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森山，10多年的硬件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，做過(guò)的板卡數(shù)不清有多少塊，做過(guò)量產(chǎn)的產(chǎn)品也涉及到各個(gè)行業(yè)，也做過(guò)不少失敗的項(xiàng)目。他用自己的經(jīng)驗(yàn)告訴大家，如何系統(tǒng)的學(xué)習(xí)單片機(jī)。
01
需要一塊開(kāi)發(fā)板——讓單片機(jī)動(dòng)起來(lái)
買(mǎi)一塊開(kāi)發(fā)板，按照配套的demo程序，自己改改，讓外設(shè)動(dòng)起來(lái)，比如OLED顯示內(nèi)容，電機(jī)啟停、調(diào)速，溫濕度采集等等。這一步是為了讓你體會(huì)到，單片機(jī)如何通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的操作。
這樣的開(kāi)發(fā)板太多了，建議從STM32入手，原因有二：一是資料最全，開(kāi)發(fā)環(huán)境比較友好，而且今后在產(chǎn)品中使用也比較多；二是開(kāi)發(fā)板都不貴，而且最好選外設(shè)多的，帶顯示，帶通信接口的開(kāi)發(fā)板。
即使一開(kāi)始不懂，開(kāi)發(fā)板配套的學(xué)習(xí)包，足夠你學(xué)一陣子了，STM32官方也有現(xiàn)成的Cubemx工具來(lái)幫你生成基礎(chǔ)代碼。
02
自己設(shè)計(jì)一個(gè)小demo——掌握基本外設(shè)
我建議有硬件設(shè)計(jì)能力的，可以自己設(shè)計(jì)制作一款開(kāi)發(fā)板，盡量多的加入不同類(lèi)型的外設(shè)，因?yàn)橐院竽阊邪l(fā)產(chǎn)品，就是基于這些外設(shè)的應(yīng)用邏輯組合。然后一個(gè)個(gè)移植外設(shè)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然更建議自己寫(xiě)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)寫(xiě)得好能最大程度發(fā)揮硬件的性能。
受限于單片機(jī)的性能都比較一般，基礎(chǔ)的外設(shè)的連接方式大致有這些：IO、I2C、SPI、AD\DA、UART、CAN、RGB888……等這些低速接口，有的也帶USB。
等你玩轉(zhuǎn)了這些，以后升級(jí)到更強(qiáng)的平臺(tái)，那么高速接口學(xué)習(xí)起來(lái)也只是工作量的問(wèn)題，大同小異。
在移植和寫(xiě)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，要學(xué)會(huì)看datasheet，spec。雖然一個(gè)簡(jiǎn)單的芯片規(guī)格書(shū)就是幾十上百頁(yè)，但并不是你都要去看懂的，只要知道提取自己有用的信息，比如I2C設(shè)備，它的總線最高頻率，你在做時(shí)序控制時(shí)不能超過(guò)它的上限。
在調(diào)試過(guò)程中，你一定會(huì)遇到非常細(xì)節(jié)的問(wèn)題，這時(shí)候，借助一定的工具和手段，可以讓你變得更加高效，比如學(xué)會(huì)用示波器去看數(shù)據(jù)波形，學(xué)會(huì)看時(shí)序，分析通信協(xié)議，用萬(wàn)用表去檢測(cè)基本的故障。
下面視頻是用STM32通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和電磁鐵的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)機(jī)頭的功能。盡管我也做了多年開(kāi)發(fā)，在遇到新的外設(shè)時(shí)，調(diào)試還是花了不少精力。參數(shù)是調(diào)出來(lái)的，有時(shí)候就差幾十us的延時(shí)，性能就相差很多，所以在研發(fā)的過(guò)程中一定要耐心：
03
學(xué)著做一個(gè)完整的小產(chǎn)品——產(chǎn)品思維
