【導(dǎo)讀】要想成為一名嵌入式工程師,就要對(duì)單片機(jī)的基礎(chǔ)非常熟悉,但是很多菜鳥(niǎo)還在為單片機(jī)如何快速掌握而煩惱?別急,學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程的,那么怎么個(gè)循序漸進(jìn)法呢?這里小編就教你如何快速入手單片機(jī)!
單片機(jī)的學(xué)習(xí)絕不僅僅是對(duì)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(duì)單片機(jī)的基礎(chǔ)非常熟悉,并且掌握C語(yǔ)言當(dāng)中各個(gè)功能的初始化、啟動(dòng)、停止各類(lèi)函數(shù)的編寫(xiě)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?
數(shù)字I/O的應(yīng)用
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(guò)將單片機(jī)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(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(duì)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(duì)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。
RS232串口通訊
單片機(jī)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(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(guò)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(jiǎn)單與常用的通信協(xié)議等知識(shí)。我們也可以通過(guò)PC機(jī)的串口調(diào)試軟件來(lái)監(jiān)視到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的數(shù)據(jù)。
定時(shí)器的使用
學(xué)會(huì)定時(shí)器的使用,就可以利用單片機(jī)來(lái)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(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(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)CPLD或FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn),但是只有單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)是最簡(jiǎn)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)。
中斷
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(méi)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(cè)的上升沿。針對(duì)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(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(zhí)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(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(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(jī)80%的內(nèi)容了。
I2C、SPI通訊接口
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(xiě)實(shí)驗(yàn)。
比較,捕捉,PWM功能
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(cè),實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度與步長(zhǎng)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。
A/D模數(shù)采集
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(guò)這些A/D轉(zhuǎn)換器可以單片機(jī)獲取模擬量,用于檢測(cè)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(jiǎn)單的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是電壓表實(shí)驗(yàn)。
學(xué)習(xí)USB接口、TCP/IP協(xié)議、工業(yè)總線
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(wàn)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(lái)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(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(xí)順序是針對(duì)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。