飞思卡尔杯.doc

1、 “飞 思 卡 尔 杯 ”智 能 车 大 赛 起 源 于 韩 国 ， 是 韩 国 汉 阳 大 学 汽 车 控 制 实 验 室 在 飞 思 卡尔 半 导 体 公 司 资 助 下 举 办 的 以 HCSl2 单 片 机 为 核 心 的 大 学 生 课 外 科 技 竞 赛 。 组 委 会 提供 一 个 标 准 的 汽 车 模 型 、 直 流 电 机 和 可 充 电 式 电 池 ， 参 赛 队 伍 要 制 作 一 个 能 够 自 主 识 别路 径 的 智 能 车 ， 在 专 门 设 计 的 跑 道 上 自 动 识 别 道 路 行 驶 ， 谁 最 快 跑 完 全 程 而 没 有 冲 出 跑道 并 且 技

2、 术 报 告 评 分 较 高 ， 谁 就 是 获 胜 者 。 其 设 计 内 容 涵 盖 了 控 制 、 模 式 识 别 、 传 感技 术 、 汽 车 电 子 、 电 气 、 计 算 机 、 机 械 、 能 源 等 多 个 学 科 的 知 识 ， 对 学 生 的 知 识 融 合 和实 践 动 手 能 力 的 培 养 ， 具 有 良 好 的 推 动 作 用 。 全 国 大 学 生 “飞 思 卡 尔 ”杯 智 能 汽 车 竞 赛 是 在 规 定 的 模 型 汽 车 平 台 上 ， 使 用 飞 思 卡尔 半 导 体 公 司 的 8 位 、 16 位 微 控 制 器 作 为 核 心 控 制 模 块 ，

3、 通 过 增 加 道 路 传 感 器 、 电 机驱 动 电 路 以 及 编 写 相 应 软 件 ， 制 作 一 个 能 够 自 主 识 别 道 路 的 模 型 汽 车 ， 按 照 规 定 路 线 行进 ， 以 完 成 时 间 最 短 者 为 优 胜 。 因 而 该 竞 赛 是 涵 盖 了 控 制 、 模 式 识 别 、 传 感 技 术 、 电 子 、电 气 、 计 算 机 、 机 械 等 多 个 学 科 的 比 赛 。 该 竞 赛 以 飞 思 卡 尔 半 导 体 公 司 为 协 办 方 ， 自 2006 年 首 届 举 办 以 来 ， 成 功 举 办 了 六届 ， 得 到 了 教 育 部 吴

4、启 迪 副 部 长 、 张 尧 学 司 长 及 理 工 处 领 导 、 飞 思 卡 尔 公 司 领 导 与 各高 校 师 生 的 高 度 评 价 ， 已 发 展 成 全 国 30 个 省 市 自 治 区 200 余 所 高 校 广 泛 参 与 的 全 国大 学 生 智 能 汽 车 竞 赛 。 2008 年 第 三 届 被 教 育 部 批 准 列 入 国 家 教 学 质 量 与 教 学 改 革 工 程资 助 项 目 中 9 个 科 技 人 文 竞 赛 之 一 （ 教 高 函 200730 号 文 ， 附 件 2） ， 2009 年 第 四 届被 邀 申 请 列 入 国 家 教 学 质 量 与 教

5、 学 改 革 工 程 资 助 项 目 。 编 辑 本 段 比 赛 规 则 ：参 赛 选 手 须 使 用 竞 赛 秘 书 处 统 一 指 定 并 负 责 采 购 竞 赛 车 模 ， 采 用 飞 思 卡 尔 16 位微 控 制 器 MC9S12XS128 作 为 核 心 控 制 单 元 ， 自 主 构 思 控 制 方 案 及 系 统 设 计 ， 包 括 传 感器 信 号 采 集 处 理 、 控 制 算 法 及 执 行 、 动 力 电 机 驱 动 、 转 向 舵 机 控 制 等 ， 完 成 智 能 车 工 程制 作 及 调 试 ， 于 指 定 日 期 与 地 点 参 加 各 分 赛 区 的 场 地

6、比 赛 ， 在 获 得 决 赛 资 格 后 ， 参 加 全国 决 赛 区 的 场 地 比 赛 。 参 赛 队 伍 之 名 次 （ 成 绩 ） 由 赛 车 现 场 成 功 完 成 赛 道 比 赛 时 间 为 主 ，技 术 方 案 及 制 作 工 程 质 量 评 分 为 辅 来 决 定 。 竞 赛 秘 书 处 制 定 如 下 比 赛 规 则 适 用 于 各 分 赛区 预 赛 以 及 最 终 决 赛 。 在 实 际 可 操 作 性 基 础 上 力 求 公 正 与 公 平 参 与 。 秘 书 处 将 邀 请 独 立公 证 人 监 督 现 场 赛 事 及 评 判 过 程 。 一 、 器 材 限 制 规