前2步的基礎(chǔ)，新手的你已經(jīng)大致有信心了。接來(lái)下可以做一些設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)功能，一個(gè)簡(jiǎn)單的單機(jī)設(shè)備。舉個(gè)例子，通過(guò)溫濕度監(jiān)測(cè)，來(lái)控制繼電器，繼電器外加電熱絲或加熱裝置，并且實(shí)時(shí)顯示該溫度值，這就是一個(gè)溫度控制的產(chǎn)品了。這些設(shè)計(jì)不難的，難的是在這一步里你要有一定的產(chǎn)品思維了。要列出你這個(gè)產(chǎn)品的需求，解決了什么痛點(diǎn)，根據(jù)明確的需求去選擇相應(yīng)的單片機(jī)方案，你要知道實(shí)現(xiàn)這樣的功能，需要選擇什么樣的技術(shù)方案，綜合還要考慮成本。
這里面的信息量和變數(shù)其實(shí)非常大，比如你要設(shè)計(jì)一款帶有線網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，那么你是選擇自帶RMII接口的單片機(jī)，還是通過(guò)增加一個(gè)串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的模組來(lái)實(shí)現(xiàn)？這可能涉及到你需要通信的網(wǎng)絡(luò)速度，也要考慮綜合成本，以及開(kāi)發(fā)的難易程度。
有時(shí)候，這需要權(quán)衡產(chǎn)品本身的硬件成本，和你的開(kāi)發(fā)周期，并不是一味追求硬件成本最優(yōu)，如果出貨量不大的產(chǎn)品或項(xiàng)目，應(yīng)該更傾向于選擇自己熟悉的單片機(jī)平臺(tái)，這樣開(kāi)發(fā)周期最短，人力消耗最低，避免撿了芝麻，丟了西瓜的情況發(fā)生，因?yàn)楹芏囗?xiàng)目，時(shí)間要求是很緊迫的。
做產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)功能很簡(jiǎn)單，但整體的可靠性、穩(wěn)定性、兼容性是很難的，這個(gè)問(wèn)題主要討論單片機(jī)，所以產(chǎn)品其他延伸的話(huà)題就不展開(kāi)了。
04
讓你的單片機(jī)連接到全世界——嘗試通信
現(xiàn)在很多產(chǎn)品都物聯(lián)網(wǎng)化了，進(jìn)一步的，你可以去研究基于單片機(jī)的有線、無(wú)線通信方式，最簡(jiǎn)單的通過(guò)串口連接WIFI、GPRS模組，學(xué)習(xí)MQTT等物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。MQTT協(xié)議基于json，即使完全不懂的人，學(xué)半天也就會(huì)了，上手比較容易，PC端有很多客戶(hù)端可以直接用，適合信息量不大、實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制。
通信模組和方式就很多了，WIFI、Zigbee、BT、Lora、GPRS、Lora、NB、4G/5G、433等各種小無(wú)線，以后可以專(zhuān)門(mén)寫(xiě)一篇來(lái)介紹這些通信方式的不同應(yīng)用場(chǎng)景。
之所以把通信這塊單獨(dú)拎出來(lái)，因?yàn)橥ㄐ抛屓f(wàn)物互聯(lián)，有了更多可玩性和可能性，讓冰冷的單片機(jī)成為有想象力的產(chǎn)品。
最后的總結(jié)：做了越多的產(chǎn)品就越覺(jué)得，沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)品是簡(jiǎn)單的，容易的，希望大家耐心一點(diǎn)，打好基礎(chǔ)，后面的路子就會(huì)很寬。
除了以上4點(diǎn)，后面遇到更復(fù)雜的項(xiàng)目，可以上RTOS、MBED等輕量化，適合單片機(jī)的操作系統(tǒng)。大家不要一味想著去搞linux，單片機(jī)一直在迭代，現(xiàn)在性能強(qiáng)的單片機(jī)還是很多的，而實(shí)際工業(yè)上有很多需求，單片機(jī)綽綽有余，性?xún)r(jià)比極高，開(kāi)發(fā)周期短，穩(wěn)定，這些都是很好的。
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