作者：歐浩源

選于21ic論壇

編輯：付斌

緣起

2018年1月1日，意味著我有15年的單片機經(jīng)驗了，得在21ic最熱的板塊來個文章紀念一下。

從2003年學(xué)習(xí)單片機開始，從公司到研究所，從研究所到學(xué)校，還真沒有離開過它。對于經(jīng)驗豐富的工程師，以下內(nèi)容可以忽略了，然而，對于剛?cè)腴T的初學(xué)者，還是可以看一看的。

初學(xué)者的態(tài)度

在我學(xué)習(xí)單片機的年代，只有單片機而且只有一種51單片機，沒的選擇。現(xiàn)在，有51內(nèi)核的系列單片機、有MSP430單片機、有CC2530單片機、有ContexM0系列單片機、有STM8單片機、還有臺灣的合泰、華邦、義隆...甚至國內(nèi)的單片機......這還不包括ARM、ContexM3、STM32...這些32位的嵌入式產(chǎn)品。面對這么多的選擇，你怎么入門？

在我的學(xué)生中，不少人覺得8位機太簡單了，稍微入門就準備要學(xué)嵌入式，搞ARM，玩Linux。在他們看來，會單片機并不等于嵌入式。實際上這是兩個概念，而且你會用單片機就等于你能用單片機了嗎？不，還差很遠。不管是8位機還是32位機，它只是你解決問題的一個工具而已。很多人都會用C語言，但是有幾個人能用C語言寫出Linux和uCOS來呢？

所以，初學(xué)者的態(tài)度很重要。哪一款單片機不重要，只要你精通擅長一款，日后再用其他公司的那都是小菜一碟，進而學(xué)習(xí)32位的處理器也是游刃有余，輕松自如，否則，每個單片機對你來說，都永遠處于入門狀態(tài)。

一頁紙講清單片機

也許有人問：有沒有那么簡單呀？

當然不會那么簡單啦，首先你要把書讀薄，然后再把書讀后，最后把書放進自己腦子里，形成自己的一套思路。

理解任何一個事物，最好把握它的本質(zhì)。對于各個各樣的嵌入式微處理器產(chǎn)品，實際上用一頁紙就可以把本質(zhì)的脈絡(luò)說清楚。有這么神奇，嗯...我也是自己總結(jié)的，大家可以看看，加以斧正。

8位和32位機都可以看成是“內(nèi)核+外設(shè)”的結(jié)構(gòu)，外設(shè)多，單片機就復(fù)雜些，總線位數(shù)高，運行就快一些。本質(zhì)上還逃不出這個架構(gòu)。對于設(shè)計人員編程來說，操作外設(shè)實際上就是讀寫各種特殊功能寄存器，傳輸數(shù)據(jù)就是讀寫總線，相應(yīng)外設(shè)就是處理中斷。除了這三大操作，好像沒有其他了。當然對于不同的外設(shè)，其特殊功能寄存器的定義不同，中斷向量不同，操作流程不同，但本質(zhì)上還是在操作寄存器、總線和中斷。

有人不服說，不會吧，一定還有別的。當然有了，但對于初學(xué)者來說，不要鉆牛角尖，把常見的、大多數(shù)的東西把握了，慢慢再去研究小眾技能吧。上面講了這么多，實際上就想告訴初學(xué)者：嵌入式或者單片機的入門真的不難，但也不容易，需要你拿出態(tài)度來。我經(jīng)常對我的學(xué)生說：“單片機或者嵌入式這東西是入門難，到經(jīng)驗積累到一定程度就比較容易了?！?br>

