獻給初學單片機的你的一些話
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獻給初學單片機的話
學習單片機---- 我們該做什么?
我們?yōu)槭裁匆獙W單片機?
單片機是大專學校電類專業(yè)的一門普通課，有些學校甚至把它列為選修課，在眾多課程中，沒有顯出它有
多么重要。為什么要學習它呢?電類專業(yè)有很多專業(yè)課，這些專業(yè)課非常重要，是各個專業(yè)存在的必需課
程，學完這些課程可以使學習者成為大學者的繼承人，市場對學者繼承人的需求太少，大量需要的是產品
的研發(fā)者，研發(fā)產品是需要干實際事情的，需要研發(fā)工具，而單片機課程就是學習研發(fā)工具使用的課程。
學習單片機課程與理論課程不一樣，不能只做作業(yè)，而是要實際使用單片機，下面就如何準備學習單片機
的條件和學習步驟簡述一些不成熟的想法。
1. 硬件
(1 )編程硬件
所謂編程就是把單片機運行的程序燒寫到單片機的存儲器中，目前大部分單片機都是使用FLASH存
儲器，這些存儲器的寫入次數(shù)一般是 1000 次左右，也有 1 萬次或是10 萬次的。編程也叫程序下載或是燒
寫。
(2 )實時仿真硬件
實時仿真是使用PC機，用軟件監(jiān)視在單片機中實際運行的程序，也就是當程序下載到單片機中后，實
時運行程序，在程序中設置斷點，通過仿真接口，監(jiān)視和控制程序的運行。這個過程其實就是調試程序(實
際驗證程序的正確性)。
編程器和仿真器可以是一個裝置，也可以是各自獨立的裝置。
2. 軟件
單片機開發(fā)需要單片機開發(fā)軟件的支持，軟件分為：
(1 )編程軟件
該軟件支持編程器工作，幫助編程器把程序寫入單片機。
(2 )實時仿真軟件
該軟件可以在仿真接口的支持下，調試單片機程序。
(3 )虛擬仿真
該類軟件支持在沒有單片機硬件情況下的單片機程序調試。
(4 )支持C 語言
所有的單片機開發(fā)軟件都支持匯編語言編程，但是目前人們更喜歡C 語言編程，主要是C 語言功能強大，可
以縮短開發(fā)時間。
目前就有支持上述功能的軟件，例如51系列的Keil 51、PIC 系列的MPLAB，MSP430系列的IAR 等。
3. 學習單片機的手段
按照經濟實力，學習單片機的手段分為如下幾種：
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(1)買本單片機書，仔細研究。
(2)網上下載一個具有仿真功能的單片機開發(fā)軟件(最好支持C語言)，在計算機上對單片機虛擬仿真。
(3 )購編程器(支持編程器的下載軟件有編程器商提供)和實驗板(又稱為演示板或是目標板)，網上
下載開發(fā)軟件。在開發(fā)軟件的支持下對單片機虛擬仿真，確認單片機程序正確后，用編程器將程序下載到
單片機中，觀察程序的實際運行。
(4)購仿真接口和實驗板，在網上下載單片機開發(fā)軟件(支持編程、虛擬仿真、實時仿真和C語言)，在
虛擬仿真完成后，將程序下載到單片機中實時仿真。
對于個人學習單片機，具有上述(4)的條件已經是很好了。
4. 學習單片機過程中的困擾
單片機種類很多，各個公司提供的單片機、開發(fā)硬件和軟件功能、價格都不一樣，對于初學單片機有很多
困惑。
(1)單片機問題
目前單片機很多，學哪一個，其實學哪一個都可以，單片機雖然型號不同，但是芯片內部的資源種類
都差不多，而且這些資源的使用方法也大同小異，可以說學會一種，其他種將融會貫通。究竟學哪一種，
主要看具備的條件。
51系列是老型號，書多、資料多、軟件開放和硬件支持還可以，特別是Atmel 公司的產品AT89 系列
