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夫君子之行,静以修身,俭以养德.非澹泊无以明志, 非宁静无以致远.夫学须静也,才须学也,非学无以广才,非志无以成学,淫漫则不能励精,险躁则不能治性,年与时驰,意与日去,遂成枯落,多不接世,悲守穷庐,将复何及!

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从无线电世界到单片机世界  

2009-06-02 22:52:54|  分类: embed |  标签: |举报 |字号 订阅

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从无线电世界到单片机世界

何立民

  现代计算机技术的产业革命,将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域,从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统),而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。
  一、 无线电世界造就了几代英才
  在20世纪五六十年代,最具代表的先进的电子技术就是无线电技术,包括无线电广播、收音、无线通信(电报)、业余无线电台、无线电定位、导航等遥测、遥控、遥信技术。早期就是这些电子技术带领着许多青少年步入了奇妙的电子世界,无线电技术展示了当时科技生活美妙的前景。电子科学开始形成了一门新兴学科。无线电电子学、无线通信开始了电子世界的历程。
  无线电技术不仅成为了当时先进科学技术的代表,而且从普及到专业的科学领域,吸引了广大青少年,并使他们从中找到了无穷的乐趣。从床头的矿石收音机到超外差收音机;从无线电发报到业余无线电台;从电话、电铃到无线电操纵模型。无线电技术成为当时青少年科普、科技教育最普及、最广泛的内容。至今,许多老一辈的工程师、专家、教授当年都是无线电爱好者。无线电技术的无穷乐趣、无线电技术的全面训练,从电子学基本原理、电子元器件基础到无线电遥控、遥测、遥信电子系统制作,培养出了几代科技英才。
  二、 从无线电时代到电子技术普及时代
  早期的无线电技术推动了电子技术的发展,其中最主要的是真空管电子技术向半导体电子技术的发展。半导体电子技术使有源器件实现了微小型化和低成本,使无线电技术有了更大普及和创新,并大大地开阔了许多非无线电的控制领域。
  半导体技术发展导致集成电路器件的产生,形成了近代电子技术的飞跃,电子技术从分立器件时代走进了电路集成时代。电子设计工程师不再用分立的电子元器件设计电路单元,而直接选择集成化的电路单元器件构成系统。他们从电路单元设计中解放出来,致力于系统设计,大大地解放了科技生产力,促进了电子系统更大范围的普及。
  半导体集成电路首先在基本数字逻辑电路上取得突破。大量数字逻辑电路,如门电路、计数器、定时器、移位寄存器以及模拟开关、比较器等,为电子数字控制提供了极佳的条件,使传统的机械控制转向电子控制。功率电子器件以及传感技术的发展使原先以无线电为中心的电子技术开始转向工程领域中的机械系统的数字控制,检测领域中的信息采集,运动机械对象的电气伺服驱动控制。
  半导体及其集成电路技术将我们带入了一个电子技术普及时代,无线电技术成为电子技术应用领域的一个部分。
  进入20世纪70年代,大规模集成电路出现,促进了常规的电子电路单元的专用电子系统发展。许多专用电子系统单元变成了集成化器件,如收音机、电子钟、计算器等,在这些领域的电子工程师从电路、系统的精心设计、调试转变为器件选择、外围器件适配工作。电子技术发展了,电子产品丰富了,电子工程师的难度减少了,但与此同时,无线电技术、电子技术的魅力却削弱了。半导体集成电路的发展使经典电子系统日趋完善,留在大规模集成电路以外的电子技术日益减少,电子技术没有了往昔无线电时代的无穷乐趣和全面的工程训练。
  三、 从经典电子技术时代到现代电子技术时代
  进入20世纪80年代,世纪经济中最重要的变革是计算机的产业革命。而计算机产业革命的最重要标志则是计算机嵌入式应用的诞生。近代电子计算机是应数值计算要求诞生的。在很长的时间内,电子计算机都是以发展海量数值计算为己任。但是电子计算机表现出的逻辑运算、处理、控制能力,吸引了电子控制领域的专家,他们要求发展能满足控制对象要求,实现嵌入式应用的计算机系统。如果将满足海量数据处理的计算机系统称为通用计算机系统,那么则可把嵌入到对象体系(如舰船、飞机、机车等)中的计算机系统称作嵌入式计算机。显而易见,两者的技术发展方向是不同的。前者要求海量数据存储、吞吐、高速数据处理分析及传输;而后者要求在对象环境中可靠运行,对外部物理参数的高速采集、逻辑分析处理和对外部对象的快速控制等。早期人们将通用计算机加上数据采集单元、输出驱动电路勉为其难地构成一个热处理炉的温控系统。这样的通用计算机系统不可能为大多数电子系统采用,而且要使通用计算机系统满足嵌入式应用要求,必然影响高速数值处理技术的发展。为了解决计算机技术发展的矛盾,在20世纪70年代,半导体专家另辟蹊径,完全按照电子系统的计算机嵌入式应用要求,将一个微型计算机的基本系统集成在一个芯片上,形成了早期的单片机(Single Chip Microcomputer)。单片机问世后,在计算机领域中开始出现了通用计算机系统和嵌入式系统的两大分支。此后,无论是嵌入式系统,还是通用计算机系统都得到了飞速的发展。