一些不是建議的經(jīng)驗

1、從8位單片機入門比較好一點，選好一個型號，認真學(xué)習(xí)，直到精通。

2、多練習(xí)，多寫代碼，多上網(wǎng)看看博客，當然自己要有一塊學(xué)習(xí)板了。

3、掌握簡單常用的模擬電路和數(shù)字電路，比如：電阻限流、電容濾波、運放放大等等，將來你在設(shè)計電路和調(diào)試程序的時候都會用到。

4、精通C語言，特別是指針和數(shù)組，最好把預(yù)處理和編譯過程了解一下。

5、掌握一個電路設(shè)計軟件，對于單片機，其實會Protell99都可以了。

6、會使用萬用表，最好有示波器啦，而且要掌握一些常用的測試手段。

7、在自己學(xué)習(xí)過程中，整理并形成自己的元器件庫和常用程序庫，這是你進階下一階段成為高手的關(guān)鍵。

8、多看看各種單片機案例，掌握各種常用芯片的使用，嵌入式就是一個逐漸積累的過程。你的嵌入式技術(shù)有多高，就看你心里的案例與資源有多少?，F(xiàn)在各種功能都有模塊或?qū)Ｓ眯酒€都提供UR、SPI、IIC等接口。

表面上你用單片機在實現(xiàn)藍牙，實際上你只是在使用單片機的串口讀寫數(shù)據(jù)。如果說元器件電路模塊是硬件資源的積累，那么，常用接口模塊驅(qū)動程序則是軟件資源的積累。 將來在你的產(chǎn)品設(shè)計中，可能用到很多新的模塊和元件，只要它的接口是SPI接口、IIC接口、UR串口等你熟悉的接口，那么對于你來說，它就是一個舊模塊和元件。因為單片機實際上面對的不是模塊和元件，而是你熟悉的常用接口。

9、最好有做筆記的習(xí)慣，你也可以寫寫博客，這個到后面會有意想不到的作用。

經(jīng)典51內(nèi)核資源全覽濃縮圖

你不要當51單片機是高科技產(chǎn)品，請把它看作一款玩具。你不是在學(xué)習(xí)開發(fā)，你是在玩“極品飛車”。學(xué)習(xí)會讓懶人痛苦，而玩耍會給懶人快樂，沒有愉悅的心情，還談什么學(xué)好學(xué)精？

經(jīng)典款51單片機都有什么東西？一張圖就可以告訴你...

<1> 四組8位并行I/O端口：

P0端口：PC門，集電極開路輸出，必須接上拉電阻才能輸出高電平。

P1端口：無特殊之處。

P2端口：訪問外部存儲器時，作高8位地址用。

P3端口：功能復(fù)用端口，詳情看表。

<2> 三大外設(shè)：外部中斷、定時/計數(shù)、串行通信

<3> 五個中斷源：2個外部中斷、2個定時/計數(shù)中斷、1個串行通信中斷        

注意：要記住中斷號與中斷源的對應(yīng)關(guān)系...編程時會用到！

<4> 三大特殊功能寄存器：TCON、SCON、TMOD

經(jīng)典型51單片機的重要外設(shè)歸納

不管簡單還是復(fù)雜的微處理器，其基本架構(gòu)都是“內(nèi)核+外設(shè)”，而控制外設(shè)的重要途徑就是特殊功能寄存器。作為一個嵌入式設(shè)計師，如果做底層的程序開發(fā)，絕大部分的工作都在跟各種特殊功能寄存器打交道。

51單片機的外設(shè)不多，可以分成三大塊：中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器和串行接口。

要想把這些外設(shè)應(yīng)用好，首先得把控制這些外設(shè)的特殊功能寄存器弄明白，其實也不多，就下面幾個：

IE寄存器：中斷控制寄存器。
IP寄存器：中斷優(yōu)先級寄存器。
TCON寄存器：中斷狀態(tài)標志寄存器。
TMOD寄存器：定時/技術(shù)模式控制寄存器。
THx和TLx寄存器：定時/計數(shù)器的技術(shù)初值寄存器。
SCON寄存器：串口控制寄存器。
SBUF寄存器：串行接口收據(jù)發(fā)送和接收緩沖器。

<1> IE寄存器與IP寄存器(IP用的不多)
   <2> TCON寄存器
     <3> TMOD寄存器
   

<4> SCON寄存器
   

程序設(shè)計要點

<1> 引入頭文件

在單片機的程序設(shè)計中，很多時候需要操作特殊功能寄存器，而這些寄存器實際上就是芯片中的一個內(nèi)存地址。我們要記住這些地址很難，而且代碼編寫也比較復(fù)雜。為了方便記憶和使用，我們給每一個特殊功能寄存器都起了一個名字。如果在程序設(shè)計中你想直接使用這些名字，那么你就需要引入對應(yīng)當芯片頭文件，例如51單片機，你需要引入“reg52.h”文件。

