獻(xiàn)給初學(xué)單片機(jī)的你的一些話
1
獻(xiàn)給初學(xué)單片機(jī)的話
學(xué)習(xí)單片機(jī)---- 我們該做什么?
我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)單片機(jī)?
單片機(jī)是大專學(xué)校電類專業(yè)的一門普通課，有些學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)完這些課程可以使學(xué)習(xí)者成為大學(xué)者的繼承人，市場對學(xué)者繼承人的需求太少，大量需要的是產(chǎn)品
的研發(fā)者，研發(fā)產(chǎn)品是需要干實(shí)際事情的，需要研發(fā)工具，而單片機(jī)課程就是學(xué)習(xí)研發(fā)工具使用的課程。
學(xué)習(xí)單片機(jī)課程與理論課程不一樣，不能只做作業(yè)，而是要實(shí)際使用單片機(jī)，下面就如何準(zhǔn)備學(xué)習(xí)單片機(jī)
的條件和學(xué)習(xí)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(jī)運(yùn)行的程序燒寫到單片機(jī)的存儲器中，目前大部分單片機(jī)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(shí)時仿真硬件
實(shí)時仿真是使用PC機(jī)，用軟件監(jiān)視在單片機(jī)中實(shí)際運(yùn)行的程序，也就是當(dāng)程序下載到單片機(jī)中后，實(shí)
時運(yùn)行程序，在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，通過仿真接口，監(jiān)視和控制程序的運(yùn)行。這個過程其實(shí)就是調(diào)試程序(實(shí)
際驗(yàn)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(dú)立的裝置。
2. 軟件
單片機(jī)開發(fā)需要單片機(jī)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?qū)懭雴纹瑱C(jī)。
(2 )實(shí)時仿真軟件
該軟件可以在仿真接口的支持下，調(diào)試單片機(jī)程序。
(3 )虛擬仿真
該類軟件支持在沒有單片機(jī)硬件情況下的單片機(jī)程序調(diào)試。
(4 )支持C 語言
所有的單片機(jī)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(qiáng)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(xué)習(xí)單片機(jī)的手段
按照經(jīng)濟(jì)實(shí)力，學(xué)習(xí)單片機(jī)的手段分為如下幾種：
2
(1)買本單片機(jī)書，仔細(xì)研究。
(2)網(wǎng)上下載一個具有仿真功能的單片機(jī)開發(fā)軟件(最好支持C語言)，在計算機(jī)上對單片機(jī)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(shí)驗(yàn)板(又稱為演示板或是目標(biāo)板)，網(wǎng)上
下載開發(fā)軟件。在開發(fā)軟件的支持下對單片機(jī)虛擬仿真，確認(rèn)單片機(jī)程序正確后，用編程器將程序下載到
單片機(jī)中，觀察程序的實(shí)際運(yùn)行。
(4)購仿真接口和實(shí)驗(yàn)板，在網(wǎng)上下載單片機(jī)開發(fā)軟件(支持編程、虛擬仿真、實(shí)時仿真和C語言)，在
虛擬仿真完成后，將程序下載到單片機(jī)中實(shí)時仿真。
對于個人學(xué)習(xí)單片機(jī)，具有上述(4)的條件已經(jīng)是很好了。
4. 學(xué)習(xí)單片機(jī)過程中的困擾
單片機(jī)種類很多，各個公司提供的單片機(jī)、開發(fā)硬件和軟件功能、價格都不一樣，對于初學(xué)單片機(jī)有很多
困惑。
(1)單片機(jī)問題
目前單片機(jī)很多，學(xué)哪一個，其實(shí)學(xué)哪一個都可以，單片機(jī)雖然型號不同，但是芯片內(nèi)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(xué)會一種，其他種將融會貫通。究竟學(xué)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(chǎn)品AT89 系列
，很多人就是學(xué)習(xí)這款單片機(jī)發(fā)家致富的。
AVR90 系列，該系列也是Atmel 公司的產(chǎn)品，指令少，學(xué)起來容易，芯片種類多，適合各種場合和
需要，根據(jù)有關(guān)資料顯示，目前該單片機(jī)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(chǎn)品，種類多，芯片抗干擾能力強(qiáng)，使用的人很多，特別是PIC
16F877 芯片，由于適合學(xué)校使用，在該公司大學(xué)計劃的支持下，免費(fèi)贈送開發(fā)器和實(shí)驗(yàn)板，因而使用該
芯片的人群大增，也是可以和51系列單片機(jī)抗衡的單片機(jī)。
MSP430系列，是TI公司的產(chǎn)品，最近幾年才被杭州利爾達(dá)公司引進(jìn)，是16位、超低功耗單片機(jī)，
特別適合手持設(shè)備等低功耗設(shè)備的開發(fā)，實(shí)際上，由于該系列引腳多，內(nèi)部資源多(具有硬件乘法器)，
所以在很多產(chǎn)品開發(fā)上都有用武之地，據(jù)有關(guān)人士預(yù)測，該系列是最具前途的單片機(jī)。
