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[经验] 一位15年经验的老司机教你学习单片机

4 天前  724 单片机
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缘起

2018年1月1日,意味着我有15年的单片机经验了,得在21ic最热的板块来个文章纪念一下。


从2003年学习单片机开始,从公司到研究所,从研究所到学校,还真没有离开过它。对于经验丰富的工程师,以下内容可以忽略了,然而,对于刚入门的初学者,还是可以看一看的。




初学者的态度

在我学习单片机的年代,只有单片机而且只有一种51单片机,没的选择。现在,有51内核的系列单片机、有msp430单片机、有CC2530单片机、有ContexM0系列单片机、有STM8单片机、还有台湾的合泰、华邦、义隆...甚至国内的单片机......这还不包括ARM、ContexM3、STM32...这些32位的嵌入式产品。面对这么多的选择,你怎么入门?


在我的学生中,不少人觉得8位机太简单了,稍微入门就准备要学嵌入式,搞ARM,玩Linux。在他们看来,会单片机并不等于嵌入式。实际上这是两个概念,而且你会用单片机就等于你能用单片机了吗?不,还差很远。不管是8位机还是32位机,它只是你解决问题的一个工具而已。很多人都会用C语言,但是有几个人能用C语言写出Linux和uCOS来呢?


所以,初学者的态度很重要。哪一款单片机不重要,只要你精通擅长一款,日后再用其他公司的那都是小菜一碟,进而学习32位的处理器也是游刃有余,轻松自如,否则,每个单片机对你来说,都永远处于入门状态。




一页纸讲清单片机


也许有人问:有没有那么简单呀?


当然不会那么简单啦,首先你要把书读薄,然后再把书读后,最后把书放进自己脑子里,形成自己的一套思路。


理解任何一个事物,最好把握它的本质。对于各个各样的嵌入式微处理器产品,实际上用一页纸就可以把本质的脉络说清楚。有这么神奇,嗯...我也是自己总结的,大家可以看看,加以斧正。



8位和32位机都可以看成是“内核+外设”的结构,外设多,单片机就复杂些,总线位数高,运行就快一些。本质上还逃不出这个架构。对于设计人员编程来说,操作外设实际上就是读写各种特殊功能寄存器,传输数据就是读写总线,相应外设就是处理中断。除了这三大操作,好像没有其他了。当然对于不同的外设,其特殊功能寄存器的定义不同,中断向量不同,操作流程不同,但本质上还是在操作寄存器、总线和中断。


有人不服说,不会吧,一定还有别的。当然有了,但对于初学者来说,不要钻牛角尖,把常见的、大多数的东西把握了,慢慢再去研究小众技能吧。上面讲了这么多,实际上就想告诉初学者:嵌入式或者单片机的入门真的不难,但也不容易,需要你拿出态度来。我经常对我的学生说:“单片机或者嵌入式这东西是入门难,到经验积累到一定程度就比较容易了。”




一些不是建议的经验

1、从8位单片机入门比较好一点,选好一个型号,认真学习,直到精通。

2、多练习,多写代码,多上网看看博客,当然自己要有一块学习板了。

3、掌握简单常用的模拟电路和数字电路,比如:电阻限流、电容滤波、运放放大等等,将来你在设计电路和调试程序的时候都会用到。

4、精通C语言,特别是指针和数组,最好把预处理和编译过程了解一下。

5、掌握一个电路设计软件,对于单片机,其实会protell99都可以了。

6、会使用万用表,最好有示波器啦,而且要掌握一些常用的测试手段。

7、在自己学习过程中,整理并形成自己的元器件库和常用程序库,这是你进阶下一阶段成为高手的关键。

8、多看看各种单片机案例,掌握各种常用芯片的使用,嵌入式就是一个逐渐积累的过程。你的嵌入式技术有多高,就看你心里的案例与资源有多少。现在各种功能都有模块或专用芯片,还都提供UR、SPI、IIC等接口

表面上你用单片机在实现蓝牙,实际上你只是在使用单片机的串口读写数据。如果说元器件电路模块是硬件资源的积累,那么,常用接口模块驱动程序则是软件资源的积累。 将来在你的产品设计中,可能用到很多新的模块和元件,只要它的接口是SPI接口、IIC接口、UR串口等你熟悉的接口,那么对于你来说,它就是一个旧模块和元件。因为单片机实际上面对的不是模块和元件,而是你熟悉的常用接口。

9、最好有做笔记的习惯,你也可以写写博客,这个到后面会有意想不到的作用。






经典51内核资源全览浓缩图


你不要当51单片机是高科技产品,请把它看作一款玩具。你不是在学习开发,你是在玩“极品飞车”。学习会让懒人痛苦,而玩耍会给懒人快乐,没有愉悦的心情,还谈什么学好学精?


