一位15年经验的老司机教你学习单片机

作者：欧浩源

选于21ic论坛

编辑：付斌

缘起

2018年1月1日，意味着我有15年的单片机经验了，得在21ic最热的板块来个文章纪念一下。

从2003年学习单片机开始，从公司到研究所，从研究所到学校，还真没有离开过它。对于经验丰富的工程师，以下内容可以忽略了，然而，对于刚入门的初学者，还是可以看一看的。

初学者的态度

在我学习单片机的年代，只有单片机而且只有一种51单片机，没的选择。现在，有51内核的系列单片机、有MSP430单片机、有CC2530单片机、有ContexM0系列单片机、有STM8单片机、还有台湾的合泰、华邦、义隆...甚至国内的单片机......这还不包括ARM、ContexM3、STM32...这些32位的嵌入式产品。面对这么多的选择，你怎么入门？

在我的学生中，不少人觉得8位机太简单了，稍微入门就准备要学嵌入式，搞ARM，玩Linux。在他们看来，会单片机并不等于嵌入式。实际上这是两个概念，而且你会用单片机就等于你能用单片机了吗？不，还差很远。不管是8位机还是32位机，它只是你解决问题的一个工具而已。很多人都会用C语言，但是有几个人能用C语言写出Linux和uCOS来呢？

所以，初学者的态度很重要。哪一款单片机不重要，只要你精通擅长一款，日后再用其他公司的那都是小菜一碟，进而学习32位的处理器也是游刃有余，轻松自如，否则，每个单片机对你来说，都永远处于入门状态。

一页纸讲清单片机

也许有人问：有没有那么简单呀？

当然不会那么简单啦，首先你要把书读薄，然后再把书读后，最后把书放进自己脑子里，形成自己的一套思路。

理解任何一个事物，最好把握它的本质。对于各个各样的嵌入式微处理器产品，实际上用一页纸就可以把本质的脉络说清楚。有这么神奇，嗯...我也是自己总结的，大家可以看看，加以斧正。

8位和32位机都可以看成是“内核+外设”的结构，外设多，单片机就复杂些，总线位数高，运行就快一些。本质上还逃不出这个架构。对于设计人员编程来说，操作外设实际上就是读写各种特殊功能寄存器，传输数据就是读写总线，相应外设就是处理中断。除了这三大操作，好像没有其他了。当然对于不同的外设，其特殊功能寄存器的定义不同，中断向量不同，操作流程不同，但本质上还是在操作寄存器、总线和中断。

有人不服说，不会吧，一定还有别的。当然有了，但对于初学者来说，不要钻牛角尖，把常见的、大多数的东西把握了，慢慢再去研究小众技能吧。上面讲了这么多，实际上就想告诉初学者：嵌入式或者单片机的入门真的不难，但也不容易，需要你拿出态度来。我经常对我的学生说：“单片机或者嵌入式这东西是入门难，到经验积累到一定程度就比较容易了。”

一些不是建议的经验

1、从8位单片机入门比较好一点，选好一个型号，认真学习，直到精通。

2、多练习，多写代码，多上网看看博客，当然自己要有一块学习板了。

3、掌握简单常用的模拟电路和数字电路，比如：电阻限流、电容滤波、运放放大等等，将来你在设计电路和调试程序的时候都会用到。

4、精通C语言，特别是指针和数组，最好把预处理和编译过程了解一下。

5、掌握一个电路设计软件，对于单片机，其实会Protell99都可以了。

6、会使用万用表，最好有示波器啦，而且要掌握一些常用的测试手段。

7、在自己学习过程中，整理并形成自己的元器件库和常用程序库，这是你进阶下一阶段成为高手的关键。

8、多看看各种单片机案例，掌握各种常用芯片的使用，嵌入式就是一个逐渐积累的过程。你的嵌入式技术有多高，就看你心里的案例与资源有多少。现在各种功能都有模块或专用芯片，还都提供UR、SPI、IIC等接口。

表面上你用单片机在实现蓝牙，实际上你只是在使用单片机的串口读写数据。如果说元器件电路模块是硬件资源的积累，那么，常用接口模块驱动程序则是软件资源的积累。 将来在你的产品设计中，可能用到很多新的模块和元件，只要它的接口是SPI接口、IIC接口、UR串口等你熟悉的接口，那么对于你来说，它就是一个旧模块和元件。因为单片机实际上面对的不是模块和元件，而是你熟悉的常用接口。

9、最好有做笔记的习惯，你也可以写写博客，这个到后面会有意想不到的作用。

经典51内核资源全览浓缩图

你不要当51单片机是高科技产品，请把它看作一款玩具。你不是在学习开发，你是在玩“极品飞车”。学习会让懒人痛苦，而玩耍会给懒人快乐，没有愉悦的心情，还谈什么学好学精？

经典款51单片机都有什么东西？一张图就可以告诉你...