還有很多單片機(jī)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(jī)，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(jī)都配套有相應(yīng)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(wǎng)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(yùn)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(jī)的開發(fā)軟件開放的好，就會引起人們對該單片機(jī)的興趣，單片機(jī)提供商也深諳此道，所以
網(wǎng)上經(jīng)常可以找到更開放版本的軟件。
(3)仿真接口
仿真接口，又稱為仿真器，老式單片機(jī)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(jī)，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?qū)懭雴纹瑱C(jī)，并能夠?qū)纹瑱C(jī)內(nèi)的程序運(yùn)行情況、寄存器內(nèi)容等信息傳輸
到PC機(jī)上。 這種編程方法需要在單片機(jī)與PC機(jī)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(jī)，但是，對于初學(xué)者來說，支持該單片機(jī)編程和
3
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(jī)系統(tǒng)開發(fā)帶來不便。
MSP430系列單片機(jī)也是具有這種能力的單片機(jī)，但是該單片機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)JTAG 接口，JTAG 是一種標(biāo)
準(zhǔn)(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(nèi)部狀態(tài)，為什么測試芯片還需要專門制定標(biāo)準(zhǔn)呢?這是因?yàn)閺?fù)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(jī)軟件的支持下通過JTAG 接
口，對芯片進(jìn)行測量，如果各個公司的芯片都符合該標(biāo)準(zhǔn)，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(dāng)然可以將數(shù)據(jù)寫入芯片，在可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)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(nèi)部電路進(jìn)行修改，JTAG
技術(shù)和EDA軟件的進(jìn)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(jī)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(jī)就是使用JTAG 接口的單片機(jī)，不幸的是該單片機(jī)JTAG 接口裝置和
開發(fā)軟件很貴，阻礙人們使用該單片機(jī)。
使用JTAG 口，必須在計算機(jī)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(shí)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(chǎn)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(chǎn)品，就使得JTAG 接口裝置變的復(fù)雜了。
目前，TI公司的MSP430系列芯片就是支持JTAG 接口的單片機(jī)，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(jī)編程與仿真。特別是該接口非常簡單，適合自制，網(wǎng)上很多該單片機(jī)愛好
者就是使用自制的FET 開發(fā)該系列的單片機(jī)，非常成功。
(4)實(shí)驗(yàn)板
實(shí)驗(yàn)板是學(xué)習(xí)單片機(jī)所必須的，實(shí)驗(yàn)板又稱為演示板、目標(biāo)板，其實(shí)就是具有單片機(jī)的電路板，實(shí)驗(yàn)板可
以購買，各個單片機(jī)的供應(yīng)商都提供多種多樣的實(shí)驗(yàn)板。實(shí)驗(yàn)板也可以根據(jù)需要自制，自制實(shí)驗(yàn)板是具有
挑戰(zhàn)的，需要學(xué)會畫電路板圖。
(5)選擇單片機(jī)類型
軟件：支持C語言，免費(fèi)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(jī)：型號多、功能強(qiáng)、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(wǎng)上資料多。
滿足上述條件的單片機(jī)只有MSP430系列。
5. 如何學(xué)習(xí)單片機(jī)
學(xué)習(xí)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(jī)為
例，解釋一下學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程。
(1)獲取資料
購買有關(guān)書籍，并到杭州利爾達(dá)公司網(wǎng)站和TI網(wǎng)站獲取資料，例如，在網(wǎng)上可以找到FET 使用指導(dǎo)、
MSP430 F1xx系列、F4xx系列的使用說明和具體單片機(jī)芯片的數(shù)據(jù)說明，可以找到仿真器FET 的電路圖、
實(shí)驗(yàn)板電路圖、芯片封裝知識等大量的實(shí)際應(yīng)用參考電路，當(dāng)然有些資料是英文的，看懂英文資料是個挑
戰(zhàn)，學(xué)會4、6 級英語就是為看資料的。英語難學(xué)，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(guān)資料。
(2)購買仿真器FET 和實(shí)驗(yàn)電路板
如果經(jīng)濟(jì)條件不錯，可以直接購買。
