从单片机入门者到单片机工程师

2019-07-17 14:40发布

学习单片机也已经有几年了,藉此机会和大家聊一下我学习过程中的一些经历和想法吧。也感谢一线工人提供了这个机会。
    几年前,和众多初学者一样,我接触到了单片机,立刻被其神奇的功能所吸引,从此不能自拔。很多个日夜就这样陪伴着它度过了。期间也遇到过非常多的问题,也一度被这些问题所困惑……等到回过头来,看到自己曾经走过的路,唏嘘不已。经常混迹于
论坛里,也看到了很多初学者发的求助帖子,看到他们走在自己曾走过的弯路上,忽然想到了自己的那段日子,心里竟然莫名的冲动,凡此总总,我总是尽自己所能去回帖。很多时候,都想写一点什么东西出来,希望对广大的初学者有一点点帮助。但总是不知从何处写起。今天借一线工人的台,唱一唱我的戏。“卖弄”也好,“吹嘘”也罢,我只是想认真的写写我这一路走来历经的总总,把其中值得注意,以及经验的地方写出来,权当是我对自己的一个总结吧。而作为看官的你,如果看到了我的错误,还请一定指正,这样对我以及其它读者都有帮助,而至于你如果从中能够收获到些许,那便是我最大的欣慰了。姑妄言之,姑妄听之。  一路学习过来的过程中,帮助最大之一无疑来自于网络了。很多时候,通过网络,我们都可以获取到所需要的学习资料。但是,随着我们学习的深入,我们会慢慢发现,网络提供的东西是有限度的,好像大部分的资料都差不多,或者说是适合大部分的初学者所需,而当我们想更进一步提高时,却发现能够获取到的资料越来越少,相信各位也会有同感,铺天盖地的单片机资料中大部分不是流水灯就是LED,液晶,而且也只是仅仅作功能性的演示。于是有些人选择了放弃,或者是转移到其他兴趣上面去了,而只有少部分人选择了继续摸索下去,结合市面上的书籍,然后在网络上锲而不舍的搜集资料,再从牛人的只言片语中去体会,不断动手实践,慢慢的,也摸索出来了自己的一条路子。当然这个过程必然是艰辛的,而他学会了之后也不会在网络上轻易分享自己的学习成果。如此恶性循环下去,也就不难理解为什么初级的学习资料满天飞,而深入一点的学习资料却很少的原因了。相较于其他领域,单片机技术的封锁更加容易。尽管已经问世了很多年了,有价值的资料还是相当的欠缺,大部分的资料都是止于入门阶段或者是简单的演示实验。但是在实际工程应用中却是另外一回事。有能力的高手无暇或者是不愿公开自己的学习经验。
    很多时候,我也很困惑,看到国外爱好者毫不保留的在网络上发布自己的作品,我忽然感觉到一丝丝的悲哀。也许,我们真的该转变一下思路了,帮助别人,其实也是在帮助自己。啰啰嗦嗦的说了这么多,相信大家能够明白说的是什么意思。在接下来的一段日子里,我将会结合电子工程师之家举办的主题周活动写一点自己的想法。尽可能从实用的角度去讲述。希望能够帮助更多的初学者更上一层楼。而关于这个主题周的最大主题我想了这样的一个名字“从单片机初学者迈向单片机工程师”。名字挺大挺响亮,给我的压力也挺大的,但我会努力,争取使这样的一系列文章能够带给大家一点帮助,而不是看后大跌眼镜。这样的一系列文章主要的对象是初学者,以及想从初学者更进一步提高的读者。而至于老手,以及那些牛XX的人,希望能够给我们这些初学者更多的一些指点哈~@_@
友情提示: 此问题已得到解决,问题已经关闭,关闭后问题禁止继续编辑,回答。
19条回答
秀才与兵
2019-07-18 06:32
OK ,到此一个简单的工程模板就建立起来了,以后我们再新建源文件和头文件的时候,就可以直接保存到src文件目录下面了。
下面我们开始编写各个模块文件。
首先编写Timer.c 这个文件主要内容就是定时器初始化,以及定时器中断服务函数。其内容如下。
#include <reg52.h>

bit g_bSystemTime1Ms = 0 ;              // 1MS系统时标


void Timer0Init(void)
{
    TMOD &= 0xf0 ;
    TMOD |= 0x01 ;      //定时器0工作方式1
    TH0  =    0xfc ;      //定时器初始值
    TL0  =  0x66 ;
    TR0  = 1 ;
    ET0  = 1 ;
}

void Time0Isr(void) interrupt 1
{
    TH0  =    0xfc ;            //定时器重新赋初值
    TL0  =  0x66 ;
    g_bSystemTime1Ms = 1 ;    //1MS时标标志位置位
}

由于在Led.c文件中需要调用我们的g_bSystemTime1Ms变量。同时主函数需要调用Timer0Init()初始化函数,所以应该对这个变量和函数在头文件里作外部声明。以方便其它函数调用。

Timer.h 内容如下。
#ifndef _TIMER_H_
#define _TIMER_H_

extern void Timer0Init(void) ;
extern bit g_bSystemTime1Ms ;