特殊功能寄存器P0的地址為80H，引入這個頭文件之后，你就可以使用P0這個名字了

P0 = 0x02;

<2> 中斷服務(wù)函數(shù)的格式

在51單片機中有5個中斷源，每個中斷源都有固定的入口地址（也就是中斷向量）和中斷號。我們在程序設(shè)計的過程中，不需要記住中斷向量地址，但需要知道每個中斷源對應(yīng)的中斷號（參考【經(jīng)典51懶人5步速成法-01】）

一般情況下，中斷的處理函數(shù)有兩個，其一為中斷初始化函數(shù)，其二為中斷服務(wù)函數(shù)。初始化函數(shù)就是一個普通的函數(shù)，而中斷服務(wù)函數(shù)卻有特殊的格式要求：

A. 中斷函數(shù)沒有返回值，也不能帶參數(shù)。
B. 函數(shù)名后面要跟一個關(guān)鍵字interrupt，說明這是一個中斷服務(wù)函數(shù)。
C. 在關(guān)鍵字interrupt后面要跟上中斷號，說明這個中斷服務(wù)函數(shù)是為那個中斷服務(wù)的。  
中斷服務(wù)函數(shù)的格式為：

void 函數(shù)名() interrupt  中斷號

 {  ----函數(shù)體----  }

例如，定時器0的中斷服務(wù)函數(shù)，我們C語言可以這樣寫：

三大外設(shè)的開發(fā)與可重用代碼

在51內(nèi)核的單片機中，主要有外部中斷、定時計數(shù)和串行通信三大外設(shè)。在其他的嵌入式芯片中，這三個外設(shè)也是必不可少的。三大外設(shè)的程序設(shè)計實際上就成了51單片機最基礎(chǔ)核心，掌握著三個部分的設(shè)計思路是學(xué)習(xí)單片機開發(fā)的必經(jīng)之路。

編寫三大外設(shè)的程序?qū)嶋H上有很多類似的地方。它們都需要進行初始的寄存器配置，也就是初始化，它們都和中斷有關(guān)，都需要編寫中斷服務(wù)函數(shù)。因此，對于每一個外設(shè)，我們都需要編寫一個初始化函數(shù)和中斷服務(wù)函數(shù)。這些函數(shù)在不同的應(yīng)用工程中實際上都差不多，也就是說代碼的重用性很高。

1、外部中斷模塊

在51單片機中有INT0和INT1兩個中斷模塊，外部的觸發(fā)信號可以是電平，也可以是邊沿，由寄存器TCON的IT0和IT1位來決定。

2、定時/計數(shù)模塊

在51單片機中有T0和T1兩個定時器，對內(nèi)部可以定時，對外部可以計數(shù)。在初始化的時候，需要確定該模塊是定時功能還是技術(shù)功能，工作模式是什么，最大計數(shù)值是多少。

3、串行接口模塊

在51單片機的串行接口中，產(chǎn)生波特率需要占用定時器T1，發(fā)送數(shù)據(jù)時，將內(nèi)容放到SBUF中，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，TI會置1。當完整接收到一個數(shù)據(jù)后，RI會置1，這時從SBUF中將內(nèi)容讀出即可。不管是TI還是RI標志位，都需要人工清0。

一般情況下，發(fā)送數(shù)據(jù)采用查詢方式，接收數(shù)據(jù)采用中斷方式。

結(jié)束語

嵌入式應(yīng)用開發(fā)涉及的知識點很多，初次接觸往往感到無從下手。沒錯，與一些高級編程語言“易懂難精”的情況相比，嵌入式應(yīng)用開發(fā)的入門是比較難的，但是，隨著知識的積累和經(jīng)驗的豐富，后面的路會越走越寬，越走越順。廣大的嵌入式應(yīng)用開發(fā)入門者應(yīng)該充滿信心。我一直都認為嵌入式應(yīng)用開發(fā)就像一場馬拉松，必須一步一個腳印，積蓄能量，逐步進階，才能越走越遠的。