7、定1. 须 采 用 统 一 指 定 的 车 模 ， 细 节 及 改 动 限 制 见 附 件 一 。 2. 须 采 用 限 定 的 飞 思 卡 尔 16 位 微 控 制 器 MC9S12XS128 作 为 唯 一 控 制 处 理 器 ， 有关 细 节 及 其 它 电 子 器 件 使 用 之 限 制 见 附 件 二 。 3. 其 他 事 项 如 果 损 毁 了 车 模 中 禁 止 改 动 的 部 件 ， 需 要 使 用 相 同 型 号 的 部 件 替 换 。 车 模 改 装 完 毕 后 ， 尺 寸 不 能 超 过 250mm 宽 和 400mm 长 ， 高 度 无 限 制 。 二 、 有 关 赛

8、场 的 规 定1. 赛 道 基 本 参 数 （ 不 包 括 拐 弯 点 数 、 位 置 以 及 整 体 布 局 ） 见 附 件 三 。 2. 比 赛 赛 道 实 际 布 局 将 在 比 赛 当 日 揭 示 ， 在 赛 场 内 将 安 排 与 实 际 赛 道 具 有 相 同 材料 的 测 试 赛 道 供 参 赛 队 进 行 调 试 。 三 、 裁 判 及 技 术 评 判竞 赛 全 国 决 赛 阶 段 ， 由 组 委 会 全 体 主 任 、 副 主 任 （ 或 其 授 权 代 表 ） 组 成 组 委 会 执 委会 负 责 审 查 及 批 准 比 赛 优 胜 名 单 ， 受 理 参 赛 队 对 裁

9、判 决 定 提 出 之 异 议 或 抗 辩 ， 并 作 出 最终 裁 决 。 组 委 会 下 设 独 立 的 技 术 评 判 组 及 现 场 裁 判 组 ， 分 别 负 责 技 术 评 分 及 现 场 车 赛 裁判 ， 成 绩 确 认 等 事 项 ； 两 个 组 共 同 商 议 决 定 赛 道 布 局 。 所 有 竞 赛 组 织 委 员 会 工 作 人 员 ，包 括 技 术 评 判 组 及 现 场 裁 判 组 人 员 均 不 得 参 与 除 提 供 S12 培 训 以 外 的 任 何 对 个 别 参 赛队 的 指 导 或 辅 导 工 作 。 在 分 赛 区 预 赛 阶 段 中 ， 裁 判 以

10、及 技 术 评 判 由 各 分 赛 区 组 委 会 参 照 上 述 决 赛 阶 段 组 织实 施 。 四 、 分 赛 区 、 决 赛 区 比 赛 规 则在 分 赛 区 、 决 赛 区 进 行 现 场 比 赛 规 则 相 同 ， 都 分 为 初 赛 与 决 赛 两 个 阶 段 。 在 计 算 比 赛 成 绩 时 ， 分 赛 区 只 是 通 过 比 赛 单 圈 最 短 时 间 进 行 评 比 。 决 赛 区 比 赛 时 ，还 需 结 合 技 术 报 告 分 数 综 合 评 定 。 1 初 赛 与 决 赛 规 则 1） 初 赛 规 则 比 赛 场 中 有 两 个 相 同 的 赛 道 。 参 赛 队

11、通 过 抽 签 平 均 分 为 两 组 ， 并 以 抽 签 形 式 决 定 组 内 比 赛 次 序 。 比 赛 分 为 两 轮 ， 两 组 同 时 在 两 个 赛 道 上 进 行 比 赛 ， 一 轮 比 赛 完 毕 后 ， 两 组 交 换 场 地 ，再 进 行 第 二 轮 比 赛 。 在 每 轮 比 赛 中 ， 每 辆 赛 车 在 赛 道 上 连 续 跑 两 圈 ， 以 计 时 起 始 线 为 计 时 点 ， 以 用 时 短的 一 圈 计 单 轮 成 绩 ； 每 辆 赛 车 以 在 两 个 单 轮 成 绩 中 的 较 好 成 绩 为 赛 车 成 绩 ； 计 时 由 电 子计 时 器 完 成 并

12、 实 时 在 屏 幕 显 示 。 从 两 组 比 赛 队 中 ， 选 取 成 绩 最 好 的 25 支 队 晋 级 决 赛 。 技 术 评 判 组 将 对 全 部 晋 级 的 赛 车 进 行 现 场 技 术 检 查 ， 如 有 违 反 器 材 限 制 规 定 的 （ 指本 规 则 之 第 一 条 ） 当 时 取 消 决 赛 资 格 ， 由 后 备 首 名 晋 级 代 替 ； 由 裁 判 组 申 报 组 委 会 执 委 会 批 准 公 布 决 赛 名 单 。 初 赛 结 束 后 ， 车 模 放 置 在 规 定 区 域 ， 由 组 委 会 暂 时 保 管 。 2） 决 赛 规 则 参 加 决 赛