(3)自制仿真器FET 和實(shí)驗(yàn)電路板
自制仿真器FET ，首先要到網(wǎng)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(guān)書，然后練習(xí)
4
畫原理圖，畫完原理圖后，就學(xué)習(xí)認(rèn)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(shí)驗(yàn)電路板做
好后，就可以與實(shí)驗(yàn)電路板一起調(diào)試了。
自制實(shí)驗(yàn)電路板，需要單片機(jī)芯片內(nèi)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(guān)等
元件的知識，對于初學(xué)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(shí)驗(yàn)板，這樣
的實(shí)驗(yàn)板，雖然簡單，但足可以幫助初學(xué)者入門單片機(jī)。自制實(shí)驗(yàn)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(shí)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(wǎng)上獲得IAR 軟件
到利爾達(dá)公司或TI公司的網(wǎng)站下載IAR 軟件，并安裝到計算機(jī)上。
(5)調(diào)試FET 和實(shí)驗(yàn)板
將FET 的一端與PC機(jī)的并行口相連，另一端連接實(shí)驗(yàn)板的JTAG 接口，上電后，檢查FET 芯片、實(shí)驗(yàn)
板上的單片機(jī)芯片是否發(fā)熱(用手模)，PC機(jī)是否工作正常后，運(yùn)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(jī)中，如果能夠下載，說明一切成功。否則還需要仔細(xì)研究，一般情況下，
只要電路板上的電路正確，元件參數(shù)準(zhǔn)確，沒有不成功的。
(6)分步驟學(xué)習(xí)單片機(jī)
學(xué)習(xí)使用單片機(jī)就是理解單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，在匯編或C 語言中學(xué)會各種功能的初始化設(shè)置，以及實(shí)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)一般的單片機(jī)編程思
想，例如，必須設(shè)置很多寄存器對引腳進(jìn)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(jī)的一個功能，就要對控制該功能的寄存器進(jìn)行設(shè)置，這就是單片機(jī)編程的特點(diǎn)，千萬不要怕麻
煩，所有的單片機(jī)都是這樣。
第二步：定時器的使用
學(xué)會定時器的使用，就可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時序電路，時序電路的功能是強(qiáng)大的，在工業(yè)、家用電氣設(shè)
備的控制中有很多應(yīng)用，例如，可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一個具有一個按鈕的樓道燈開關(guān)，該開關(guān)在按鈕按下一
次后，燈亮3 分鐘后自動滅，當(dāng)按鈕連續(xù)按下兩次后，燈常亮不滅，當(dāng)按鈕按下時間超過2s，則燈滅。
數(shù)字集成電路可以實(shí)現(xiàn)時序電路，可編程邏輯器件(PLD )可以實(shí)現(xiàn)時序電路，可編程控制器(PLC )也
可以實(shí)現(xiàn)時序電路，但是只有單片機(jī)實(shí)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(jī)使用的基礎(chǔ)。
第三步：中斷 pGQW33_yNx
單片機(jī)的特點(diǎn)是一段程序反復(fù)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(jī)在程序正常運(yùn)行過程中，對快速動作做出反應(yīng)，就必須使用單片機(jī)的中斷功能，該功能就是在
快速動作發(fā)生后，單片機(jī)中斷正常運(yùn)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(shè)置哪些寄存器才能使某種中斷起作用，中斷開始時，程序應(yīng)該干什么，中斷完成
后，程序應(yīng)該干什么等等 。
中斷學(xué)會后，就可以編制更復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(dāng)然也可以監(jiān)視多個事情，形象的比喻，中斷功能
使單片機(jī)具有吃著碗里的，看著鍋里的功能。
5
以上三步學(xué)會，就相當(dāng)于降龍十八掌武功，會了三掌了，可以勉強(qiáng)護(hù)身。
第四步：與PC機(jī)進(jìn)行RS232 通信
單片機(jī)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(jī)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(jìn)行電平
轉(zhuǎn)換。
USART接口的使用是非常重要的，通過該接口，可以使單片機(jī)與PC機(jī)之間交換信息，雖然RS232通
信并不先進(jìn)，但是對于接口的學(xué)習(xí)是非常重要的。正確使用USART接口，需要學(xué)習(xí)通信協(xié)議，PC機(jī)的
RS232接口編程等等知識。試想，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上的數(shù)據(jù)顯示在PC機(jī)監(jiān)視器上，而PC機(jī)的鍵盤信號可以
在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上得到顯示，將是多么有意思的事情啊!