#endif

完成了定时器模块后,我们开始编写LED驱动模块。
Led.c 内容如下:

#include <reg52.h>
#include "MacroAndConst.h"
#include "Led.h"
#include "Timer.h"

static uint16  g_u16LedTimeCount = 0 ; //LED计数器
static uint8  g_u8LedState = 0 ;      //LED状态标志, 0表示亮,1表示熄灭

#define LED P0            //定义LED接口
#define LED_ON()      LED = 0x00 ;  //所有LED亮
#define LED_OFF()    LED = 0xff ;  //所有LED熄灭

void LedProcess(void)
{
    if(0 == g_u8LedState)  //如果LED的状态为亮,则点亮LED
    {
        LED_ON() ;
    }
    else                //否则熄灭LED
    {
        LED_OFF() ;
    }
}


void LedStateChange(void)
{
    if(g_bSystemTime1Ms)            //系统1MS时标到
    {
        g_bSystemTime1Ms = 0 ;
        g_u16LedTimeCount++ ;      //LED计数器加一
        if(g_u16LedTimeCount >= 500) //计数达到500,即500MS到了,改变LED的状态。
        {
            g_u16LedTimeCount = 0 ;
            g_u8LedState  = ! g_u8LedState    ;
        }
    }
}


这个模块对外的借口只有两个函数,因此在相应的Led.h 中需要作相应的声明。
Led.h 内容:
#ifndef _LED_H_
#define _LED_H_

extern void LedProcess(void) ;
extern void LedStateChange(void) ;

#endif

这两个模块完成后,我们将其C文件添加到工程中。然后开始编写主函数里的代码。
如下所示:

#include <reg52.h>
#include "MacroAndConst.h"
#include "Timer.h"
#include "Led.h"

sbit LED_SEG  = P1^4;  //数码管段选
sbit LED_DIG  = P1^5;  //数码管位选
sbit LED_CS11 = P1^6;  //led控制位

void main(void)
{
        LED_CS11 = 1 ; //74HC595输出允许
    LED_SEG = 0 ;  //数码管段选和位选禁止(因为它们和LED共用P0口)
        LED_DIG = 0 ;
        Timer0Init() ;
        EA = 1 ;
        while(1)
      {
    LedProcess() ;
    LedStateChange() ;
      }
}

整个工程截图如下:

  

至此,第三章到此结束。
一起来总结一下我们需要注意的地方吧

1.    C语言源文件(*.c)的作用是什么
2.    C语言头文件(*.h)的作用是什么
3.    typedef 的作用
4.    工程模板如何组织
5.    如何创建一个多模块(多文件)的工程


“从单片机初学者迈向单片机工程师”之KEY主题讨论
                                               按键程序编写的基础


  从这一章开始,我们步入按键程序设计的殿堂。在基于单片机为核心构成的应用系统中,用户输入是必不可少的一部分。输入可以分很多种情况,譬如有的系统支持PS2键盘的接口,有的系统输入是基于编码器,有的系统输入是基于串口或者USB或者其它输入通道等等。在各种输入途径中,更常见的是,基于单个按键或者由单个键盘按照一定排列构成的矩阵键盘(行列键盘)。我们这一篇章主要讨论的对象就是基于单个按键的程序设计,以及矩阵键盘的程序编写。
◎按键检测的原理
常见的独立按键的外观如下,相信大家并不陌生,各种常见的开发板学习板上随处可以看到他们的身影。



  总共有四个引脚,一般情况下,处于同一边的两个引脚内部是连接在一起的,如何分辨两个引脚是否处在同一边呢?可以将按键翻转过来,处于同一边的两个引脚,有一条突起的线将他们连接一起,以标示它们俩是相连的。如果无法观察得到,用数字万用表的二极管挡位检测一下即可。搞清楚这点非常重要,对于我们画PCB的时候的封装很有益。
它们和我们的单片机系统的I/O口连接一般如下:



   对于单片机I/O内部有上拉电阻的微控制器而言,还可以省掉外部的那个上拉电阻。简单分析一下按键检测的原理。当按键没有按下的时候,单片机I/O通过上拉电阻R接到VCC,我们在程序中读取该I/O的电平的时候,其值为1(高电平); 当按键S按下的时候,该I/O被短接到GND,在程序中读取该I/O的电平的时候,其值为0(低电平) 。这样,按键的按下与否,就和与该按键相连的I/O的电平的变化相对应起来。结论:我们在程序中通过检测到该I/O口电平的变化与否,即可以知道按键是否被按下,从而做出相应的响应。一切看起来很美好,是这样的吗?

