[51单片机] 从单片机基础到程序框架(连载)

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楼主: jianhong_wu
| 2016-1-24 10:29 | 显示全部楼层
我从事嵌入式系统工作都15年了,经历也算破丰,数次起笔想写点啥,都因为乱七八糟的原因停手了,佩服楼主。
| 2016-1-25 11:09 | 显示全部楼层
先占座,期待中
| 2016-1-25 15:54 | 显示全部楼层
期待,希望能够早点看到鸿哥的作品,看过《从业将近十年,手把手教你单片机程序框架》,我很受影响,真的很希望鸿哥,能够快点更新此贴
| 2016-1-25 21:53 | 显示全部楼层
楼主加油,为执着的人点赞
 楼主 | 2016-1-26 13:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 jianhong_wu 于 2016-1-31 16:40 编辑

第二节:初学者的疑惑。


【2.1   单片机应用的核心技术是什么?】

        单片机应用的核心技术是什么?是按键,数码管,流水灯,串口。是它们的程序框架。按键和数码管是输入是人机界面,把它们的程序框架研究透了,以后做彩屏或者更花销的显示界面,程序框架也可以通用。流水灯是应用程序是APP,把它的程序框架研究透了,以后控制飞机大**的程序框架也是一样。串口是通讯是接口,把它的程序框架研究透了,以后搞SPI,CAN,USB等通讯项目时,上层的程序框架也可以通用。如果某天你突然腰酸背痛可能是缺钙了,如果某天你第一次做项目时突然发现无从下手,你缺的可能是程序框架。

【2.2   跟我学单片机到底是学什么?】
     跟我学单片机到底是学什么?我的回答是像驾驶汽车一样驾驭单片机。我教给大家的是驾驶汽车的技术而不是研发汽车的技术。因此每当别人问我学51单片机,PIC,AVR,stm32哪个更加有前途,应该先学哪个再学哪个时,我的回答是既然你是学驾驶技术,那么用桑塔纳车来学还是用宝马车来学有差别吗?差别很小的,它们只是不同的厂家而已,只要会一种其它的就触类旁通了。把学单片机当作考驾照这是我常用的一个比喻。

【2.3   单片机神奇的工作原理是什么?】

        单片机神奇的工作原理是什么?初学者不用纠结这个问题,这不是我们学习的方向。考驾照只要大概知道汽车是由四个轮,发动机,制动系统,离合器,方向盘等部分构成就够了,再深入的细节不用纠结。学单片机只要大概知道单片机内部由运算器,寄存器,IO口,复位电路,晶振电路等部分组成就够了,再深入的不用纠结。说实话,我本人做单片机开发有很多年了,但是我对单片机的工作原理也很模糊,就像人为什么能通过大脑来灵活控制双手,对于我仍然是一个迷。有这样的疑惑时咋办?我建议用“游戏规则”这个概念去应付它。游戏规则是不需要解释的,只要遵守就可以了。在应用的技术领域,把暂时不解的东西当作游戏规则来解读和遵守是我常用的思维方式。

【2.4   很难记住繁杂的寄存器?】

       很难记住繁杂的寄存器?寄存器不用死记硬背,只要知道它大概的操作流程,有哪几类就够了。配置寄存器时,可参考别人已经配置好的代码,这些代码都很容易通过网络或者书本获得。也可以查找芯片数据手册,有很多单片机厂家会给出各个功能的代码范例。


【2.5   C语言很难学?】

      C语言很难学?暂时不用学指针,暂时不用学结构体,暂时不用学多文件编程,暂时不用学链表,暂时不用学宏定义,暂时不用学文件操作,暂时不用学所有的数据类型。只要会:
      5条指令语句switch语句,if else语句,while语句,for语句,=赋值语句。
      7个运算符+,-,*,/,|,&,!。
      4个逻辑关系符||,&&,!=,==.
      3个数据类型unsigned char, unsigned int, unsigned long。
      3个进制相互转化,二进制,十六进制,十进制。
      1个void函数。
      1个一维数组code(或const) unsigned char array[]。
      只要会上述一些知识点,应付任何一种逻辑功能的单片机软件都足够了。
      我在学校时只学了汇编程序,出来工作后才知道用C语言也能开发单片机,一开始只用常见的几条语句就把项目做出来了,没有用到printf这类繁琐格式的语句,第一次感觉C语言原来是那么容易那么简单,我是到后来才陆陆续续用到C语言其他的高级功能。

