大家都用過計算器，有沒有想過它是怎么實現的呢？這里我不詳述計算器的原理，而只對思路進行簡單介紹。等我們學會了單片機，也可以親手制作一個計算器。通過電路進行數學計算，應該怎么做呢？為了便于理解，下面我舉個很簡單的例子。

　　

　　在這個電路中，電阻R1=R2，我給A、B兩點分別接入3V和5V電壓，這個時候，C點的電壓則為(5+3)/2=4V。這個電路完成了一個求平均值的操作，如果我們用1V表示數字1，它計算出來3和5的平均值是4；如果我們定義1mV表示數字1，這個電路就計算出了3000和5000的平均值是4000。如果我能通過巧妙的方法，利用電阻電容乃至晶體管等元器件的特性，設計出很多類似這樣的電路，它就可以完成很復雜的四則運算，以及平方、開方、對數等運算。這就是通過電路來幫助我們進行數學計算的簡單例子。在這個例子中，并不見得能體現到電路計算相比于我們用筆紙計算的優勢。但是如果我們把電路做的足夠復雜，它的計算速度是相當快的，并且只要有電能供應，它就永遠不知疲倦的計算，而且不容易出錯。

　　上面我們設計了一個簡單的模擬電路計算器，它能計算兩個數的平均值，我們用電壓值直接表示數字。但是這個電路在實際中工作并沒有那么理想。做基本電學實驗測量電壓的時候，大家會發現，電壓的測量總是有誤差的，電壓表有誤差，讀數也有誤差，并且基本上無法避免。自然界中很多東西都是有誤差的。在這里除了電壓表測出來的值和實際值不同，實際C點電壓值也并不完全等于AB電壓值的平均，因為我們很難保證R1和R2阻值完全一致，并且導線也有電阻。于是我們計算出來的結果，更可能是3.99或者4.01而不是精確的4.00，這就導致我們的計算出了誤差。如果電路復雜了，誤差會逐步累積，越來越大，最后導致計算結果完全沒有意義，而減小電路的誤差也是相當不容易的。

　　于是數字電路誕生了。相較于模擬電路的不精確，數字電路就有很大優勢了。注意，數字電路是相對于模擬電路而言的，數字電路的本質也是模擬電路。通常我們所說的模擬電路，指的是除數字電路以外的電路。

　　我們人類用十進制計數法表示數字，原因是我們有十個手指。而數字電路中使用二進制數字來進行運算，因為很多電子器件往往會有兩種很確定的狀態，比如開關的“開”和“關”，燈的“亮”和“滅”。二進制數其實比十進制數簡單多了。十進制中，從0到9，滿10就向高位進位，即9+1=10；而二進制滿二進一，所以二進制中1+1=10。一開始我們會感覺這樣很別扭，實際上并非二進制有多難，只是我們習慣了十進制而已。

　　數字電路中，我們使用的比較多的一種用電壓表示二進制數字的方式，稱為TTL電平（TTL = Transistor-Transistor Logic，原意為邏輯門電路）。它規定+5V電壓為高電平，表示數字“1”，0V電壓為低電平，表示數字“0”。由于電路自身特點，實際上這種TTL電平電路輸出的電壓，并非絕對準確的5V和0V，而是規定將>2.4V的電壓視為高電平， 電壓<0.4V則視為低電平。也正是因為這樣的特點，我們根本不需要將電壓控制的很準確，就能很準確的表示出我們想要表示的數字。和前面的模擬平均數計算電路相比，明顯很有優勢。而這也正是數字電路得以廣泛應用的根本原因。

　　數字電路的介紹就到此為止，在原理篇中會有更詳細的介紹。事實上，單片機的本質也是數字電路。下面我們要說的傳統數字電路，指的是除單片機這類可編程器件以外的數字電路。下面我們來看看單片機和傳統數字電路的區別。

　　利用一些常用的傳統數字電路器件（一般都是集成電路芯片），我們可以設計出如下圖的電路。它是一個電子表，有六個數碼管顯示時間，圖中正顯示的就是00:00:18?？梢钥闯鰜磉@個電路還是挺復雜的，設計起來也是很費時間的。

　　

　　但是單片機的出現，使得實現相同功能的電路設計難度大大降低。下圖就是使用單片機設計的電路。同樣是電子表，不僅顯示效果比前面的那個要好，而且功能更強大了，兩個按鍵可以像市面上常見的兩個按鍵的手表一樣調整時間和日期；而電路卻簡單了很多。我們只需要給單片機寫進去特定的程序，就可以讓它按照我們設計好的方式工作。