13、队 伍 按 照 预 赛 成 绩 进 行 排 序 ， 比 赛 顺 序 从 第 25 名 开 始 至 第 1 名 结 束 。 比 赛 场 地 使 用 一 个 赛 道 ， 决 赛 赛 道 与 预 赛 赛 道 形 状 不 同 ， 占 地 面 积 会 增 大 。 每 支 决 赛 队 伍 只 有 一 次 比 赛 机 会 ， 在 跑 道 上 跑 两 圈 ， 以 计 时 起 始 线 为 计 时 点 ， 以 最快 单 圈 时 间 计 算 最 终 成 绩 ； 计 时 由 电 子 计 时 器 完 成 并 实 时 在 屏 幕 显 示 。 预 赛 成 绩 不 记 入 决 赛 成 绩 ， 只 决 定 决 赛 比 赛 顺

14、序 。 比 赛 过 程 规 则 按 照 比 赛 顺 序 ， 裁 判 员 指 挥 参 赛 队 伍 顺 序 进 入 场 地 比 赛 。 同 一 时 刻 ， 一 个 场 地 上 只有 一 支 队 伍 进 行 比 赛 。 在 裁 判 员 点 名 后 ， 每 队 指 定 一 名 队 员 持 赛 车 进 入 比 赛 场 地 ， 将 赛 车 放 置 在 赛 道 出 发区 。 裁 判 员 宣 布 比 赛 开 始 后 ， 赛 车 应 在 30 秒 之 内 离 开 出 发 区 ， 沿 着 环 形 赛 道 黑 色 引 导线 连 续 跑 两 圈 ， 由 计 时 起 始 线 两 边 传 感 器 进 行 自 动 计 时

15、。 跑 完 后 ， 选 手 拿 起 赛 车 离 开 场地 。 如 果 比 赛 完 成 ， 由 计 算 机 评 分 系 统 自 动 给 出 单 圈 最 好 成 绩 。 3 比 赛 犯 规 与 失 败 规 则 比 赛 过 程 中 ， 如 果 赛 车 碰 到 赛 道 两 边 的 立 柱 并 使 之 倾 倒 或 移 动 ， 裁 判 员 将 判 为 赛 车冲 出 跑 道 。 赛 车 前 两 次 冲 出 跑 道 时 ， 由 裁 判 员 取 出 赛 车 交 给 比 赛 队 员 ， 立 即 在 起 跑 区 重新 开 始 比 赛 ， 该 圈 成 绩 取 消 。 选 手 也 可 以 在 赛 车 冲 出 跑 道 后

16、 放 弃 比 赛 。 比 赛 过 程 中 如 果 出 现 有 如 下 一 种 情 况 ， 判 为 比 赛 失 败 ： 裁 判 点 名 后 ， 1 分 钟 30 秒 之 内 ， 参 赛 队 没 有 能 够 进 入 比 赛 场 地 并 做 好 比 赛 准 备 ； 比 赛 开 始 后 ， 赛 车 在 30 秒 之 内 没 有 离 开 出 发 区 ； 赛 车 在 离 开 出 发 区 之 后 2 分 钟 之 内 没 有 跑 完 两 圈 ； 赛 车 冲 出 跑 道 的 次 数 超 过 两 次 ； 比 赛 开 始 后 未 经 裁 判 允 许 ， 选 手 接 触 赛 车 ； 决 赛 前 ， 赛 车 没 有 通

17、 过 技 术 检 验 。 如 果 比 赛 失 败 ， 则 不 计 成 绩 。 比 赛 成 绩 规 则 在 各 分 赛 区 进 行 预 赛 时 ， 比 赛 成 绩 由 赛 车 单 圈 最 快 时 间 决 定 。 在 决 赛 区 进 行 比 赛 时 ， 比 赛 成 绩 由 赛 车 单 圈 最 快 时 间 以 及 队 伍 技 术 报 告 成 绩 综 合 决定 。 技 术 报 告 评 分 办 法 ： 1） 组 委 会 收 到 参 加 决 赛 队 技 术 报 告 后 将 匿 去 参 赛 学 校 名 字 、 参 赛 队 员 名 字 等 所 有可 识 别 参 赛 队 伍 的 信 息 交 技 术 评 判 组

18、。 2） 技 术 评 判 组 就 控 制 方 案 创 新 、 S12 芯 片 资 源 合 理 充 分 利 用 、 机 械 结 构 设 计 方 案等 对 技 术 报 告 进 行 评 审 ， 并 在 决 赛 前 公 布 得 分 。 报 告 评 分 范 围 0-10， 具 体 的 评 定 标 准将 在 2007 年 6 月 30 日 之 前 给 出 。 决 赛 区 比 赛 最 终 成 绩 计 算 由 下 面 公 式 给 出 ： 比 赛 最 终 成 绩 (秒 ) = Ts * (1-0.01R) 式 中 Ts 为 赛 车 最 快 单 圈 时 间 （ 秒 ） ； R 为 技 术 报 告 评 分 （ 分