第五步：學(xué)會A/D轉(zhuǎn)換
MAP430單片機(jī)帶有多通道12位A/D 轉(zhuǎn)換器，通過這些A/D 轉(zhuǎn)換器可以使單片機(jī)操作模擬量，顯示
和檢測電壓、電流等信號。學(xué)習(xí)時注意模擬地與數(shù)字地、參考電壓、采樣時間，轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換誤差等概
念。
使用A/D 轉(zhuǎn)換功能的簡單的例子是設(shè)計一個電壓表。
第六步：學(xué)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(jī)更容易連接外部設(shè)備，在擴(kuò)展單片機(jī)功能方面非常重要。
第七步：學(xué)會比較、捕捉、PWM 功能
這些功能可以使單片機(jī)能夠控制電機(jī)，檢測轉(zhuǎn)速信號，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速器等控制起功能。
如果以上七步都學(xué)會，就可以設(shè)計一般的應(yīng)用系統(tǒng)，相當(dāng)于學(xué)會十招降龍十八掌，可以出手攻擊了。
第八步：學(xué)習(xí)USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設(shè)計
學(xué)習(xí)USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設(shè)計是非常重要的，因?yàn)檫@是當(dāng)前產(chǎn)品開
發(fā)的發(fā)展方向。
到此為止，相當(dāng)于學(xué)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(jī)大蝦了。順便說一句，MSP430單片機(jī)的技術(shù)支持是非常好的，負(fù)責(zé)任的工程師大蝦會在關(guān)鍵時候，挺
身而出，使你化險為夷。
6. 達(dá)到理想境界
達(dá)到理想境界是困難的，在知識爆炸的年代里，即使天天學(xué)習(xí)，也很難跟上科學(xué)技術(shù)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(jīng)費(fèi)、政治學(xué)習(xí)、買房、購車、柴、米、油、鹽、醬、醋、
茶等忙活，那么，還需要學(xué)習(xí)嗎?回答是肯定的，人就是為興趣而活，愛好單片機(jī)才能學(xué)會單片機(jī)，不為
什么目的，只為學(xué)習(xí)的樂趣，當(dāng)然要是興趣也能賺錢，則是一舉兩得。
學(xué)會使用單片機(jī)其實(shí)是學(xué)會了使用工具，充其量是個補(bǔ)鍋、鋦碗的匠人。如果再要進(jìn)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(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，達(dá)到熟練運(yùn)用降龍十八掌，打遍天下無敵手的至高境界。
單片機(jī)是DSP、嵌入式操作系統(tǒng)等高級硬件產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。如果想要進(jìn)一步的發(fā)展，必須學(xué)會單片
機(jī)的開發(fā)。
如果在學(xué)會單片機(jī)的基礎(chǔ)之上，學(xué)會CPLD和FPGA 的開發(fā)以及硬件描述語言，就可以在高速產(chǎn)品的開
發(fā)方面獲得一杯羹。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
