很多接觸機器人或單片機不久的朋友面對種類繁多的單片機常會困惑，到底它們之間有何不同？制作機器人到底用哪種單片機控制比較好？當(dāng)我們選擇了一種單片機后，有何捷徑能迅速掌握并應(yīng)用這種單片機？本文嘗試用一種通俗易懂的方法解讀上述問題，并設(shè)計了一種有深度的單片機控制機器人的實例，希望能起到拋磚引玉的作用。我與大家分享我使用單片機的一些經(jīng)驗，希望能讓初學(xué)者少些迷茫，讓已經(jīng)入門的朋友思維開闊。
寫本文時我僅有3年單片機實踐經(jīng)驗，比較了解51系列和AVR系列單片機，因此著重討論了AVR單片機，我經(jīng)驗有限，有錯誤在所難免，希望朋友們批評指正！
一單片機和CPU、個人電腦的區(qū)別和聯(lián)系
這部分內(nèi)容比較初級，但很多朋友剛接觸單片機時或許對下面的問題不是很清楚。
1 什么是CPU？
CPU中文名稱為“中央處理器”，典型代表為英特爾8086處理器，現(xiàn)在的奔騰X處理器都是8086的直系后代。處理器，顧名思義，其功能是處理數(shù)據(jù)，對于中央處理器，就是在數(shù)據(jù)處理中處于核心地位的處理器，聽起來似乎很復(fù)雜，但實際上核心就是一個ALU“算術(shù)邏輯單元”。這個單元由一些數(shù)字門電路組成，僅能完成括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。CPU內(nèi)部包含ALU，除此之外CPU還有時鐘電路，CPU運行的基本原理是：時鐘電路產(chǎn)生計數(shù)脈沖，這個脈沖控制著一個累加器，即每產(chǎn)生一個時鐘脈沖，累加器加1，這個累加值以16進制數(shù)字的形式通過地址總線唯一選通程序儲存器中一個儲存單元(在CPU外部)，這個單元將內(nèi)部儲存的程序命令代碼通過數(shù)據(jù)總線送到ALU中，ALU根據(jù)代碼不同執(zhí)行不同操作，比如把某寄存器數(shù)值和某數(shù)值相加等，然后將計算結(jié)果輸出到IO口或者各個總線上。
總之，CPU的工作就是把程序中的命令代碼翻譯成不同任務(wù)，然后執(zhí)行，輸出執(zhí)行結(jié)果。CPU在一切數(shù)字計算機中都發(fā)揮了核心作用，即計算機都有CPU。
2 什么是個人電腦？
由于CPU只有計算功能，其計算的結(jié)果需要通過顯示器、音箱輸出，而其工作的依據(jù)，即程序命令則依靠硬盤儲存，其執(zhí)行任務(wù)時動態(tài)存取的數(shù)據(jù)要保存在內(nèi)存中，而人可以通過鍵盤控制程序命令的執(zhí)行過程，把所有這些CPU的外設(shè)組合在一起就叫做“個人電腦”。
3 什么是單片機？
個人電腦功能強大，計算速度快，是較為理想的計算機。但當(dāng)我們需要用一個小裝置控制微波爐定時開關(guān)時，個人電腦就顯得笨重和昂貴。因此人們設(shè)計出一種濃縮型電腦，大的有幾平方厘米，小的比米粒還小，它們叫做“單片機”——單片微型計算機。CPU是一個芯片，單片機也是一個芯片，看起來外觀差不多，它們有什么不同呢？答案是：單片機內(nèi)除了集成有CPU外，還集成了程序儲存器ROM(可理解為硬盤)、數(shù)據(jù)儲存器RAM(可理解為內(nèi)存)，輸入輸出接口(可理解為顯示器、鍵盤插座)，有的單片機內(nèi)還集成了電機驅(qū)動電路、視頻解碼電路、AD轉(zhuǎn)換器、無線傳輸電路等，使得單片機功能變得非常強大。單片機的特長在于可以用單個芯片和簡單外部電路去實現(xiàn)復(fù)雜的控制操作，因此非常適合機器人控制。其實在絕大多數(shù)機器人中都有單片機的影子。簡單的和中等復(fù)雜的機器人可以用單片機直接控制，高度復(fù)雜的機器人用“個人電腦”或者“超級計算機”指揮許多單片機來完成機器人控制。
4 學(xué)習(xí)單片機的捷徑是什么？
所謂捷徑就是少走彎路。我剛開始學(xué)單片機時走了不少彎路，很多朋友和我都有相似的經(jīng)歷，剛開始接觸單片機，面對琳瑯滿目的圖書教材，不知選擇哪本；想實踐時不知到哪買單片機；不知如何編程下載程序……
A對于初學(xué)者仔細看本文就是學(xué)習(xí)單片機的捷徑之一。
B到圖書館或者書店在數(shù)十本單片機書中選一本你能看懂，而且覺得案例有趣的“實在、生動、活潑”的單片機書做為你的入門讀物。
C建議先從51單片機學(xué)起。掌握51后再學(xué)AVR，然后學(xué)ARM、DSP等。
D在學(xué)習(xí)過程中實踐非常必要。你需要一臺電腦。如果是臺式電腦，你可以花十幾元購買25針并口下載線，如果是筆記本電腦，你只能購買幾十元到幾百元的USBISP編程器。
E用萬用板自己焊一個單片機最小系統(tǒng)，或者購買開發(fā)板。沒有必要使用昂貴的仿真器