19、值 范 围 0-10） 。 例 ：如 果 赛 车 在 比 赛 中 Ts=35 秒 , R=5,则 最 终 成 绩 为 35*(1-0.01*5) = 33.25 秒 鉴 于 决 赛 开 始 前 各 队 之 技 术 报 告 评 分 (R)巳 经 公 布 并 输 入 到 计 分 系 统 ， 每 队 赛 车 完成 赛 道 后 系 统 将 即 时 显 示 出 其 最 快 单 圈 时 间 ， 系 统 将 即 刻 显 示 出 以 上 述 公 式 计 算 出 的 比赛 最 终 成 绩 及 到 此 刻 为 止 时 之 临 时 排 名 。 全 部 决 赛 队 完 成 赛 道 比 赛 后 系 统 即 会 显 示

20、排 名次 序 与 成 绩 ， 但 须 再 经 裁 判 组 复 核 后 申 报 组 委 会 执 委 会 批 准 公 布 。 比 赛 禁 止 事 项 不 允 许 在 赛 道 周 围 安 装 辅 助 照 明 设 备 及 其 它 辅 助 传 感 器 等 ； 选 手 进 入 赛 场 后 ， 除 了 可 以 更 换 电 池 之 外 ， 不 允 许 进 行 任 何 硬 件 和 软 件 的 修 改 ； 比 赛 场 地 内 ， 除 了 裁 判 与 1 名 队 员 之 外 ， 不 允 许 任 何 其 他 人 员 进 入 场 地 ； 不 允 许 其 它 影 响 赛 车 运 动 的 行 为 。 五 . 其 他1 比

21、赛 过 程 中 有 作 弊 行 为 的 ， 取 消 比 赛 成 绩 ； 2 本 规 则 解 释 权 归 竞 赛 秘 书 处 和 比 赛 组 织 委 员 会 所 有 。 第 二 届 “飞 思 卡 尔 ”杯 全 国 大 学 生 智 能 汽 车 竞 赛 秘 书 处 2006， 12， 1 附 件 一 ： 智 能 竞 赛 车 模 的 规 定 禁 止 改 动 车 底 盘 结 构 、 轮 距 、 轮 径 及 轮 胎 ； 禁 止 改 动 驱 动 电 机 的 型 号 及 传 动 比 ； 禁 止 改 造 滚 珠 轴 承 ； 禁 止 改 动 舵 机 ， 但 可 以 更 改 舵 机 输 出 轴 上 连 接 件 ；

22、禁 止 改 动 驱 动 电 机 以 及 电 池 ， 车 模 主 要 前 进 动 力 来 源 于 车 模 本 身 直 流 电 机 及 电 池 ； 为 了 车 模 的 行 驶 可 以 安 装 电 路 、 传 感 器 等 ， 允 许 在 底 盘 上 打 孔 或 安 装 辅 助 支 架 等 。 附 件 二 ： 电 路 器 件 及 控 制 驱 动 电 路 限 制 核 心 控 制 模 块 可 以 采 用 组 委 会 提 供 的 HCS12 模 块 ， 也 可 以 采 用 MC9SDG128 自 制 控制 电 路 板 ,除 了 DG128MCU 之 外 不 得 使 用 辅 助 处 理 器 以 及 其 它 可

23、 编 程 器 件 ； 伺 服 电 机 数 量 不 超 过 3 个 ； 传 感 器 数 量 不 超 过 16 个 （ 红 外 传 感 器 的 每 对 发 射 与 接 受 单 元 计 为 1 个 传 感 器 ，CCD 传 感 器 记 为 1 个 传 感 器 ） ； 直 流 电 源 使 用 大 赛 提 供 的 电 池 ； 禁 止 使 用 DC-DC 升 压 电 路 为 驱 动 电 机 以 及 舵 机 提 供 动 力 ； 全 部 电 容 容 量 和 不 得 超 过 2000 微 法 ； 电 容 最 高 充 电 电 压 不 得 超 过 25 伏 。 可 以 选 择 参 数 ： 开 发 软 件 可 以 选

24、 择 CodeWarrior 3.1， 也 可 以 另 行 选 择 ； 开 发 调 试 硬 件 可 以 选 择 秘 书 处 统 一 提 供 的 BDM 工 具 ， 也 可 以 另 行 选 择 ； 电 路 所 使 用 元 器 件 （ 传 感 器 、 各 种 信 号 调 理 芯 片 、 接 口 芯 片 、 功 率 器 件 等 ） 种 类 与数 量 都 可 以 自 行 设 计 选 择 。 附 件 三 ： 赛 道 基 本 参 数 （ 不 包 括 拐 弯 点 数 目 、 位 置 以 及 整 体 布 局 ） 赛 道 路 面 用 专 用 白 色 基 板 制 作 ， 在 分 赛 区 以 及 决 赛 区 进 行