<1> 四组8位并行I/O端口：

P0端口：PC门，集电极开路输出，必须接上拉电阻才能输出高电平。

P1端口：无特殊之处。

P2端口：访问外部存储器时，作高8位地址用。

P3端口：功能复用端口，详情看表。

<2> 三大外设：外部中断、定时/计数、串行通信

<3> 五个中断源：2个外部中断、2个定时/计数中断、1个串行通信中断        

注意：要记住中断号与中断源的对应关系...编程时会用到！

<4> 三大特殊功能寄存器：TCON、SCON、TMOD

经典型51单片机的重要外设归纳

不管简单还是复杂的微处理器，其基本架构都是“内核+外设”，而控制外设的重要途径就是特殊功能寄存器。作为一个嵌入式设计师，如果做底层的程序开发，绝大部分的工作都在跟各种特殊功能寄存器打交道。

51单片机的外设不多，可以分成三大块：中断系统、定时/计数器和串行接口。

要想把这些外设应用好，首先得把控制这些外设的特殊功能寄存器弄明白，其实也不多，就下面几个：

IE寄存器：中断控制寄存器。
IP寄存器：中断优先级寄存器。
TCON寄存器：中断状态标志寄存器。
TMOD寄存器：定时/技术模式控制寄存器。
THx和TLx寄存器：定时/计数器的技术初值寄存器。
SCON寄存器：串口控制寄存器。
SBUF寄存器：串行接口收据发送和接收缓冲器。

<1> IE寄存器与IP寄存器(IP用的不多)
   <2> TCON寄存器
     <3> TMOD寄存器
   

<4> SCON寄存器
   

程序设计要点

<1> 引入头文件

在单片机的程序设计中，很多时候需要操作特殊功能寄存器，而这些寄存器实际上就是芯片中的一个内存地址。我们要记住这些地址很难，而且代码编写也比较复杂。为了方便记忆和使用，我们给每一个特殊功能寄存器都起了一个名字。如果在程序设计中你想直接使用这些名字，那么你就需要引入对应当芯片头文件，例如51单片机，你需要引入“reg52.h”文件。

特殊功能寄存器P0的地址为80H，引入这个头文件之后，你就可以使用P0这个名字了

P0 = 0x02;

<2> 中断服务函数的格式

在51单片机中有5个中断源，每个中断源都有固定的入口地址（也就是中断向量）和中断号。我们在程序设计的过程中，不需要记住中断向量地址，但需要知道每个中断源对应的中断号（参考【经典51懒人5步速成法-01】）

一般情况下，中断的处理函数有两个，其一为中断初始化函数，其二为中断服务函数。初始化函数就是一个普通的函数，而中断服务函数却有特殊的格式要求：

A. 中断函数没有返回值，也不能带参数。
B. 函数名后面要跟一个关键字interrupt，说明这是一个中断服务函数。
C. 在关键字interrupt后面要跟上中断号，说明这个中断服务函数是为那个中断服务的。  
中断服务函数的格式为：

void 函数名() interrupt  中断号

 {  ----函数体----  }

例如，定时器0的中断服务函数，我们C语言可以这样写：

三大外设的开发与可重用代码

在51内核的单片机中，主要有外部中断、定时计数和串行通信三大外设。在其他的嵌入式芯片中，这三个外设也是必不可少的。三大外设的程序设计实际上就成了51单片机最基础核心，掌握着三个部分的设计思路是学习单片机开发的必经之路。

编写三大外设的程序实际上有很多类似的地方。它们都需要进行初始的寄存器配置，也就是初始化，它们都和中断有关，都需要编写中断服务函数。因此，对于每一个外设，我们都需要编写一个初始化函数和中断服务函数。这些函数在不同的应用工程中实际上都差不多，也就是说代码的重用性很高。

1、外部中断模块

在51单片机中有INT0和INT1两个中断模块，外部的触发信号可以是电平，也可以是边沿，由寄存器TCON的IT0和IT1位来决定。

2、定时/计数模块

在51单片机中有T0和T1两个定时器，对内部可以定时，对外部可以计数。在初始化的时候，需要确定该模块是定时功能还是技术功能，工作模式是什么，最大计数值是多少。

3、串行接口模块

在51单片机的串行接口中，产生波特率需要占用定时器T1，发送数据时，将内容放到SBUF中，数据发送完毕，TI会置1。当完整接收到一个数据后，RI会置1，这时从SBUF中将内容读出即可。不管是TI还是RI标志位，都需要人工清0。

一般情况下，发送数据采用查询方式，接收数据采用中断方式。

结束语

嵌入式应用开发涉及的知识点很多，初次接触往往感到无从下手。没错，与一些高级编程语言“易懂难精”的情况相比，嵌入式应用开发的入门是比较难的，但是，随着知识的积累和经验的丰富，后面的路会越走越宽，越走越顺。广大的嵌入式应用开发入门者应该充满信心。我一直都认为嵌入式应用开发就像一场马拉松，必须一步一个脚印，积蓄能量，逐步进阶，才能越走越远的。