【2.6   汇编语言很难学怎么办?】

       汇编语言很难学怎么办?我提个建议,对于初学者,一开始就学汇编语言确实难学,不如先学C语言,学会了C语言再学汇编,这样理解起来就容易多了。也可以把C语言列入必修课,汇编语言列入选修课,因为实际工作中也是C语言为主。

【2.7   很难记住各种繁杂的通信协议?】

        很难记住繁杂的各种通信协议?IIC,SPI,232,CAN,USB等等。不用记那么多,你只要理解串行和并行通讯方式的基本原理就可以了,剩下的只是不同的协议而已,工作时再根据需要去看看相关资料就可以上手。不管世上有多少种通讯协议,物理世界上只有这两种通讯方式。

【2.8   很难写出短小精悍的程序?】

        很难写出短小精悍的程序?初学者不用纠结于此。很多项目开发,程序容量不是刻意追求的目标,多一点少一点没关系,不会是寸土寸金的事情,现在大容量的单片机品种也非常多,反而更值得关注的是程序的运行效率,可读性和可修改性。当然,一些成本敏感的消费类电子不在此讨论范围,这类项目往往对程序容量也要求很苛刻。

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| 2016-1-27 13:50 | 显示全部楼层
多谢!为师者,任重道远,敢为者鲜!
| 2016-1-27 14:39 | 显示全部楼层
楼主威武,在21ic里可看到你的帖子。有没有介绍STM32的技术连载贴?
| 2016-1-27 15:02 | 显示全部楼层
arima 发表于 2016-1-27 14:39
楼主威武,在21ic里可看到你的帖子。有没有介绍STM32的技术连载贴?

怎么收藏帖子,菜鸟,望指导!
| 2016-1-27 20:24 | 显示全部楼层
如风亦如锋 发表于 2016-1-27 15:02
怎么收藏帖子,菜鸟,望指导!


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| 2016-1-29 11:42 | 显示全部楼层
必须支持
| 2016-1-29 13:38 | 显示全部楼层
值得尊敬和学习,祝你成功,想你学习!
| 2016-1-29 22:20 | 显示全部楼层
:victory:
| 2016-1-31 13:24 | 显示全部楼层
就误区的几条建议,和三区一线而言,这文章是我三年内看到的最好的帖子。。
 楼主 | 2016-1-31 21:11 | 显示全部楼层
第三节:单片机最重要的一个特性。


【3.1   单片机的“一”。】
                     
                                     图3.1

    “道生一,一生二,二生三,三生万物。”《道德经》认为,世间万物,缤纷多彩,都源自一个东西,这个“一”的东西就是“道”。电子世界也存在“一”,这个“一”繁衍出手机,电脑,电视机,机器人等丰富多彩的电子世界这个“一”就是单片机最重要的一个特性:程序下载进内存后,单片机既可以通过管脚识别外部输入的高低电平信号,也可以通过管对外部输出不同时间长度的高低电平。”这句话有5个关键词“程序内存管脚电平时间。”下面我详细解读每个关键词的含义,涉及到某些专用名词如果不理解也没关系,主要是让大家有个感性的认识就足矣

【3.2   程序。】

    单片机程序有3种C程序,汇编程序,机器程序。能下载进单片机的只有机器程序,C程序和汇编程序都不能直接下载进单片机,所以C程序和汇编程序要经过编译软件翻译成机器程序后,才能下载进单片机。程序是语言,语言是用来交流,交流就必须存在两个对象,对象分别是程序员和单片机。程序员是人所以用C或者汇编语言,单片机是机器所以用机器语言,人和机是不同的世界,两者交流就需要一个翻译家,翻译家就是编译软件,俗称编译器,它能把C语言或者汇编语言翻译成单片机能识别的机器语言。机器语言就是0101的代码,一般以十六进制的形式呈现。
    理论上,程序员也可以抛开C和汇编语言,直接用机器语言做项目。我读书时老师让我们做实验就是这么整。那时我还不知有烧录器,老师让我们先用汇编语言写好程序,然后自己充当编译器,对照汇编语言和机器语言的指令表,人工把汇编语言翻译成十六进制的机器语言,最后把机器语言按字节一个一个的输入到特定的实验设备来观察现象。现在回想起来,老师当时的初衷是让我们了解编程语言的本质。
    既然可以直接用机器语言做项目,为什么还要C语言或者汇编语言?在C语言或者汇编语言没有诞生前,程序员就是通过在纸带上打孔来代表01的机器语言,此时相当于结绳记事的原始阶段。后来人类发明了汇编语言,通过英语单词来表示01机器语言特定的指令语句,此时开始诞生了汇编语言的编译器相当于进入象形文字的阶段。再到后来人类又发明了C语言,通过数学符号和英语单词来表达自己的逻辑,诞生了C语言的编译器相当于进入了汉字白话文阶段,从此程序员写出来的C程序就非常方便移植,编辑,阅读,传播,继承。现在单片机开发的主流是C语言,我本人出来工作后就没有用过汇编做项目开发。C语言是必修课,汇编语言是选修课;C语言是白话文简单易懂,汇编语言是文言文繁琐难读。当然汇编也有它的应用场合,汇编的翻译效率高,往往是一句汇编语言对应一句机器语言,而一句C语言有可能对应几句机器语言,这样C程序的代码效率在很大程度上取决于编译器的水平,编译器能不能帮你翻译出高效的机器语言对于我们来说往往像黑盒子,不像汇编语言那么可控制。所以很多嵌入式系统某段要求简洁高效的源代码往往用汇编来写,也有少数一些很便宜的单片机不提供C编译器,只能用汇编语言开发。要不要学汇编,最好根据个人的工作需求来决定。