25、 初 赛 阶 段 时 ， 跑 道 所 占 面积 不 大 于 5000mm* 7000mm， 跑 道 宽 度 不 小 于 600mm； 决 赛 阶 段 时 跑 道 面 积 可 以 增 大 。赛 道 路 面 制 作 材 料 型 号 会 在 网 站 给 出 。 跑 道 表 面 为 白 色 ， 中 心 有 连 续 黑 线 作 为 引 导 线 ， 黑 线 宽 25mm； 跑 道 最 小 曲 率 半 径 不 小 于 500mm； 跑 道 可 以 交 叉 ， 交 叉 角 为 90； 赛 道 直 线 部 分 可 以 有 坡 度 在 15 度 之 内 的 坡 面 道 路 ， 包 括 上 坡 与 下 坡 道 路

26、。 赛 道 有 一 个 长 为 1000mm 的 出 发 区 ， 如 下 图 所 示 ， 计 时 起 始 点 两 边 分 别 有 一 个 长 度100mm 黑 色 计 时 起 始 线 ， 赛 车 前 端 通 过 起 始 线 作 为 比 赛 计 时 开 始 或 者 与 结 束 时 刻 。单 片 机 介 绍单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器 （ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 缩 写 MCU 表 示 单 片 机 ， 它 最 早 是 被 用 在 工 业 控 制 领 域 。 单 片机 由 芯 片 内

27、 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 。 INTEL 的 Z80 是 最 早 按 照 这 种 思 想 设 计 出 的 处 理 器 ， 从 此 以 后 ， 单片 机 和 专 用 处 理 器 的 发 展 便 分 道 扬 镳 。 早 期 的 单 片 机 都 是 8 位 或 4 位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL 的 80

28、31， 因 为 简 单 可 靠而 性 能 不 错 获 得 了 很 大 的 好 评 。 此 后 在 8031 上 发 展 出 了 MCS51 系 列 单 片 机 系 统 。 基 于这 一 系 统 的 单 片 机 系 统 直 到 现 在 还 在 广 泛 使 用 。 随 着 工 业 控 制 领 域 要 求 的 提 高 ， 开 始 出现 了 16 位 单 片 机 ， 但 因 为 性 价 比 不 理 想 并 未 得 到 很 广 泛 的 应 用 。 90 年 代 后 随 着 消 费电 子 产 品 大 发 展 ， 单 片 机 技 术 得 到 了 巨 大 提 高 。 随 着 INTEL i960 系 列 特

29、别 是 后 来 的ARM 系 列 的 广 泛 应 用 ， 32 位 单 片 机 迅 速 取 代 16 位 单 片 机 的 高 端 地 位 ， 并 且 进 入 主 流 市场 。 而 传 统 的 8 位 单 片 机 的 性 能 也 得 到 了 飞 速 提 高 ， 处 理 能 力 比 起 80 年 代 提 高 了 数百 倍 。 目 前 ， 高 端 的 32 位 单 片 机 主 频 已 经 超 过 300MHz， 性 能 直 追 90 年 代 中 期 的 专 用处 理 器 ， 而 普 通 的 型 号 出 厂 价 格 跌 落 至 1 美 元 ， 最 高 端 的 型 号 也 只 有 10 美 元 。 当

30、代单 片 机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ， 大 量 专 用 的 嵌 入 式 操 作 系 统 被 广 泛应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。 而 在 作 为 掌 上 电 脑 和 手 机 核 心 处 理 的 高 端 单 片 机 甚 至 可 以 直接 使 用 专 用 的 Windows 和 Linux 操 作 系 统 。 单 片 机 比 专 用 处 理 器 更 适 合 应 用 于 嵌 入 式 系 统 ， 因 此 它 得 到 了 最 多 的 应 用 。 事 实上 单 片 机 是 世 界 上 数 量 最 多 的 计 算 机 。 现 代 人 类 生

31、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 。 而 个 人 电 脑 中 也 会 有 为 数 不 少 的 单 片 机 在 工 作 。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

32、总 和 ， 甚 至 比 人 类 的 数 量 还 要 多 。单 片 机 又 称 单 片 微 控 制 器 ,它 不 是 完 成 某 一 个 逻 辑 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一 个 计 算 机系 统 集 成 到 一 个 芯 片 上 。 相 当 于 一 个 微 型 的 计 算 机 ， 和 计 算 机 相 比 ， 单 片 机 只 缺 少 了I/O 设 备 。 概 括 的 讲 ： 一 块 芯 片 就 成 了 一 台 计 算 机 。 它 的 体 积 小 、 质 量 轻 、 价 格 便 宜 、为 学 习 、 应 用 和 开 发 提 供 了 便 利 条 件 。 同 时 ， 学 习 使 用 单 片 机