，很多人就是學習這款單片機發(fā)家致富的。
AVR90 系列，該系列也是Atmel 公司的產品，指令少，學起來容易，芯片種類多，適合各種場合和
需要，根據有關資料顯示，目前該單片機芯片的使用數(shù)量很大，大有超過51系列芯片數(shù)量的趨勢。
PIC 系列，該系列是Microchip公司的產品，種類多，芯片抗干擾能力強，使用的人很多，特別是PIC
16F877 芯片，由于適合學校使用，在該公司大學計劃的支持下，免費贈送開發(fā)器和實驗板，因而使用該
芯片的人群大增，也是可以和51系列單片機抗衡的單片機。
MSP430系列，是TI公司的產品，最近幾年才被杭州利爾達公司引進，是16位、超低功耗單片機，
特別適合手持設備等低功耗設備的開發(fā)，實際上，由于該系列引腳多，內部資源多(具有硬件乘法器)，
所以在很多產品開發(fā)上都有用武之地，據有關人士預測，該系列是最具前途的單片機。
還有很多單片機型號，由于不太了解，不敢妄加評論，但可以想象，一定是不錯的單片機，否則就不
會在競爭激烈的市場中存在。
(2)開發(fā)軟件問題
不同種類的單片機都配套有相應的開發(fā)軟件，這些軟件很多都是專業(yè)軟件公司開發(fā)的。
51 系列，目前開發(fā)軟件是Keil 51，該軟件支持C語言，但是在網上下載的版本，只支持2K程序。
PIC 系列的開發(fā)軟件是MPLAB，在HI-TECH公司C 語言支持軟件PICC的支持下，該軟件很好用，但
是PICC是需要激活密碼才能運行的。
MSP430系列的開發(fā)軟件是IAR ，該軟件有開放1 個月的全功能限期版本和C語言4k支持版本，可
見該系列的軟件開放是最好的。
哪種單片機的開發(fā)軟件開放的好，就會引起人們對該單片機的興趣，單片機提供商也深諳此道，所以
網上經？梢哉业礁_放版本的軟件。
(3)仿真接口
仿真接口，又稱為仿真器，老式單片機由于沒有FLASH存儲器，所以仿真編程難度很大，新型號的單
片機，幾乎都有FLASH存儲器的芯片，這樣的芯片都支持在電路編程(在系統(tǒng)編程)，所謂在電路編程，
就是用3~5根線就可以將程序寫入單片機，并能夠將單片機內的程序運行情況、寄存器內容等信息傳輸
到PC機上。 這種編程方法需要在單片機與PC機之間安裝一個仿真接口，該接口一般需要購買。
AT89S51、PIC16F877 就是具有這種能力的單片機，但是，對于初學者來說，支持該單片機編程和
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仿真的接口需要購買，而且簡單接口在仿真時會占用芯片資源，給單片機系統(tǒng)開發(fā)帶來不便。
MSP430系列單片機也是具有這種能力的單片機，但是該單片機采用標準JTAG 接口，JTAG 是一種標
準(IEEE 1149.1)，是為測試芯片而制定的，目的是用TCK 、TDI 、TDO和TMS四個信號來測試芯片的
內部狀態(tài)，為什么測試芯片還需要專門制定標準呢?這是因為復雜芯片引腳太多，特別是還有些芯片一旦
安裝到多層電路板上就無法看到引腳，更不要說測量了，這時就可以在計算機軟件的支持下通過JTAG 接
口，對芯片進行測量，如果各個公司的芯片都符合該標準，就可以將各個芯片的JTAG 口串聯(lián)起來(外國
人稱為菊花鏈)，無論在電路板上有多少芯片，只需4 個引腳，就可以測量電路板上的所有芯片。既然可
以測量芯片，當然可以將數(shù)據寫入芯片，在可編程邏輯器件的數(shù)據下載中也使用JTAG 接口，出現(xiàn)了在系
統(tǒng)編程(ISP )的概念，也就是，即使可編程邏輯器件安裝到了系統(tǒng)中，也可以對其內部電路進行修改，JTAG