【3.3   内存。】

    单片机就像MP3,程序代码就像歌曲,把不同的歌曲下载到MP3里就可以听到不同的音乐,把不同的程序下载到单片机里,单片机就能做不同的事。能装程序的单片机必然有内存,内存由ROM和RAM组成,ROM和RAM都能装东西,但各有不同。
    ROM的优点是存储的东西断电后不会丢失,缺点是存储的东西上电后不能更改,想要改变ROM的内容除非重新下载程序,而且下载次数有限制,FLASH的ROM最大次数通常是10万次,而OTP的ROM只能下载1次,所以平时上电工作时ROM存储的东西是不能更改的,某些具有IAP功能的高级单片机不在此讨论范围内。而RAM恰好反过来,RAM的优点是存储的东西上电后可以随时被单片机更改,更改次数没有限制缺点是存储的东西断电后会丢失,没有记忆功能。
    ROM和RAM各有特点,单片机从中各取所长。ROM用来存储不可更改的指令代码和常量数据,ROM的容量往往相当于代码的容量。RAM用来存储可以被更改的变量数据,RAM的容量往往相当于全局变量和局部变量的容量。不管是用C语言还是汇编,所写的程序代码就自然包含了指令代码、常量数据、全局变量、局部变量,那么谁在幕后帮我们进行分类存储,谁把一个程序代码的一分为二让它们在ROM和RAM里各就各位?是编译器软件和下载器(烧录器)编译器除了把C语言翻译成机器语言之外,还帮我们分好了类,分配好了存储的地址和位置,下载器(烧录器)再根据这些信息把程序存储到内存中,这些工作一般不用程序员干预,它们自动完成。

【3.4   管脚。】

    管脚是单片机与外部电路进行能量和信息交互的桥梁。有电源,复位,晶振和IO口这4类管脚。   
    第一电源管脚是给单片机内部电路供电的接口。单片机有两种常用的供电电压,一般是3.3V或者5V,有的单片机两种电压都兼容。
    第二复位管脚单片机上电后需要外部电路给它一个瞬间高电平或者低电平的复位信号,才能启动工作。复位电路通常是电容和电阻组成的充电电路来实现,也有一些系统是用专门的复位芯片来实现。
    第三晶振管脚。任何单片机想要工作必须要有晶振。单片机执行程序指令是按一个节拍一个节拍来执行的。这个节拍的时间就是由晶振产生,所以把晶振比喻成单片机的心脏是非常恰当的。现在也有很多单片机直接把晶振集成到内部,这类单片机不用外接晶振也可以
    第四IO口管脚。这是跟我们编写程序关联最密切的管脚。前面提到的电源,复位,晶振这3种管脚是为了让单片机能工作,俗称单片机工作三要素。而单片机工作的具体内容就是通过IO口管脚来体现的。比如,IO口能识别按健的输入,也能输出驱动继电器工作的开关信号,也能跟外围器件进行通信。

【3.5   电平。】

    电平就是电压的两种状态,低或者高,低相当于程序里的0,高相当于程序里的1。单片机IO口管脚检测到的电压低于或等于0.8V时是低电平,程序里读取到的是0数字。单片机IO口管脚检测到的电压高于或等于2.4V时是高电平,程序里读取到的是1数字。必须注意的是,IO口输入的最大电压不能超过单片机的供电电压。单片机输出的低电平是0V,单片机输出的高电平等于它的供电电压值,往往是3.3V或者5V。