33、是 了 解 计 算 机 原 理 与 结 构的 最 佳 选 择 。 单 片 机 内 部 也 用 和 电 脑 功 能 类 似 的 模 块 ， 比 如 CPU， 内 存 ， 并 行 总 线 ， 还 有 和 硬盘 作 用 相 同 的 存 储 器 件 ， 不 同 的 是 它 的 这 些 部 件 性 能 都 相 对 我 们 的 家 用 电 脑 弱 很 多 ， 不过 价 钱 也 是 低 的 ， 一 般 不 超 过 10 元 即 可 用 它 来 做 一 些 控 制 电 器 一 类 不 是 很 复 杂的 工 作 足 矣 了 。 我 们 现 在 用 的 全 自 动 滚 筒 洗 衣 机 、 排 烟 罩 、 VCD

34、等 等 的 家 电 里 面 都 可以 看 到 它 的 身 影 ！ 它 主 要 是 作 为 控 制 部 分 的 核 心 部 件 。 它 是 一 种 在 线 式 实 时 控 制 计 算 机 ， 在 线 式 就 是 现 场 控 制 ， 需 要 的 是 有 较 强 的 抗 干 扰能 力 ， 较 低 的 成 本 ， 这 也 是 和 离 线 式 计 算 机 的 （ 比 如 家 用 PC） 的 主 要 区 别 。 单 片 机 是 靠 程 序 运 行 的 ， 并 且 可 以 修 改 。 通 过 不 同 的 程 序 实 现 不 同 的 功 能 ， 尤 其是 特 殊 的 独 特 的 一 些 功 能 ， 这 是 别

35、 的 器 件 需 要 费 很 大 力 气 才 能 做 到 的 ， 有 些 则 是 花 大 力气 也 很 难 做 到 的 。 一 个 不 是 很 复 杂 的 功 能 要 是 用 美 国 50 年 代 开 发 的 74 系 列 ， 或 者 60年 代 的 CD4000 系 列 这 些 纯 硬 件 来 搞 定 的 话 ， 电 路 一 定 是 一 块 大 PCB 板 ！ 但 是 如 果 要 是用 美 国 70 年 代 成 功 投 放 市 场 的 系 列 单 片 机 ， 结 果 就 会 有 天 壤 之 别 ！ 只 因 为 单 片 机 的 通过 你 编 写 的 程 序 可 以 实 现 高 智 能 ， 高

36、效 率 ， 以 及 高 可 靠 性 ！ 由 于 单 片 机 对 成 本 是 敏 感 的 ， 所 以 目 前 占 统 治 地 位 的 软 件 还 是 最 低 级 汇 编 语 言 ，它 是 除 了 二 进 制 机 器 码 以 上 最 低 级 的 语 言 了 ， 既 然 这 么 低 级 为 什 么 还 要 用 呢 ？ 很 多 高 级的 语 言 已 经 达 到 了 可 视 化 编 程 的 水 平 为 什 么 不 用 呢 ？ 原 因 很 简 单 ， 就 是 单 片 机 没 有 家 用计 算 机 那 样 的 CPU， 也 没 有 像 硬 盘 那 样 的 海 量 存 储 设 备 。 一 个 可 视 化 高

37、级 语 言 编 写 的小 程 序 里 面 即 使 只 有 一 个 按 钮 ， 也 会 达 到 几 十 K 的 尺 寸 ！ 对 于 家 用 PC 的 硬 盘 来 讲 没什 么 ， 可 是 对 于 单 片 机 来 讲 是 不 能 接 受 的 。 单 片 机 在 硬 件 资 源 方 面 的 利 用 率 必 须 很 高才 行 ， 所 以 汇 编 虽 然 原 始 却 还 是 在 大 量 使 用 。 一 样 的 道 理 ， 如 果 把 巨 型 计 算 机 上 的 操作 系 统 和 应 用 软 件 拿 到 家 用 PC 上 来 运 行 ， 家 用 PC 的 也 是 承 受 不 了 的 。 可 以 说 ， 二

38、 十 世 纪 跨 越 了 三 个 “电 ”的 时 代 ， 即 电 气 时 代 、 电 子 时 代 和 现 已 进 入的 电 脑 时 代 。 不 过 ， 这 种 电 脑 ， 通 常 是 指 个 人 计 算 机 ， 简 称 PC 机 。 它 由 主 机 、 键 盘 、显 示 器 等 组 成 。 还 有 一 类 计 算 机 ， 大 多 数 人 却 不 怎 么 熟 悉 。 这 种 计 算 机 就 是 把 智 能 赋 予各 种 机 械 的 单 片 机 （ 亦 称 微 控 制 器 ） 。 顾 名 思 义 ， 这 种 计 算 机 的 最 小 系 统 只 用 了 一 片集 成 电 路 ， 即 可 进 行 简