技術和EDA軟件的進步，使可編程邏輯器件的開發(fā)與使用得到快速發(fā)展。單片機也是在向這個方向努力，
前幾年出現(xiàn)在市場上的C8051 單片機就是使用JTAG 接口的單片機，不幸的是該單片機JTAG 接口裝置和
開發(fā)軟件很貴，阻礙人們使用該單片機。
使用JTAG 口，必須在計算機與芯片JTAG 接口之間連接一個接口裝置，該裝置隨芯片而異，實際上
JTAG 接口裝置都是很簡單的(就是一個緩沖器)，但是由于各個公司的早期產品不完全支持JTAG 接口，
而JTAG 接口裝置又必須兼容這些早期產品，就使得JTAG 接口裝置變的復雜了。
目前，TI公司的MSP430系列芯片就是支持JTAG 接口的單片機，該公司稱該JTAG 接口裝置為FET ，
通過FET 就可以對該系列單片機編程與仿真。特別是該接口非常簡單，適合自制，網上很多該單片機愛好
者就是使用自制的FET 開發(fā)該系列的單片機，非常成功。
(4)實驗板
實驗板是學習單片機所必須的，實驗板又稱為演示板、目標板，其實就是具有單片機的電路板，實驗板可
以購買，各個單片機的供應商都提供多種多樣的實驗板。實驗板也可以根據需要自制，自制實驗板是具有
挑戰(zhàn)的，需要學會畫電路板圖。
(5)選擇單片機類型
軟件：支持C語言，免費下載。
仿真器：用于仿真編程的JTAG 接口裝置可以自制(很重要，可以節(jié)省開支)。
單片機：型號多、功能強、資源多、功耗低，程序存儲器容量大。
資料：書多、資料多，特別是網上資料多。
滿足上述條件的單片機只有MSP430系列。
5. 如何學習單片機
學習就是迎接挑戰(zhàn)、解決困難的過程，沒有挑戰(zhàn)，就沒有人生的樂趣。下面以MSP430系列單片機為
例，解釋一下學習單片機的過程。
(1)獲取資料
購買有關書籍，并到杭州利爾達公司網站和TI網站獲取資料，例如，在網上可以找到FET 使用指導、
MSP430 F1xx系列、F4xx系列的使用說明和具體單片機芯片的數(shù)據說明，可以找到仿真器FET 的電路圖、
實驗板電路圖、芯片封裝知識等大量的實際應用參考電路，當然有些資料是英文的，看懂英文資料是個挑
戰(zhàn)，學會4、6 級英語就是為看資料的。英語難學，但是看資料容易，只要下決心，看完一本資料，就可
以看懂所有的相關資料。
(2)購買仿真器FET 和實驗電路板
如果經濟條件不錯，可以直接購買。
(3)自制仿真器FET 和實驗電路板
自制仿真器FET ，首先要到網上找到FET 電路圖，然后就可以使用畫電路板軟件畫電路圖和電路板圖，
這又是個挑戰(zhàn)。FET 電路非常簡單，但要把它制作出來還是需要下一番工夫的，找一本有關書，然后練習
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畫原理圖，畫完原理圖后，就學習認識元件封裝，再購買元件，這時就可以畫電路板圖了，一旦畫好，將
形成的PCB 文件交給電路板制作公司，10 天后，就可以得到電路板，焊上元件和電纜，等實驗電路板做
好后，就可以與實驗電路板一起調試了。
自制實驗電路板，需要單片機芯片內部工作原理的知識、封裝知識，清楚的知道每一個引腳的功能，
還需要數(shù)碼管、按鈕、排電阻、三端穩(wěn)壓器、二極管、散熱器、電解電容、普通電容、電阻、鈕子開關等
元件的知識，對于初學者，可以做一個只有3 個數(shù)碼管、8 個按鈕、8 個發(fā)光二極管的簡單實驗板，這樣
的實驗板，雖然簡單，但足可以幫助初學者入門單片機。自制實驗電路板與自制FET 一樣，首先畫電路圖，
