Arduino微电脑控制实习－迈向AMA中级先进微控制器应用认证.ppt

Arduino微電腦控制實習－梅克2工作室 1-4 類比與數位訊號介面 圖 1-8 所示為不同工作週期的示意圖，紅線代表該波形的平均值，將工作週期為25% 的PWM 波形接至LED，則LED 的亮度會只有全亮時的1/4， 同理， 工作週期50% 接至LED，LED 呈現半亮狀態； 若將PWM 接至直流馬達，則可透過不同的工作週期控制馬達轉速。 1-4 類比與數位訊號介面 受控體是指受控制的設備或物體，例如冷氣、洗衣機，或是一些簡單的機電元件，例如LED、馬達、伺服機、電熱絲等。 * * * * Arduino微電腦控制實習－梅克2工作室 第1章 微電腦系統概論 1-1 微電腦系統單元 1-2 微電腦系統架構 1-3 微控制器（單晶片微電腦） 1-4 類比與數位訊號介面 1-1 微電腦系統單元 隨著科技的進步，自動化產品越來越多，已大幅改善人們的生活品質。 自動化的核心是微控制器（micro-controller unit, MCU），它就像是人的大腦一般，由有經驗的專家設計了它，並準確有效地擔任人們所賦予的工作而達到自動化目的。 微控制器無所不在，舉凡手機、遊戲機、家電（冰箱、冷氣、洗衣機、攝錄影機等）、健康醫療儀器、電腦及電視周邊、照明節能、汽車行車電腦、交通號誌控制等，皆可看到微控制器的蹤跡。 本章透過介紹傳統的微電腦系統五大單元，了解微控制器的內部概況，並透過各種微控制器家族的介紹，了解本書學習之Arduino 微控制器的特性。 1-1 微電腦系統單元 微電腦是由硬體（hardware）和軟體（software）所組成： 硬體是指有形的機器。 軟體則指用來控制微電腦工作的指令和程式。 本節先針對微電腦的硬體結構加以介紹。 微電腦的硬體結構包括了五個主要單元（unit），分別是輸入單元、輸出單元、記憶單元、算術邏輯單元和控制單元，其中算術邏輯單元和控制單元又可合併成為一個單元，稱為中央處理單元（central processing unit），就是所稱的CPU，這五個單元的關係如圖 1-1 所示。 1-1 微電腦系統單元 1-1 微電腦系統單元 CPU 是微電腦最重要的部分，它就像是人類的大腦一般，控制著各個單元的運作。以下簡介各單元的功用。 1. 輸入單元（input unit, IU） 　輸入單元的工作是將外來的資訊送到CPU 處理或直接存入記憶單元 個人電腦（personal computer，PC）上常用的輸入設備有讀卡機、磁碟機、鍵盤、光筆、滑鼠和掃描器等。 在實習上常見的輸入元件有指撥開關（DIP Switch）、按鈕開關、微動開關、極限開關、磁簧開關（Reed Switch）、鍵盤，還有可感測光（光電晶體）、溫度（溫度感測器）、濕度（濕度感測器）、聲音（麥克風）、磁場（霍爾元件）的各種物理量感測器等。 1-1 微電腦系統單元 2. 輸出單元（output unit, OU） 　輸出單元負責將CPU 處理過的資料，以人類或機器可以看懂的形態輸出或儲存。 PC 上常用的輸出設備有顯示器（monitor）、列表機（printer）和繪圖機（plotter）等。 在實習上常見的輸出元件有發光二極體LED、液晶顯示器LCD、七段顯示器、步進馬達、直流馬達、喇叭、蜂鳴器等。 3. 記憶單元（memory unit, MU） 　記憶單元是用來存放系統運作所需的程式（code）或資料（data），一般來說，程式是儲存在唯讀記憶體（read only memory, ROM）中，資料儲存在隨機存取記憶體（random access memory, RAM）中。 1-1 微電腦系統單元 4. 算術邏輯單元（arithmetic logic unit, ALU） 　　顧名思義，算術邏輯單元可執行算術運算（如加、減、乘、除等）及邏輯運算（如AND、OR、NOT、XOR 等），也可將資料或輸入單元送來的資訊，送到ALU 以執行各種運算；在運算完成後，再由控制單元將資料送回記憶單元存放，或直接送到輸出單元。 5. 控制單元（control unit, CU） 　　控制單元是微電腦的指揮中心，負責協調和指揮各單元之間的資料傳送及運作，使得微電腦可以按照人們的要求完成工作。執行一個程式時，控制單元： (1)先從程式讀取第一個指令。 (2)加以解碼（decode），瞭解指令的動作意義。 (3)執行（execute）這個指令。 然後再重複讀取下一個指令、解碼、執行，一步一步往下做，直到程式做完為止。 1-1 微電腦系統單元 由上述的五大單元說明可知，一套完整的微電腦系統，需由許多的控制晶片（chip）或IC 組成，一般稱這樣的系統為多晶片微電腦控制系統，主要用來設計較為複雜的控制系統，例如個人電腦就屬此類型。 由於此種系統使