39、单 运 算 和 控 制 。 因 为 它 体 积 小 ， 通 常 都 藏 在 被 控 机 械 的 “肚 子 ”里 。 它 在 整 个 装 置 中 ， 起 着 有 如 人 类 头 脑 的 作 用 ， 它 出 了 毛 病 ， 整 个 装 置 就 瘫 痪 了 。 现在 ， 这 种 单 片 机 的 使 用 领 域 已 十 分 广 泛 ， 如 智 能 仪 表 、 实 时 工 控 、 通 讯 设 备 、 导 航 系统 、 家 用 电 器 等 。 各 种 产 品 一 旦 用 上 了 单 片 机 ， 就 能 起 到 使 产 品 升 级 换 代 的 功 效 ， 常 在产 品 名 称 前 冠 以 形 容 词 “智

40、能 型 ”， 如 智 能 型 洗 衣 机 等 。 现 在 有 些 工 厂 的 技 术 人员 或 其 它 业 余 电 子 开 发 者 搞 出 来 的 某 些 产 品 ， 不 是 电 路 太 复 杂 ， 就 是 功 能 太 简 单 且 极 易被 仿 制 。 究 其 原 因 ， 可 能 就 卡 在 产 品 未 使 用 单 片 机 或 其 它 可 编 程 逻 辑 器 件 上 。 编 辑 本 段 单 片 机 的 工 作 过 程单 片 机 自 动 完 成 赋 予 它 的 任 务 的 过 程 ， 也 就 是 单 片 机 执 行 程 序 的 过 程 ， 即 一 条 条 执行 的 指 令 的 过 程 ， 所 谓

41、 指 令 就 是 把 要 求 单 片 机 执 行 的 各 种 操 作 用 的 命 令 的 形 式 写 下 来 ，这 是 在 设 计 人 员 赋 予 它 的 指 令 系 统 所 决 定 的 ， 一 条 指 令 对 应 着 一 种 基 本 操 作 ； 单 片 机 所能 执 行 的 全 部 指 令 ， 就 是 该 单 片 机 的 指 令 系 统 ， 不 同 种 类 的 单 片 机 ， 其 指 令 系 统 亦 不 同 。为 使 单 片 机 能 自 动 完 成 某 一 特 定 任 务 ， 必 须 把 要 解 决 的 问 题 编 成 一 系 列 指 令 （ 这 些 指 令必 须 是 选 定 单 片 机 能

42、 识 别 和 执 行 的 指 令 ） ， 这 一 系 列 指 令 的 集 合 就 成 为 程 序 ， 程 序 需 要预 先 存 放 在 具 有 存 储 功 能 的 部 件 存 储 器 中 。 存 储 器 由 许 多 存 储 单 元 （ 最 小 的 存 储单 位 ） 组 成 ， 就 像 大 楼 房 有 许 多 房 间 组 成 一 样 ， 指 令 就 存 放 在 这 些 单 元 里 ， 单 元 里 的 指令 取 出 并 执 行 就 像 大 楼 房 的 每 个 房 间 的 被 分 配 到 了 唯 一 一 个 房 间 号 一 样 ， 每 一 个 存 储 单元 也 必 须 被 分 配 到 唯 一 的 地

43、 址 号 ， 该 地 址 号 称 为 存 储 单 元 的 地 址 ， 这 样 只 要 知 道 了 存 储单 元 的 地 址 ， 就 可 以 找 到 这 个 存 储 单 元 ， 其 中 存 储 的 指 令 就 可 以 被 取 出 ， 然 后 再 被 执 行 。程 序 通 常 是 顺 序 执 行 的 ， 所 以 程 序 中 的 指 令 也 是 一 条 条 顺 序 存 放 的 ， 单 片 机 在 执 行程 序 时 要 能 把 这 些 指 令 一 条 条 取 出 并 加 以 执 行 ， 必 须 有 一 个 部 件 能 追 踪 指 令 所 在 的 地 址 ，这 一 部 件 就 是 程 序 计 数 器 P

44、C（ 包 含 在 CPU 中 ） ， 在 开 始 执 行 程 序 时 ， 给 PC 赋 以 程 序中 第 一 条 指 令 所 在 的 地 址 ， 然 后 取 得 每 一 条 要 执 行 的 命 令 ， PC 在 中 的 内 容 就 会 自 动 增加 ， 增 加 量 由 本 条 指 令 长 度 决 定 ， 可 能 是 1、 2 或 3， 以 指 向 下 一 条 指 令 的 起 始 地 址 ，保 证 指 令 顺 序 执 行 。 单 片 机 的 基 本 结 构单 片 机 由 运 算 器 、 控 制 器 、 存 储 器 、 输 入 输 出 设 备 构 成 。 起 初 模 型1.SCM 即 单 片 微

