自动测试技术大作业

自动测试技术大作业学号：130********

姓名：连伟明

我对单片机的认识：

单片机概述：

单片微型计算机简称单片机（MCU），是典型的嵌入式微控制器，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

它最早是被用在工业控制领域，由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。

单片机优势：

单片机独特的结构决定了它具有如下特点。

（1）高集成度、高可靠性

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力、I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压、低功耗

第1章单片机概论为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）优异的性能价格比

单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

单片机应用：

由于单片机功能的飞速发展，它的应用范围日益广泛，已远远超出了计算机科学的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机。其主要的应用领域如下。

（1）在测控系统中的应用

单片机可以用于构成各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。例如，工业上的锅炉控制、电机控制、车辆检测系统、水闸自动控制、数控机床及军事上的雷达、导弹系统等。

（2）在智能化仪器仪表中的应用

单片机应用于仪器仪表设备中促使仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和综合化等方向发展。单片机的软件编程技术使长期以来测量仪表中的误差修正、线性化的处理等难题迎刃而解。

（3）在机电一体化中的应用

单片机与传统的机械产品结合使传统的机械产品结构简化，控制走向智能化，构成新一代的机电一体化产品。这是机械工业发展的方向。

（4）在智能接口中的应用

计算机系统，特别是较大型的工业测控系统中采用单片机进行接口的控制管理，单片机与主机并行工作，可大大提高系统的运行速度。例如，在大型数据采集系统中，用单片机对模/数转换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可以对数据进行预处理。如数字滤波、误差修正、线性化处理等。

（5）在人类生活中的应用

单片机由于其价格低廉、体积小巧，被广泛应用在人类生活的诸多场合，如洗衣机、电冰箱、空调器、电饭煲、视听音响设备、大屏幕显示系统、电子玩具、信用卡、楼宇防盗系统等。单片机将使人类的生活更加方便舒适，丰富多彩。

对Arduino单片机的介绍：

背景简介及开发团队：

Massimo Banzi之前是意大利Ivrea一家高科技设计学校的老师。他的学生们经常抱怨找不到便宜好用的微控制器。2005年冬天，Massimo Banzi跟David Cuartielles讨论了这个问题。David Cuartielles是一个西班牙籍晶片工程师，当时在这所学校做访问学者。两人决定设计自己的电路板，并引入了Banzi的学生David Mellis为电路板设计编程语言。两天以后，David Mellis就写出了程式码。又过了三天，电路板就完工了。

Massimo Banzi喜欢去一家名叫di Re Arduino的酒吧，该酒吧是以1000年前意大利国王Arduin的名字命名的。为了纪念这个地方，他将这块电路板命名为Arduino。几乎任何人，即使不懂电脑编程，也能用arduino做出很酷的东西，比如对感测器作出回应，闪烁灯光，还能控制马达。

很快，这块板子就受到了广大学生的欢迎。这些学生当中那些甚至不懂一点计算机编程的人，都用Arduino做出了“很炫”的东西：有人用它控制、处理传感器，有人用它控制灯闪烁，有人用它制作机器人……之后Banzi、Cuartielles和Mellis将设计图传到网上去，然后花了3000欧元加工出第一批板子。

Banzi说，他们当时加工了200块板子，卖给学校50块，还在担心剩下的150块怎么卖出去。但是几个月后，他们的设计作品在网上被传开来，接着他们居然收到了几个上百块板子的订单。这时他们明白——它是很有市场价值的。所以，他们决定开始Arduino的事业，但是有个原则——开源。由于当时的产权法只有软件开源的相关规定，还没有硬件开源的规定，他们决定使用“署名-相同方式共享”，它规定任何人都可以复制、重设计甚至出售Arduino板子。

实际情况也正如他所料，几个月内，很多人提出重新布线、改进编程语言等建议。后来有个销售商要求代理Arduino产品。2006年，Arduino方案还获得Prix Art Electronica电子通信类方面的荣誉奖。那年，他们卖了5000块板子。第二年，他们卖了30000块。它们被电子爱好者用来设计机器人、调试汽车引擎、制作无人飞机模型等。后来甚至出现了一些有趣的公司，有个叫Botanicalls的公司基于Arduino开发出了一

种监控室内盆栽的设备，并且在需要浇水时发出电话通知。

Arduino简述：

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。主要包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。

对Arduino的编程是利用Arduino编程语言(基于Wiring)和Arduino开发环境(基于Processing)来实现的。

Arduino的特色：

开放性：Arduino的硬件电路的软件开发环境都是完全开源的，在不从事商业用途的情况下任何人都可以使用、修改和分发它。这样不但可以使用户更好的理解Arduino的电路原理，更可以根据自己的需要而去修改它。比如由于空间的限制，需要设计异形的电路板；或是将自己的扩展电路与主控制电路设计到一起。

