单片机小白学步系列（一） 单片机的前世今生

　　1、数字的发明

　　很久以前，人类发明了数字。自此，人类社会发生了巨大的变化。有了数字，人们解决了很多问题。在数字的帮助下，人们学会了度量和计算，人们发明了温度计，发明了钟表，发明了直尺，发明了算盘……生活中原本模糊的概念，变的不再模糊，而是十分精确。

　　2、电的广泛应用和各种电子器件的发明

　　1870年以后，科学技术的发展突飞猛进，各种新技术、新发明层出不穷，并被迅速应用于工业生产，大大促进了经济的发展。第二次工业革命爆发了。在这次工业革命中，电力得到了广泛的应用。

　　之后人们发明了各种电子元器件，特别是电子管、晶体管以及后来集成电路的发明对人类社会产生了巨大的影响。图中给大家展示了一些常见的集成电路芯片。

　　3、计算机的发明

　　有句话说，懒人推动社会进步。这句话是有一定道理的。在科技不断发展的过程中，一方面，人们希望制造出一种机器，能帮助我们完成处理现实世界中的各种问题，让我们从重复而繁重的脑力劳动中解放出来；另一方面，往往是在军事上，由于种种原因需要在较短的时间内，完成一些像炮弹轨道计算，密码破译之类的任务，而人类的数字运算能力往往远达不到要求。

　　最初人们发明了算盘之类的计算工具，又有人发明了一些机械式计算机，通过齿轮传动等原理进行运算。而后，在电子技术飞速发展的情况下，人们发明了电子计算机。早期电子计算机采用大量电子管，十分庞大，需要消耗很多电量，操作也非常复杂。如1946年发明的“埃尼阿克”电子计算机，占地面积170平方米，重达30吨，耗电量高达150千瓦，而运算能力却远不及今天智能手机的CPU，尽管如此，它已经比当时的继电器计算机快一千倍。而随着晶体管、集成电路的出现，计算机技术以惊人的速度发展着，到今天各种计算机设备随处可见，甚至我们很多人每天的生活和工作都已经离不开计算机。

　　帕斯卡和他的齿轮式加法器

　　数字计算机发明之前，电子计算机都是模拟计算机。模拟计算机通过内部电子器件的电压、电流大小等来表示一个数字或物理量，进行处理。这种计算机处理问题的精度差，而且结构复杂，也很容易受外界干扰。于是后来人们发明了数字计算机。数字计算机把外界的各种信息转换成数字，然后对数字进行运算，最终得到一个确定的结果。我们人类使用的数字一般为十进制，这是因为我们有十个手指。但是由于很多电子器件都只有两种确定的状态，比如开关的开和关，灯的亮和灭，于是数字计算机使用的是二进制的数字，通过控制器件的开和关来表示数字“1”和“0”，实现各种功能。由于它没有模拟计算机的那些缺陷，发展十分迅速，成为今天计算机的主流。

　　4、单片机的发明

　　在计算机发展的同时，另一种大家相对陌生的东西也在悄悄发展着。在1971年，全球第一个计算机微处理器4004由美国Intel公司推出的同时，一种称之为单片机的技术也逐渐发展并得到广泛应用。单片机全称单片微型计算机，又称为微型控制器，英文名MCU(Micro Control Unit)，可以理解为精简版的计算机。单片机相当于将计算机中的各个主要部件，CPU、存储器、IO口、中断系统等封装在一个集成电路芯片中。初学者或许对这些名词很陌生，但是不需要担心，关于他们分别是什么，后面会给大家介绍。下面是一些现在常见的单片机。

　　从左往右，1、2为51单片机，3、4为AVR单片机，5、6、7为MSP430单片机

　　为什么要发明单片机呢?这个很好理解。俗话说，杀鸡焉用牛刀。生活中有很多事情不很复杂，并不需要计算机那么庞大的机器来处理，于是我们只需要用精简版的计算机——即单片机来完成任务就好了。