45、型 计 算 机 （ Single Chip Microcomputer） 阶 段 ， 主 要 是 寻 求 最 佳的 单 片 形 态 嵌 入 式 系 统 的 最 佳 体 系 结 构 。 “创 新 模 式 ”获 得 成 功 ， 奠 定 了 SCM 与 通 用计 算 机 完 全 不 同 的 发 展 道 路 。 在 开 创 嵌 入 式 系 统 独 立 发 展 道 路 上 ， Intel 公 司 功 不 可没 。 Micro Controller Unit2.MCU 即 微 控 制 器 （ Micro Controller Unit） 阶 段 ， 主 要 的 技 术 发 展 方 向 是 ： 不 断 扩展

46、 满 足 嵌 入 式 应 用 时 ， 对 象 系 统 要 求 的 各 种 外 围 电 路 与 接 口 电 路 ， 突 显 其 对 象 的 智 能 化控 制 能 力 。 它 所 涉 及 的 领 域 都 与 对 象 系 统 相 关 ， 因 此 ， 发 展 MCU 的 重 任 不 可 避 免 地 落在 电 气 、 电 子 技 术 厂 家 。 从 这 一 角 度 来 看 ， Intel 逐 渐 淡 出 MCU 的 发 展 也 有 其 客 观 因素 。 在 发 展 MCU 方 面 ， 最 著 名 的 厂 家 当 数 Philips 公 司 。 Philips 公 司 以 其 在 嵌 入 式 应 用 方

47、面 的 巨 大 优 势 ， 将 MCS-51 从 单 片 微 型 计 算 机 迅速 发 展 到 微 控 制 器 。 因 此 ， 当 我 们 回 顾 嵌 入 式 系 统 发 展 道 路 时 ， 不 要 忘 记 Intel 和Philips 的 历 史 功 绩 。 嵌 入 式 系 统单 片 机 是 嵌 入 式 系 统 的 独 立 发 展 之 路 ， 向 MCU 阶 段 发 展 的 重 要 因 素 ， 就 是 寻 求 应用 系 统 在 芯 片 上 的 最 大 化 解 决 ； 因 此 ， 专 用 单 片 机 的 发 展 自 然 形 成 了 SoC 化 趋 势 。 随着 微 电 子 技 术 、 IC 设

48、 计 、 EDA 工 具 的 发 展 ， 基 于 SoC 的 单 片 机 应 用 系 统 设 计 会 有 较 大的 发 展 。 因 此 ， 对 单 片 机 的 理 解 可 以 从 单 片 微 型 计 算 机 、 单 片 微 控 制 器 延 伸 到 单 片 应 用系 统 。 编 辑 本 段 单 片 机 的 硬 件 特 性1、 单 片 机 集 成 度 高 。 单 片 机 包 括 CPU、 4KB 容 量 的 ROM（ 8031 无 ） 、 128 B 容 量的 RAM、 2 个 16 位 定 时 /计 数 器 、 4 个 8 位 并 行 口 、 全 双 工 串 口 行 口 。 2、 系 统 结 构

49、 简 单 ， 使 用 方 便 ， 实 现 模 块 化 ; 3、 单 片 机 可 靠 性 高 ， 可 工 作 到 106 107 小 时 无 故 障 ; 4、 处 理 功 能 强 ， 速 度 快 。 编 辑 本 段 单 片 机 的 应 用单 片 机 的 应 用 目 前 单 片 机 渗 透 到 我 们 生 活 的 各 个 领 域 ， 几 乎 很 难 找 到 哪 个 领 域 没 有 单 片 机 的 踪 迹 。导 弹 的 导 航 装 置 ， 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算 机 的 网 络 通 讯 与 数 据 传 输 ， 工 业 自 动 化过 程 的 实 时 控 制 和 数 据 处 理 ， 广 泛 使 用 的 各 种 智 能 IC 卡 ， 民 用 豪 华 轿 车 的 安 全 保 障 系统 ， 录 像 机 、 摄 像 机 、 全 自 动 洗 衣 机 的 控 制 ， 以 及 程 控 玩 具 、 电 子 宠 物 等 等 ， 这 些 都 离不 开 单 片 机 。 更 不 用 说 自 动 控 制 领 域 的 机 器 人 、 智 能 仪 表 、 医 疗 器 械 以 及 各 种 智 能 机 械了 。 因 此 ， 单 片 机 的 学 习 、 开 发 与 应 用 将 造 就 一 批 计 算 机 应 用 与 智 能 化 控 制 的 科 学 家 、工 程 师 。 单