易用性：对于稍微有心的人，不论基础如何，只要他有兴趣，拿到Arduino之后的一个小时之内，应该就可以成功运行第一个简单的程序了。Arduino与PC的连接采用了当下最主流的USB连接，你可以像使用一只MP3一样把Arduino与电脑直接连起来而不要再额外安装任何驱动程序。而且Arduino的开发环境软件也非常的简单，一目了然的菜单，仅提供了最必须的工具栏，除去了一切可能会使初学者眼花缭乱的元素，你甚至可以不阅读手册便实现代码的编译与下载。

交流性：对于初学者来说，交流与展示是非常能激发学习热情的途径。但有些时候，你用AVR做了个循迹小车，我用PIC做了个小车循迹。那么对单片机理解还不是特别深刻的初学者来说，交流上恐怕就会有些困难。而Arduino已经划定了一个比较统一的框架，一些底层的初始化采用了统一的方法，对数字信号和模拟信号使用的端口也做了自己的标定，初学者在交流电路或程序的时候非常方便。

丰富的第三方资源：Arduino无论硬件还是软件，都是全部开源的，你可以深入的了解到底层的全部机理，也预留了非常友好的第三方库开发接口。秉承了开源社区一贯的开放性和分享性，很多爱好者在成功的实现了自己的设计后，会把自己的硬件和软件拿出来与大家分享。对于后来者来说，你可以在Arduino 社区轻松找到自己想要使用的一些基本功能模块：舵机控制、PID调速、A/D转换等。特别一些模块供应商也开始越来越重视Arduino社区，会为自己的产品提供Arduino下的使用库，这些都极大的方便了Arduino 开发者，使你可以不必拘泥于一些基本功能的编写，而可以把自己的精力更多的放在自己想要的功能设计中去。

发展迅速：Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。因为Arduino的种种优势，越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发他们的项目、产品；越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域；大学里，自动化、软件，甚至艺术专业，也纷纷开展了Arduino相关课程。

硬件组成：

主板：Arduino的型号有很多，如：

Arduino Uno

Arduino Uno

Arduino Uno

Arduino Nano

Arduino Nano

Arduino Nano

ArduinoLilyPad

Arduino Mega 2560

Arduino Ethernet

Arduino Due

Arduino Leonardo

Ardui

扩展板：Arduino的扩展板很多，如

Arduino GSM Shield

Arduino GSM Shield Front

Arduino GSM Shield Front

Arduino Ethernet Shield

Arduino Ethernet Shield

Arduino Ethernet Shield

ArduinoWiFi Shield

Arduino Wireless SD Shield

Arduino USB Host Shield

Arduino Motor Shield

Arduino Wireless Proto Shield

Arduino Proto Shield

常见Arduino版本：

Arduino Uno是2011年9月25日在纽约创客大会(New York Maker Faire)上发布的。型号名字Uno是意大利语中“一”的意思，用来表达Arduino软件的1.0版本，即Uno Punto Zero(意大利语的“1.0”)。目前官网上已经出到Arduino Uno R3，即第三版。

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。

概要：

处理器：ATmega328p IO脚直流电流：40 mA

工作电压：5V 3.3V脚直流电流：50 mA

输入电压（推荐）：7-12V Flash Memory：32 KB

输入电压（范围）：6-20V SRAM：2 KB

数字IO脚：14 (其中6路作为PWM输出）EEPROM：1 KB

模拟输入脚：6 工作时钟：16MHz

硬件部分：

演讲后的思索：

在课后演讲后，老师对我们演讲的建议引起了我们更多的思索：即能否把Arduino这种入门级的单片机看成一种对于单片机模块化、标准化的尝试。这种入门级的单片机虽然性能并不如何出色，但它的简单易用显著激起了那些电子爱好者的兴趣和创作热情，以至于在这种并不如何出色的单片机上做出了令人吃惊的发明创造。推而广之，如果我们把更多的更加优秀的单片机做成一种模块化的操作简易的把那些底层繁复的硬件细节隐藏起来的的规范化标准化的东西，就能让更多的人参与到硬件设计这一领域中来。随着参与人群的大大普及，就会带来极大的领域内交流，产生大量的丰富的技术资源，而这些交流和资源又会促进它的普及，由此形成一个良性循环。Arduino就是一个最好的例证。

在计算机的发展史上，标准化似乎是一个一直就存在的发展趋势，在诸如CPU、内存等各种电子元件，甚至包括各种接口、总线及各式各样的电子系统都是在标准建立以后才有了长足的发展。只不过以前我们做的是分立电子元件的标准化工作，而现在似乎是到了将这一工作扩展到微型计算机的领域中来了，我们完全可以把它看成一种更大的集成，一种将各种功能各异的单片机作为基本功能元件的系统的集成。

如果这种集成能够实现，我们大可把系统组装甚至设计硬件电路当成一种拼图，只需要注意元件的功能而不需关注各种硬件实现细节，这样一来就能防止电路的复杂性约束人们的想象力，并且大大降低硬件设计的门槛，有时候这些复杂性和门槛对于创造力来说是致命的。

科技的需求不是由科技本身决定的，而是科技的使用者。对于单片机的应用以及硬件电路的设计而言一样如此。如果能使系统使用者参与到硬件电路的开发中来，从满足使用需求的角度，对于开发过程无疑是十分有益的。