【3.6   时间。】

    时间是单片机程序必不可少的元素。跟外围芯片通信的时序节拍需要时间,驱动发光二极管闪烁需要时间,工控自动化的某些延时需要时间。单片机的时间来源自两方面。第一方面源自指令的周期时间。单片机是根据节拍来执行程序指令的,每执行一条指令都要消耗一点时间,只要让程序执行的指令数量越多,产生的时间就越长,通过调整所执行指令的数量就可以得到所需的时间长度。第二方面源自单片机内部自带的定时器。假如设置定时器每20毫秒产生一次中断,现在要获取10秒钟的时间,只需程序统记500次定时中断就可以了,因为1秒等于1000毫秒。指令和定时器这两者的时间最后都来源于晶振。

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21ic小喇叭 打赏了 5.00 元 2016-02-02

| 2016-2-1 23:31 | 显示全部楼层
要点干货,不要炒作。不是针对楼主,只是觉得踏踏实实,自然会得到大家尊重。
| 2016-2-2 11:30 | 显示全部楼层
程序架构,特来关注:)
| 2016-2-3 13:20 | 显示全部楼层
持续关注!!!!!
 楼主 | 2016-2-11 10:52 | 显示全部楼层
第四节:平台软件和编译器软件的简介。


【4.1   平台软件和编译器软件的各自分工。】

        C语言写在哪?谁来把C语言翻译成单片机可以识别的机器语言?这就是平台软件和编译器软件的分工。平台软件负责编辑C语言,编译软件负责把C语言翻译成单片机可以识别的机器语言。

【4.2   每一种单片机的平台软件和编译器软件不一定是唯一的。】

        C语言在单片机的应用也是最近这些年发展起来的,早期做单片机的原厂更关注芯片硬件本身,配套的C语言开发软件方面涉入不深,他们往往只管把单片机芯片生产出来后,给大伙提供一个汇编语言的编译器软件就草率了事,所以给了很多第三方商家做平台软件和C编译器的机会,后来单片机原厂也乐意支持和配合这些第三方开发软件的厂商,也有一些单片机原厂直接收购这类第三方软件公司。因此,不同厂家的单片机,它所用的平台和编译器软件可能都不一样。即使是同样一个厂家的单片机,它也有可能存在多种不同的第三方平台软件和编译器软件,每一种单片机所用的平台软件和编译器不一定是唯一的。比如stm8单片机可以用 STVD软件平台,也可以IAR平台。stm32单片机可以用keil平台,也可以用IAR平台。

【4.3  平台软件和编译器软件的宿主与寄生关系。】

        平台软件选定了之后,所用的编译器软件也可能存在多种选择,并不是一种平台软件就绑定一种编译器软件。生物学的比喻,平台软件是宿主,编译器软件是寄生在平台软件里的。一个平台软件可以嵌入多种不同的编译器软件,平台软件和编译器软件存在一对多的关系。比如,PIC单片机的平台软件是MPLAB,8位PIC单片机是PICC编译器,12位PIC单片机是PIC18编译器,16位PIC单片机是C30编译器。而且MPLAB平台软件与上述各种编译器软件都要单独一个一个分开来安装,最后运行MPLAB平台软件,在里面操作某个菜单设置选项,把各种C编译器软件跟MPLAB平台软件关联起来。

【4.4  51单片机的平台软件和编译器软件。】

        我后面的讲解,51单片机的平台软件用keil2,编译器软件用C51。单片机程序开发需要用到这两种软件,但在项目开发的时候,只要跟平台软件打交道就可以了,因为编译器软件是当做一种独立配件嵌入到平台软件里,统一接受平台软件的控制。我在用PIC的8位单片机时,需要安装一次MPLAB平台软件,也需要独立再安装一次PICC编译器软件,然后运行MPLAB平台软件,在里面操作某个菜单设置选项,把PICC编译器跟MPLAB平台软件关联起来,也就是我所说的把PICC编译器嵌入到MPLAB平台软件里,统一接受平台软件的控制,但我平常写代码时只需要跟MPLAB平台软件打交道就可以了。我早期在做51单片机开发时,也是需要把keil平台软件和C51软件分开安装,然后再把它们关联起来,但是现在从keil2版本开始,在安装keil平台软件时就已经默认把C51安装好了,并且自动把C51嵌入到了keil平台软件。我现在用keil2这个版本的平台软件,只需要安装一次keil2平台软件就可以了,不需要像早期那样再单独安装C51编译器。


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| 2016-2-12 22:03 | 显示全部楼层
:handshake:handshake
| 2016-2-17 16:11 | 显示全部楼层
佩服楼主了不起,前来取经
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