经典款51单片机都有什么东西?一张图就可以告诉你...




<1> 四组8位并行I/O端口:


P0端口:PC门,集电极开路输出,必须接上拉电阻才能输出高电平。


P1端口:无特殊之处。


P2端口:访问外部存储器时,作高8位地址用。


P3端口:功能复用端口,详情看表。


<2> 三大外设:外部中断、定时/计数、串行通信


<3> 五个中断源:2个外部中断、2个定时/计数中断、1个串行通信中断

注意:要记住中断号与中断源的对应关系...编程时会用到!


<4> 三大特殊功能寄存器:TCON、SCON、TMOD



经典型51单片机的重要外设归纳


不管简单还是复杂的微处理器,其基本架构都是“内核+外设”,而控制外设的重要途径就是特殊功能寄存器。作为一个嵌入式设计师,如果做底层的程序开发,绝大部分的工作都在跟各种特殊功能寄存器打交道。


51单片机的外设不多,可以分成三大块:中断系统、定时/计数器串行接口


要想把这些外设应用好,首先得把控制这些外设的特殊功能寄存器弄明白,其实也不多,就下面几个:


IE寄存器:中断控制寄存器。
IP寄存器:中断优先级寄存器。
TCON寄存器:中断状态标志寄存器。
TMOD寄存器:定时/技术模式控制寄存器。
THx和TLx寄存器:定时/计数器的技术初值寄存器。
SCON寄存器:串口控制寄存器。
SBUF寄存器:串行接口收据发送和接收缓冲器。

<1> IE寄存器与IP寄存器(IP用的不多)


<2> TCON寄存器


<3> TMOD寄存器



<4> SCON寄存器





程序设计要点


<1> 引入头文件


在单片机的程序设计中,很多时候需要操作特殊功能寄存器,而这些寄存器实际上就是芯片中的一个内存地址。我们要记住这些地址很难,而且代码编写也比较复杂。为了方便记忆和使用,我们给每一个特殊功能寄存器都起了一个名字。如果在程序设计中你想直接使用这些名字,那么你就需要引入对应当芯片头文件,例如51单片机,你需要引入“reg52.h”文件。



特殊功能寄存器P0的地址为80H,引入这个头文件之后,你就可以使用P0这个名字了

P0 = 0x02;

<2> 中断服务函数的格式


在51单片机中有5个中断源,每个中断源都有固定的入口地址(也就是中断向量)和中断号。我们在程序设计的过程中,不需要记住中断向量地址,但需要知道每个中断源对应的中断号(参考【经典51懒人5步速成法-01】)


一般情况下,中断的处理函数有两个,其一为中断初始化函数,其二为中断服务函数。初始化函数就是一个普通的函数,而中断服务函数却有特殊的格式要求:

A. 中断函数没有返回值,也不能带参数。
B. 函数名后面要跟一个关键字interrupt,说明这是一个中断服务函数。
C. 在关键字interrupt后面要跟上中断号,说明这个中断服务函数是为那个中断服务的。

中断服务函数的格式为:


void 函数名() interrupt 中断号


{ ----函数体---- }


例如,定时器0的中断服务函数,我们C语言可以这样写:





三大外设的开发与可重用代码


在51内核的单片机中,主要有外部中断、定时计数和串行通信三大外设。在其他的嵌入式芯片中,这三个外设也是必不可少的。三大外设的程序设计实际上就成了51单片机最基础核心,掌握着三个部分的设计思路是学习单片机开发的必经之路。


编写三大外设的程序实际上有很多类似的地方。它们都需要进行初始的寄存器配置,也就是初始化,它们都和中断有关,都需要编写中断服务函数。因此,对于每一个外设,我们都需要编写一个初始化函数和中断服务函数。这些函数在不同的应用工程中实际上都差不多,也就是说代码的重用性很高。

1、外部中断模块


在51单片机中有INT0和INT1两个中断模块,外部的触发信号可以是电平,也可以是边沿,由寄存器TCON的IT0和IT1位来决定。



2、定时/计数模块


在51单片机中有T0和T1两个定时器,对内部可以定时,对外部可以计数。在初始化的时候,需要确定该模块是定时功能还是技术功能,工作模式是什么,最大计数值是多少。



3、串行接口模块


在51单片机的串行接口中,产生波特率需要占用定时器T1,发送数据时,将内容放到SBUF中,数据发送完毕,ti会置1。当完整接收到一个数据后,RI会置1,这时从SBUF中将内容读出即可。不管是TI还是RI标志位,都需要人工清0。


一般情况下,发送数据采用查询方式,接收数据采用中断方式。



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