然后買元件，再畫電路板。由于MSP430系列芯片是扁平封裝，焊接起來有一定難度，這好象是個挑戰(zhàn)，
但實際上很簡單，方法如下：首先在焊盤上涂上松香水，在松香水未干的情況下，將芯片放在焊盤上，注
意芯片第一引腳的位置，并使引腳與焊盤對齊，將擦干凈的電烙鐵(不能有任何焊錫)接觸引腳，引腳只
要一熱，焊盤上的焊錫就自動將引腳焊住了，千萬注意電烙鐵上不能有焊錫，焊接時最好配備一個放大鏡。
焊接電路板時，每一個元件都要核對參數(shù)，可以用萬用表測量的元件一定要測量。
(4)從網上獲得IAR 軟件
到利爾達公司或TI公司的網站下載IAR 軟件，并安裝到計算機上。
(5)調試FET 和實驗板
將FET 的一端與PC機的并行口相連，另一端連接實驗板的JTAG 接口，上電后，檢查FET 芯片、實驗
板上的單片機芯片是否發(fā)熱(用手模)，PC機是否工作正常后，運行IAR 軟件，找個C語言或匯編語言的
例子，編譯成功后下載到單片機中，如果能夠下載，說明一切成功。否則還需要仔細研究，一般情況下，
只要電路板上的電路正確，元件參數(shù)準確，沒有不成功的。
(6)分步驟學習單片機
學習使用單片機就是理解單片機硬件結構，在匯編或C 語言中學會各種功能的初始化設置，以及實現(xiàn)
各種功能的程序編制。
第一步：數(shù)字I/O的使用
使用按鈕輸入信號，發(fā)光二極管顯示輸出電平，就可以學習引腳的數(shù)字I/O 功能，在按下某個按鈕后，
某發(fā)光二極管發(fā)亮，這就是數(shù)字電路中組合邏輯的功能，雖然很簡單，但是可以學習一般的單片機編程思
想，例如，必須設置很多寄存器對引腳進行初始化處理，才能使引腳具備有數(shù)字輸入和輸出輸出功能。每
使用單片機的一個功能，就要對控制該功能的寄存器進行設置，這就是單片機編程的特點，千萬不要怕麻
煩，所有的單片機都是這樣。
第二步：定時器的使用
學會定時器的使用，就可以用單片機實現(xiàn)時序電路，時序電路的功能是強大的，在工業(yè)、家用電氣設
備的控制中有很多應用，例如，可以用單片機實現(xiàn)一個具有一個按鈕的樓道燈開關，該開關在按鈕按下一
次后，燈亮3 分鐘后自動滅，當按鈕連續(xù)按下兩次后，燈常亮不滅，當按鈕按下時間超過2s，則燈滅。
數(shù)字集成電路可以實現(xiàn)時序電路，可編程邏輯器件(PLD )可以實現(xiàn)時序電路，可編程控制器(PLC )也
可以實現(xiàn)時序電路，但是只有單片機實現(xiàn)起來最簡單，成本最低。
定時器的使用是非常重要的，邏輯加時間控制是單片機使用的基礎。
第三步：中斷 pGQW33_yNx
單片機的特點是一段程序反復執(zhí)行，程序中的每個指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時間，如果程序沒有執(zhí)行
到某指令，則該指令的動作就不會發(fā)生，這樣就會耽誤很多快速發(fā)生的事情，例如，按鈕按下時的下降沿。
要使單片機在程序正常運行過程中，對快速動作做出反應，就必須使用單片機的中斷功能，該功能就是在
快速動作發(fā)生后，單片機中斷正常運行的程序，處理快速發(fā)生的動作，處理完成后，在返回執(zhí)行正常的程
序。中斷功能使用中的困難是需要精確地知道什么時候不允許中斷發(fā)生(屏蔽中斷)、什么時候允許中斷
發(fā)生(開中斷)，需要設置哪些寄存器才能使某種中斷起作用，中斷開始時，程序應該干什么，中斷完成
后，程序應該干什么等等 。
中斷學會后，就可以編制更復雜結構的程序，這樣的程序可以干著一件事，監(jiān)視著一件事，一旦監(jiān)視
