單片機的學(xué)習絕不僅僅是對一項知識的掌握。想要學(xué)好單片機，需要從硬件結構、內部資源、外設應用等幾個(gè)方面多方位入手。而要想成為一名嵌入式工程師，就要對單片機的基礎非常熟悉，并且掌握C語(yǔ)言當中各個(gè)功能的初始化、啟動(dòng)、停止各類(lèi)函數的編寫(xiě)調試。那么想要掌握單片機需要從哪幾個(gè)方面入手呢？

 

 

在大多數的單片機實(shí)驗中，跑馬燈實(shí)驗正是數字I/O的典型應用，也是跑馬燈的實(shí)驗被安排第一個(gè)的原因。通過(guò)將單片機的I/O引腳位進(jìn)行置位或清零來(lái)點(diǎn)亮或關(guān)閉LED燈，雖然簡(jiǎn)單，但是這就是數字電路中的邏輯功能。數學(xué)I/O應用的實(shí)驗還有按鍵實(shí)驗，當按下某鍵時(shí)，某LED燈被點(diǎn)亮。數字I/O實(shí)驗教會(huì )我們單片機的編程思想，必須首先對單片機的相應寄存器進(jìn)行配置，以初始化I/O引腳，這樣才能使該引腳具備數字輸入與輸出功能。單片機的一個(gè)內置或外置功能的使用，就是對該功能相關(guān)的寄存器進(jìn)行設置，初始化，而這便是單片機編程的特點(diǎn)。少則4、5個(gè)函數搞定，多則十幾行程序，要有耐心，別怕麻煩，所有的單片機都是這樣。

 

 

單片機都有UART接口，這個(gè)簡(jiǎn)單、古老的通訊方式可以與我們PC機的RS232接口直接連接通訊，當然，因為它們兩者電平邏輯不同，必須要使用一個(gè)RS232電平轉換芯片才能與PC機連接，例如Max232芯片。

 

UART接口的使用是非常重要的，通過(guò)這個(gè)接口，我們可以使單片機與PC機之間交換信息，“接口”概念的學(xué)習也便由此引入。使用UART接口也會(huì )學(xué)習到目前最為簡(jiǎn)單與常用的通信協(xié)議等知識。我們也可以通過(guò)PC機的串口調試軟件來(lái)監視到單片機實(shí)驗板的數據。

 

 

學(xué)會(huì )定時(shí)器的使用，就可以利用單片機來(lái)實(shí)現典型的時(shí)序邏輯電路。時(shí)序邏輯電路的應用是最強大、最廣泛的。例如，在工業(yè)的控制中，我們讓某個(gè)開(kāi)關(guān)每隔1秒鐘打開(kāi)與關(guān)閉一次。這個(gè)方案可以通過(guò)普通的數字集成電路實(shí)現，也可以通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現，也可以通過(guò)CPLD或FPGA來(lái)實(shí)現，但是只有單片機的實(shí)現是最簡(jiǎn)單，成本也是最經(jīng)濟的。定時(shí)器是單片機內部資源里最為重要的一個(gè)，更是邏輯與時(shí)間控制實(shí)現的基礎。

 

 

在單片機軟件設計架構中，一段程序循環(huán)執行是其一個(gè)特點(diǎn)，也是一個(gè)弊端。每個(gè)操作指令的執行都需要一定的執行時(shí)間，如果程序沒(méi)有執行到該指令，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。針對在單片機程序正常運行時(shí)能夠對外部事件立即做出響應而設計了中斷功能。當中斷功能執行時(shí)，單片機優(yōu)先處理中斷程序，當中斷處理完成后，再回到單片機的正常程序執行中。中斷的機理是比較容易理解的，但是什么時(shí)候打開(kāi)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，中斷里要執行哪些程序，這些程序的要滿(mǎn)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(xiě)復雜結構功能的程序，可以一邊閃著(zhù)小LED燈，一邊掃描著(zhù)按鍵，一邊發(fā)送著(zhù)數據，也可以干著(zhù)多個(gè)事情……比如，中斷功能可以使單片機吃著(zhù)碗里的，看著(zhù)鍋里的。根據傳說(shuō)中的8020定律，如果掌握了上面提到的這四步，那么就說(shuō)明已經(jīng)學(xué)會(huì )單片機80%的內容了。

 

 

單片機系統畢竟資源有限，而利用I2C、SPI通訊接口進(jìn)行擴展外設是最常用的方法，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，典型的基礎實(shí)驗就是I2C的EEPROM實(shí)驗與SPI的SD卡讀寫(xiě)實(shí)驗。

 

 

比較，捕捉與PWM功能可以使單片機更加適合電機控制，信號檢測，實(shí)現電機速度與步長(cháng)的調節。PWM波現在又是LED調光的主要手段。這里已經(jīng)初步接觸了數字電路里的模擬電路部分。

 

 

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

 

 

目前主流的通訊協(xié)議為USB協(xié)——下位機與上位機高速通訊接口;TCP/IP——萬(wàn)能的互聯(lián)網(wǎng)使用的通訊協(xié)議;工業(yè)總線(xiàn)——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 )應用在未來(lái)的項目里，集成入單片機里的固件，并且也是當前產(chǎn)品開(kāi)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。如果純粹是單片機的入行，則需要涉及到總線(xiàn)，以及如何利用單片機的總線(xiàn)拓展外部的設備，并且中斷系統的重要性要多于串口通訊。