程(ISP)功能。

AVR單片機

AVR單片機是Atmel公司推出的較為新穎的單片機,其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期,以時鐘周期為指令周期,實行流水作業。

AVR單片機指令以字為單位,且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執行本指令功能,同時完成下一條指令的讀取。

通常時鐘頻率用4～8MHz,故最短指令執行時間為250～125ns。AVR單片機能成為最近仍是比較火熱的單片機，主要的特點：

1.AVR系列沒有類似累加器A的結構,它主要是通過R16～R31寄存器來實現A的功能。

2.AVR的專用寄存器集中在00～3F地址區間,無需像PIC那樣得先進行選存儲體的過程,使用起來比PIC方便。

3.AVR的I/O腳類似PIC,它也有用來控制輸入或輸出的方向寄存器,在輸出狀態下,高電平輸出的電流在10mA左右,低電平吸入電流20mA。這點雖不如PIC,但比51系列還是要優秀的…

STC單片機

說到STC單片機有人會說到，STC也能算主流，估計要被噴了~~我們基於它是國內還算是比較不錯的單片機來說。

STC單片機是宏晶生產的單時鐘/機器周期的單片機，說白了STC單片機是51與AVR的結合體，有人說AVR是51的替代單片機，但是AVR單片機在位控制和C語言寫法上存在很大的差異。特性：

1.下載燒錄程序用串口方便好用，容易上手，擁有大量的學習資料及視頻，最著名的要屬於杜老師的那個視頻了，好多對單片機有興趣的朋友都是通過這個視頻入門的，同時具有寬電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V, 低功耗設計：空閑模式，掉電模式(可由外部中斷喚醒)

2.STC單片機具有在應用編程，調試起來比較方便;帶有10位AD、內部EEPROM、可在1T/機器周期下工作，速度是傳統51單片機的8~12倍，價格也較便宜

3.4 通道捕獲/比較單元，STC12C2052AD系列為2通道，也可用來再實現4個定時器或4個外部中斷，2個硬體16位定時器，兼容普通8051的定時器...

轉自：電子發燒友

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