  早期虽然有通用计算机改装而成的嵌入式计算机系统,而真正意义上的嵌入式系统始于单片机的出现。因为单片机是专门为嵌入式应用设计的,单片机只能实现嵌入式应用。单片机能最好地满足嵌入式应用的环境要求,例如,芯片级的物理空间、大规模集成电路的低价位、良好的外围接口总线和突出控制功能的指令系统。
  单片机有计算机系统内核,嵌入到电子系统中,为电子系统智能化奠定了基础。因此,当前单片机在电子系统中的广泛使用,使经典电子系统迅速过渡到智能化的现代电子系统。
  四、 单片机开创了现代电子系统时代
  1单片机与嵌入式系统
  嵌入式系统源于计算机的嵌入式应用,早期嵌入式系统为通用计算机经改装后嵌入到对象体系中的各种电子系统,如舰船的自动驾驶仪,轮机监测系统等。嵌入式系统首先是一个计算机系统,其次它被嵌入到对象体系中、在对象体系中实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能,由于嵌入在对象体系中,嵌入式系统的计算机没有计算机的独立形式及功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的,因此单片机是最典型的嵌入式系统。早期的单片机只是按嵌入式应用技术要求设计的计算机单芯片集成,故名单片机。随后,单片机为满足嵌入式应用要求不断增强其控制功能与外围接口功能,尤其是突出控制功能,因此国际上已将单片机正名为微控制器(MCU,Microcontroller Unit)。
  2单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统
  单片机是器件级计算机系统,它可以嵌入到任何对象体系中去,实现智能化控制。小到微型机械,如手表、助听器。集成器件级的低价位,低到几元、十几元,足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户,正改变我们的生活,如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统,如微波炉采用单片机控制后,可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制;空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便,运行状态自动变换,还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。
  3嵌入式系统带动了整个电子产业
  目前电子元器件产业除了微处理器、嵌入式系统器件外,大多是围绕现代电子系统配套的元器件产业,例如满足人机交互用的按键,LED/LCD显示驱动、LED/LCD显示单元、语音集成器件等,满足数据采集通道要求的数字传感器、ADC、数据采集模块、信号调理模块等,满足伺服驱动控制的DAC、固体继电器、步进电机控制器、变频控制单元等,满足通信要求的各种总线驱动器、电平转换器等。
  世界电子元器件在嵌入式系统带动下,沿着充分满足嵌入式应用的现代电子系统要求发展。这就使原来经典电子系统的天地愈来愈小。电子系统中的各类从业人员应尽早转向现代电子系统的康庄大道。
  五、 单片机将造就新一代电子精英
  如果说五十年代起,无线电世界造就了几代精英,那么当今的单片机世界将会造就出新一代电子精英。
  1单片机带你进入智能化电子领域
  若将经典电子系统当作一个僵死的电子系统,那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。单片机应用系统的硬件结构给予电子系统“身躯”,单片机应用系统的应用程序赋予其“生命”。例如,在设计智能化仪器显示器的显示功能时,可在开机时显示系统自检结果,未进入工作时显示各种待机状态,仪器运行时显示运行过程,工作结束后可显示当前结果、自检结果、原始数据、各种处理报表等。在无人值守时,可给定各种自动运行功能。
  电子系统的智能化为无止境境界,常常不需硬件资源的增添就能实现各种翻新功能。这也是当前许多家用电器功能大量增设的因素之一。
  2单片机带你进入计算机工控领域
  21世纪是全人类进入计算机时代的世纪,许多人不是在制造计算机便是在使用计算机。在使用计算机的人们中,只有从事嵌入式系统应用的人才真正地进入到计算机系统的内部软、硬件体系中,才能真正领会计算机的智能化本质并掌握智能化设计的知识。从学习单片机应用技术入手是当今培养计算机应用软、硬件技术人才的最佳道路之一。
  3单片机带你进入最具魅力的电子世界
  独具魅力的单片机能使你体会到电脑的真谛,你可以用单片机亲自动手设计智能玩具,可以设计不同的应用程序实现不同的功能。既有硬件制作又有软件设计,既动脑、又动手。初级水平可开发智能玩具,用宏指令编程。中级水平可开发一些智能控制器,如电脑鼠、智能车、各种遥控模型。高级水平可开发机器人,如机器人足球赛,开发工业控制单元,网络通信等,并用汇编语言或高级语言设计应用程序。围绕单片机及嵌入式系统形成的电子产业的未来,将会为电子爱好者提供广阔的天地,一个比当年无线电世界更广阔、更丰富、更持久、更具魅力的电子世界。投身到单片机世界来,将使你一生受益。▲

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