　　5、单片机的特点

　　比起大家熟悉的计算机，单片机的配置可就差多了，简直是低的难以想象。我们常用的笔记本电脑CPU处理速度可以达到2GHz以上，还是双核四核甚至更高级，但是拿一款常见的单片机（STC89C52RC，我们即将以这款单片机开始来进行学习）来对比，它的最高处理速度只有几十MHz（其中1GHz = 1000MHz）；笔记本电脑硬盘动辄几百GB乃至几TB，而单片机中相当于硬盘的ROM只有几到几十KB（1TB = 1024GB，1GB = 1024MB，1MB = 1024KB，1KB = 1024B）；主流笔记本的内存普遍都有几个GB，单片机中相当于内存的RAM只有可怜的几十字节（即单位B）。但是大家千万不要小瞧这么“低端”的单片机，只要给它写进程序，足以控制一台我们经常看到的所谓“智能洗衣机”之类的电器。而且学习了单片机，也会让你对计算机有更深入的了解。

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本系列教程从最基本的入门知识开始，逐步深入介绍单片机系统设计，内容包括：
1、入门篇：单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
2、思想篇：单片机/计算机系统设计的工程思想
3、学习篇：单片机学习过程、方法和技巧，以51单片机为例介绍，并推广到其他单片机
4、应用篇：遵循规范的工程方法，设计单片机系统实例（计划设计的系统有：计算器、电子表、密码锁、简易手机，具体看有没有时间再确定）
5、原理篇：从模拟电路、数字电路开始，逐步深入介绍单片机/计算机系统原理，并自行设计简易的CPU（由于个人水平有限，这部分没有把握写好，具体内容视情况而定）

包含了各种基本知识，尤其是对单片机基本概念的介绍、为什么要用单片机等，在很多同类书籍教程中都被忽略了。同时也包含了一些深入的知识，包括原理篇考虑对单片机的基本原理进行介绍，有助于深入理解单片机。

本系列教程以51单片机为例进行介绍。通过51介绍完单片机的基本知识，我会再把430进行简要介绍，尤其是对比两者之间的优缺点，让大家很快感受到430的巨大优势，而学习51正好为快速了解430打下了坚实的基础。

本系列教程中，介绍单片机各种模块编程知识的主要是学习篇，而学习篇只是整个教程的一部分。在学习篇中我会贯穿各种方法技巧，如何理解一些模块功能，怎么看时序图，严格遵守工程思想进行编程，程序发生了错误怎么调试等等。而在思想篇中会总体介绍很多重要的思想，为后面的学习做好准备工作。

单片机学习过程中，涉及大量的知识，而且很多知识之间相互依赖，关联很强。

本系列教程对知识的先后顺序进行比较明确的规划，尽最大可能符合人的认知过程。但是实际规划时发现，无论怎么调整知识的顺序，总有一些知识之间相互依赖，关系复杂。例如开始讲IO口的时候肯定会提到寄存器，而寄存器这个词的理解，需要深厚的背景知识。但是这些背景知识在没有进行实践的时候也很难理解。

初学者常常就会在这样的地方感觉疑惑不解，不知所措。而每次遇到类似这样的知识，我会向初学者指出，应该如何对待。这个知识是应该自己去学习补充，还是等到学完原理篇再做理解，而现在又应该怎么去看待这个名词。

另外，在整个教程的学习前，需要掌握一定的C语言等基础知识，具体可参考教程第〇篇《序》中的相关说明 hainter.com/mcu-primer-0

本系列教程力求语言通俗易懂，而不会用一堆新手不懂的词语去解释另一个不懂的词语。但是受限于个人语言表达能力，可能有些地方表述的比较繁琐，或者不清楚，希望大家能够帮忙指出。

如果觉得我写的对你有帮助，欢迎多多反馈，包括写的不正确、不合理、不太明白都可以指出来，这样方便我对其进行完善。

更多可参见：《如何以学习单片机为契机，逐步成为优秀的工程师》

hainter.com/mcu-engineer

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小编强悍不解释