單片機(jī)的學(xué)習(xí)絕不僅僅是對一項(xiàng)知識(shí)的掌握。想要學(xué)好單片機(jī)，需要從硬件結(jié)構(gòu)、內(nèi)部資源、外設(shè)應(yīng)用等幾個(gè)方面多方位入手。而要想成為一名嵌入式工程師，就要對單片機(jī)的基礎(chǔ)非常熟悉，并且掌握C語言當(dāng)中各個(gè)功能的初始化、啟動(dòng)、停止各類函數(shù)的編寫調(diào)試。那么想要掌握單片機(jī)需要從哪幾個(gè)方面入手呢？

 

 

在大多數(shù)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中，跑馬燈實(shí)驗(yàn)正是數(shù)字I/O的典型應(yīng)用，也是跑馬燈的實(shí)驗(yàn)被安排第一個(gè)的原因。通過將單片機(jī)的I/O引腳位進(jìn)行置位或清零來點(diǎn)亮或關(guān)閉LED燈，雖然簡單，但是這就是數(shù)字電路中的邏輯功能。數(shù)學(xué)I/O應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)還有按鍵實(shí)驗(yàn)，當(dāng)按下某鍵時(shí)，某LED燈被點(diǎn)亮。數(shù)字I/O實(shí)驗(yàn)教會(huì)我們單片機(jī)的編程思想，必須首先對單片機(jī)的相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置，以初始化I/O引腳，這樣才能使該引腳具備數(shù)字輸入與輸出功能。單片機(jī)的一個(gè)內(nèi)置或外置功能的使用，就是對該功能相關(guān)的寄存器進(jìn)行設(shè)置，初始化，而這便是單片機(jī)編程的特點(diǎn)。少則4、5個(gè)函數(shù)搞定，多則十幾行程序，要有耐心，別怕麻煩，所有的單片機(jī)都是這樣。

 

 

單片機(jī)都有UART接口，這個(gè)簡單、古老的通訊方式可以與我們PC機(jī)的RS232接口直接連接通訊，當(dāng)然，因?yàn)樗鼈儍烧唠娖竭壿嫴煌?，必須要使用一個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片才能與PC機(jī)連接，例如Max232芯片。

 

UART接口的使用是非常重要的，通過這個(gè)接口，我們可以使單片機(jī)與PC機(jī)之間交換信息，“接口”概念的學(xué)習(xí)也便由此引入。使用UART接口也會(huì)學(xué)習(xí)到目前最為簡單與常用的通信協(xié)議等知識(shí)。我們也可以通過PC機(jī)的串口調(diào)試軟件來監(jiān)視到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的數(shù)據(jù)。

 

 

學(xué)會(huì)定時(shí)器的使用，就可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)典型的時(shí)序邏輯電路。時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用是最強(qiáng)大、最廣泛的。例如，在工業(yè)的控制中，我們讓某個(gè)開關(guān)每隔1秒鐘打開與關(guān)閉一次。這個(gè)方案可以通過普通的數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)，也可以通過PLC來實(shí)現(xiàn)，也可以通過CPLD或FPGA來實(shí)現(xiàn)，但是只有單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)是最簡單，成本也是最經(jīng)濟(jì)的。定時(shí)器是單片機(jī)內(nèi)部資源里最為重要的一個(gè)，更是邏輯與時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

 

 

在單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)中，一段程序循環(huán)執(zhí)行是其一個(gè)特點(diǎn)，也是一個(gè)弊端。每個(gè)操作指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時(shí)間，如果程序沒有執(zhí)行到該指令，則該指令的動(dòng)作就不會(huì)觸發(fā)，這樣就會(huì)忽略許多快速發(fā)生的事件，例如方波頻率檢測的上升沿。針對在單片機(jī)程序正常運(yùn)行時(shí)能夠?qū)ν獠渴录⒓醋龀鲰憫?yīng)而設(shè)計(jì)了中斷功能。當(dāng)中斷功能執(zhí)行時(shí)，單片機(jī)優(yōu)先處理中斷程序，當(dāng)中斷處理完成后，再回到單片機(jī)的正常程序執(zhí)行中。中斷的機(jī)理是比較容易理解的，但是什么時(shí)候打開中斷，什么時(shí)候關(guān)閉、屏蔽中斷，需要如何配置才能使能中斷的某些功能，中斷里要執(zhí)行哪些程序，這些程序的要滿足哪些要求就需要花些時(shí)間去理解與實(shí)踐了。中斷學(xué)會(huì)后，就可以編寫復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能的程序，可以一邊閃著小LED燈，一邊掃描著按鍵，一邊發(fā)送著數(shù)據(jù)，也可以干著多個(gè)事情……比如，中斷功能可以使單片機(jī)吃著碗里的，看著鍋里的。根據(jù)傳說中的8020定律，如果掌握了上面提到的這四步，那么就說明已經(jīng)學(xué)會(huì)單片機(jī)80%的內(nèi)容了。

 

 

單片機(jī)系統(tǒng)畢竟資源有限，而利用I2C、SPI通訊接口進(jìn)行擴(kuò)展外設(shè)是最常用的方法，也是非常重要的方法。這兩個(gè)通訊接口都是串行通訊接口，典型的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)就是I2C的EEPROM實(shí)驗(yàn)與SPI的SD卡讀寫實(shí)驗(yàn)。

 

 

比較，捕捉與PWM功能可以使單片機(jī)更加適合電機(jī)控制，信號(hào)檢測，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度與步長的調(diào)節(jié)。PWM波現(xiàn)在又是LED調(diào)光的主要手段。這里已經(jīng)初步接觸了數(shù)字電路里的模擬電路部分。

 

 

單片機(jī)目前基本都自帶多通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過這些A/D轉(zhuǎn)換器可以單片機(jī)獲取模擬量，用于檢測電壓、電流等信號(hào)。學(xué)習(xí)時(shí)要分清模擬地與數(shù)字地，參考電壓，采樣時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換誤差等重要概念。這一步學(xué)會(huì)了數(shù)字電路控制模擬電路部分，而最簡單的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是電壓表實(shí)驗(yàn)。

 

 

目前主流的通訊協(xié)議為USB協(xié)——下位機(jī)與上位機(jī)高速通訊接口;TCP/IP——萬能的互聯(lián)網(wǎng)使用的通訊協(xié)議;工業(yè)總線——諸如Modbus，CANOpen等工業(yè)控制各個(gè)模塊之間通訊的協(xié)議。這些都會(huì)應(yīng)用在未來的項(xiàng)目里，集成入單片機(jī)里的固件，并且也是當(dāng)前產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)發(fā)展方向。

 

需要注意的是，上面所講的學(xué)習(xí)順序是針對于想要從事嵌入式行業(yè)人員的。如果純粹是單片機(jī)的入行，則需要涉及到總線，以及如何利用單片機(jī)的總線拓展外部的設(shè)備，并且中斷系統(tǒng)的重要性要多于串口通訊。