單片機的學習絕不僅僅是對一項知識的掌握。想要學好單片機，需要從硬件結構、內(nèi)部資源、外設應用等幾個方面多方位入手。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語言當中各個功能的初始化、啟動、停止各類函數(shù)的編寫調(diào)試。那么想要掌握單片機需要從哪幾個方面入手呢？

 

 

在大多數(shù)的單片機實驗中，跑馬燈實驗正是數(shù)字I/O的典型應用，也是跑馬燈的實驗被安排第一個的原因。通過將單片機的I/O引腳位進行置位或清零來點亮或關閉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I/O應用的實驗還有按鍵實驗，當按下某鍵時，某LED燈被點亮。數(shù)字I/O實驗教會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。單片機的一個內(nèi)置或外置功能的使用，就是對該功能相關的寄存器進行設置，初始化，而這便是單片機編程的特點。少則4、5個函數(shù)搞定，多則十幾行程序，要有耐心，別怕麻煩，所有的單片機都是這樣。

 

 

單片機都有UART接口，這個簡單、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RS232電平轉(zhuǎn)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，通過這個接口，我們可以使單片機與PC機之間交換信息，“接口”概念的學習也便由此引入。使用UART接口也會學習到目前最為簡單與常用的通信協(xié)議等知識。我們也可以通過PC機的串口調(diào)試軟件來監(jiān)視到單片機實驗板的數(shù)據(jù)。

 

 

學會定時器的使用，就可以利用單片機來實現(xiàn)典型的時序邏輯電路。時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，我們讓某個開關每隔1秒鐘打開與關閉一次。這個方案可以通過普通的數(shù)字集成電路實現(xiàn)，也可以通過PLC來實現(xiàn)，也可以通過CPLD或FPGA來實現(xiàn)，但是只有單片機的實現(xiàn)是最簡單，成本也是最經(jīng)濟的。定時器是單片機內(nèi)部資源里最為重要的一個，更是邏輯與時間控制實現(xiàn)的基礎。

 

 

在單片機軟件設計架構中，一段程序循環(huán)執(zhí)行是其一個特點，也是一個弊端。每個操作指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時間，如果程序沒有執(zhí)行到該指令，則該指令的動作就不會觸發(fā)，這樣就會忽略許多快速發(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能夠?qū)ν獠渴录⒓醋龀鲰憫O計了中斷功能。當中斷功能執(zhí)行時，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(zhí)行中。中斷的機理是比較容易理解的，但是什么時候打開中斷，什么時候關閉、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間去理解與實踐了。中斷學會后，就可以編寫復雜結構功能的程序，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)，也可以干著多個事情……比如，中斷功能可以使單片機吃著碗里的，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)學會單片機80%的內(nèi)容了。

 

 

單片機系統(tǒng)畢竟資源有限，而利用I2C、SPI通訊接口進行擴展外設是最常用的方法，也是非常重要的方法。這兩個通訊接口都是串行通訊接口，典型的基礎實驗就是I2C的EEPROM實驗與SPI的SD卡讀寫實驗。

 

 

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，實現(xiàn)電機速度與步長的調(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)換器可以單片機獲取模擬量，用于檢測電壓、電流等信號。學習時要分清模擬地與數(shù)字地，參考電壓，采樣時間，轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換誤差等重要概念。這一步學會了數(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)控制各個模塊之間通訊的協(xié)議。這些都會應用在未來的項目里，集成入單片機里的固件，并且也是當前產(chǎn)品開發(fā)的一個發(fā)展方向。

 

需要注意的是，上面所講的學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，以及如何利用單片機的總線拓展外部的設備，并且中斷系統(tǒng)的重要性要多于串口通訊。