的事情發(fā)生，就中斷正在干的事情，處理監(jiān)視的事情，當然也可以監(jiān)視多個事情，形象的比喻，中斷功能
使單片機具有吃著碗里的，看著鍋里的功能。
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以上三步學會，就相當于降龍十八掌武功，會了三掌了，可以勉強護身。
第四步：與PC機進行RS232 通信
單片機都有USART接口，特別是MSP430系列中很多型號，都具有兩個USART接口。USART接口
不能直接與PC機的RS232接口連接，它們之間的邏輯電平不同，需要使用一個MAX3232 芯片進行電平
轉換。
USART接口的使用是非常重要的，通過該接口，可以使單片機與PC機之間交換信息，雖然RS232通
信并不先進，但是對于接口的學習是非常重要的。正確使用USART接口，需要學習通信協(xié)議，PC機的
RS232接口編程等等知識。試想，單片機實驗板上的數(shù)據顯示在PC機監(jiān)視器上，而PC機的鍵盤信號可以
在單片機實驗板上得到顯示，將是多么有意思的事情啊!
第五步：學會A/D轉換
MAP430單片機帶有多通道12位A/D 轉換器，通過這些A/D 轉換器可以使單片機操作模擬量，顯示
和檢測電壓、電流等信號。學習時注意模擬地與數(shù)字地、參考電壓、采樣時間，轉換速率，轉換誤差等概
念。
使用A/D 轉換功能的簡單的例子是設計一個電壓表。
第六步：學會PCI、I2C 接口和液晶顯示器接口
這些接口的使用可以使單片機更容易連接外部設備，在擴展單片機功能方面非常重要。
第七步：學會比較、捕捉、PWM 功能
這些功能可以使單片機能夠控制電機，檢測轉速信號，實現(xiàn)電機調速器等控制起功能。
如果以上七步都學會，就可以設計一般的應用系統(tǒng)，相當于學會十招降龍十八掌，可以出手攻擊了。
第八步：學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計
學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計是非常重要的，因為這是當前產品開
發(fā)的發(fā)展方向。
到此為止，相當于學會15招降龍十八掌，但還不到打遍天下無敵手的境界。即使如此，也算是單片
機大蝦了。順便說一句，MSP430單片機的技術支持是非常好的，負責任的工程師大蝦會在關鍵時候，挺
身而出，使你化險為夷。
6. 達到理想境界
達到理想境界是困難的，在知識爆炸的年代里，即使天天學習，也很難跟上科學技術的發(fā)展，更何況
每天還要為找工作、提職稱、寫論文、搞科研經費、政治學習、買房、購車、柴、米、油、鹽、醬、醋、
茶等忙活，那么，還需要學習嗎?回答是肯定的，人就是為興趣而活，愛好單片機才能學會單片機，不為
什么目的，只為學習的樂趣，當然要是興趣也能賺錢，則是一舉兩得。
學會使用單片機其實是學會了使用工具，充其量是個補鍋、鋦碗的匠人。如果再要進步，就需要在信
號識別、控制理論、數(shù)字信號處理理論、通信理論等方面下工夫，只有這樣，才能開發(fā)出高水平、高附加
值、具有知識產權的產品，達到熟練運用降龍十八掌，打遍天下無敵手的至高境界。
單片機是DSP、嵌入式操作系統(tǒng)等高級硬件產品開發(fā)的基礎。如果想要進一步的發(fā)展，必須學會單片
機的開發(fā)。
如果在學會單片機的基礎之上，學會CPLD和FPGA 的開發(fā)以及硬件描述語言，就可以在高速產品的開
發(fā)方面獲得一杯羹。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