　　如果某天，我們想要給這個電子表增加馬表計時的功能，對于前面的那個數字電路，恐怕整個電路都得重新設計制作；但是對于單片機制作的這個電路，我們只需要修改程序代碼，然后重新寫進去就可以了，就像在電腦上安裝軟件一樣，根本不需要修改電路，十分方便。

　　

　　傳統數字電路和單片機的關系就像非智能手機和智能手機的關系一樣，智能手機最大的優勢在于它可以安裝各種軟件游戲，而非智能手機就沒有這么強大的功能。單片機也是如此，同樣的電路，你可以給它下載各種程序，讓它按照你的想法去工作。對于單片機來說，硬件電路是單片機的軀體，而程序才是它的靈魂，而寫程序的你，就是它的上帝。

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《單片機小白學步》系列教程（原名《單片機入門指南》）介紹

本系列教程從最基本的入門知識開始，逐步深入介紹單片機系統設計，內容包括：
1、入門篇：單片機等基本概念、各種電子設計基本知識
2、思想篇：單片機/計算機系統設計的工程思想
3、學習篇：單片機學習過程、方法和技巧，以51單片機為例介紹，并推廣到其他單片機
4、應用篇：遵循規范的工程方法，設計單片機系統實例（計劃設計的系統有：計算器、電子表、密碼鎖、簡易手機，具體看有沒有時間再確定）
5、原理篇：從模擬電路、數字電路開始，逐步深入介紹單片機/計算機系統原理，并自行設計簡易的CPU（由于個人水平有限，這部分沒有把握寫好，具體內容視情況而定）

教程特點

1、技術知識點全面，從入門到精通

包含了各種基本知識，尤其是對單片機基本概念的介紹、為什么要用單片機等，在很多同類書籍教程中都被忽略了。同時也包含了一些深入的知識，包括原理篇考慮對單片機的基本原理進行介紹，有助于深入理解單片機。

本系列教程以51單片機為例進行介紹。通過51介紹完單片機的基本知識，我會再把430進行簡要介紹，尤其是對比兩者之間的優缺點，讓大家很快感受到430的巨大優勢，而學習51正好為快速了解430打下了堅實的基礎。

2、除了單片機知識，還有思想、方法、技巧的介紹

本系列教程中，介紹單片機各種模塊編程知識的主要是學習篇，而學習篇只是整個教程的一部分。在學習篇中我會貫穿各種方法技巧，如何理解一些模塊功能，怎么看時序圖，嚴格遵守工程思想進行編程，程序發生了錯誤怎么調試等等。而在思想篇中會總體介紹很多重要的思想，為后面的學習做好準備工作。

3、知識先后順序的設計

單片機學習過程中，涉及大量的知識，而且很多知識之間相互依賴，關聯很強。

本系列教程對知識的先后順序進行比較明確的規劃，盡最大可能符合人的認知過程。但是實際規劃時發現，無論怎么調整知識的順序，總有一些知識之間相互依賴，關系復雜。例如開始講IO口的時候肯定會提到寄存器，而寄存器這個詞的理解，需要深厚的背景知識。但是這些背景知識在沒有進行實踐的時候也很難理解。

初學者常常就會在這樣的地方感覺疑惑不解，不知所措。而每次遇到類似這樣的知識，我會向初學者指出，應該如何對待。這個知識是應該自己去學習補充，還是等到學完原理篇再做理解，而現在又應該怎么去看待這個名詞。

另外，在整個教程的學習前，需要掌握一定的C語言等基礎知識，具體可參考教程第〇篇《序》中的相關說明
http://www.hainter.com/mcu-primer-0

4、語言通俗易懂

本系列教程力求語言通俗易懂，而不會用一堆新手不懂的詞語去解釋另一個不懂的詞語。但是受限于個人語言表達能力，可能有些地方表述的比較繁瑣，或者不清楚，希望大家能夠幫忙指出。

其他問題

如果覺得我寫的對你有幫助，歡迎多多反饋，包括寫的不正確、不合理、不太明白都可以指出來，這樣方便我對其進行完善。

更多可參見：《如何以學習單片機為契機，逐步成為優秀的工程師》
http://www.hainter.com/mcu-engineer

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的单片机小白学步系列（四） 模拟电路、传统数字电路与单片机的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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