◎现实并非理想
在我们通过上面的按键检测原理得出上述的结论的时候,其实忽略了一个重要的问题,那就是现实中按键按下时候的电平变化状态。我们的结论是基于理想的情况得出来的,就如同下面这幅按键按下时候对应电平变化的波形图一样:

  而实际中,由于按键的弹片接触的时候,并不是一接触就紧紧的闭合,它还存在一定的抖动,尽管这个时间非常的短暂,但是对于我们执行时间以us为计算单位的微控制器来说,
它太漫长了。因而,实际的波形图应该如下面这幅示意图一样。



这样便存在这样一个问题。假设我们的系统有这样功能需求:在检测到按键按下的时候,将某个I/O的状态取反。由于这种抖动的存在,使得我们的微控制器误以为是多次按键的按下,从而将某个I/O的状态不断取反,这并不是我们想要的效果,假如该I/O控制着系统中某个重要的执行的部件,那结果更不是我们所期待的。于是乎有人便提出了软件消除抖动的思想,道理很简单:抖动的时间长度是一定的,只要我们避开这段抖动时期,检测稳定的时候的电平不久可以了吗?听起来确实不错,而且实际应用起来效果也还可以。于是,各种各样的书籍中,在提到按键检测的时候,总也不忘说道软件消抖。就像下面的伪代码所描述的一样。(假设按键按下时候,低电平有效)


If(0 == io_KeyEnter)            //如果有键按下了
{
    Delayms(20) ;            //先延时20ms避开抖动时期
    If(0 == io_KeyEnter)        //然后再检测,如果还是检测到有键按下
    {
        return KeyValue ;          //是真的按下了,返回键值
    }
    else  
{
    return KEY_NULL        //是抖动,返回空的键值
}
    while(0 == io_KeyEnter) ;    //等待按键释放
}

乍看上去,确实挺不错,实际中呢?在实际的系统中,一般是不允许这么样做的。为什么呢?首先,这里的Delayms(20) , 让微控制器在这里白白等待了20 ms 的时间,啥也没干,考虑我在《学会释放CPU》一章中所提及的几点,这是不可取的。其次while(0 == io_KeyEnter) ;更是程序设计中的大忌(极少的特殊情况例外)。任何非极端情况下,都不要使用这样语句来堵塞微控制器的执行进程。原本是等待按键释放,结果CPU就一直死死的盯住该按键,其它事情都不管了,那其它事情不干了吗?你同意别人可不会同意所以合理的分配好微控制的处理时间,是编写按键程序的基础。


◎消除抖动有必要吗?

的确,软件上的消抖确实可以保证按键的有效检测。但是,这种消抖确实有必要吗?有人提出了这样的疑问。抖动是按键按下的过程中产生的,如果按键没有按下,抖动会产生吗?如果没有按键按下,抖动也会在I/O上出现,我会立刻把这个微控制器锤了,永远不用这样一款微控制器。所以抖动的出现即意味着按键已经按下,尽管这个电平还没有稳定。所以只要我们检测到按键按下,即可以返回键值,问题的关键是,在你执行完其它任务的时候,再次执行我们的按键任务的时候,抖动过程还没有结束,这样便有可能造成重复检测。所以,如何在返回键值后,避免重复检测,或者在按键一按下就执行功能函数,当功能函数的执行时间小于抖动时间时候,如何避免再次执行功能函数,就成为我们要考虑的问题了。这是一个仁者见仁,智者见智的问题,就留给大家去思考吧。所以消除抖动的目的是:防止按键一次按下,多次响应。

       “从单片机初学者迈向单片机工程师”之KEY主题讨论

                                         基于状态转移的独立按键程序设计


    本章所描述的按键程序要达到的目的:检测按键按下,短按,长按,释放。即通过按键的返回值我们可以获取到如下的信息:按键按下(短按),按键长按,按键连_发,按键释放。不知道大家还记得小时候玩过的电子钟没有,就是外形类似于CALL 机(CALL 机,好像是很古老的东西了)的那种,有一个小液晶屏,还有四个按键,功能是时钟,闹钟以及秒表。在调整时间的时候,短按+键每次调整值加一,长按的时候调整值连续增加。小的时候很好奇,这样的功能到底是如何实现的呢,今天就让我们来剖析它的原理吧。
状态在生活中随处可见。譬如早上的时候,闹钟把你叫醒了,这个时候,你便处于清醒的状态,马上你就穿衣起床洗漱吃早餐,这一系列事情就是你在这个状态做的事情。做完这些后你会去等车或者开车去上班,这个时候你就处在上班途中的状态…..中午下班时间到了,你就处于中午下班的状态,诸如此类等等,在每一个状态我们都会做一些不同的事情,而总会有外界条件促使我们转换到另外一种状态,譬如闹钟叫醒我们了,下班时间到了等等。对于状态的定义出发点不同,考虑的方向不同,或者会有些许细节上面的差异,但是大的状态总是相同的。生活中的事物同样遵循同样的规律,譬如,用一个智能充电器给你的手机电池充电,刚开始,它是处于快速充电状态,随着电量的增加,电压的升高,当达到规定的电压时候,它会转换到恒压充电。总而言之,细心观察,你会发现生活中的总总都可以归结为一个个的状态,而状态的变换或者转移总是由某些条件引起同时伴随着一些动作的发生。我们的按键亦遵循同样的规律,下面让我们来简单的描绘一下它的状态流程转移图。

下面对上面的流程图进行简要的分析。
首先按键程序进入初始状态S1,在这个状态下,检测按键是否按下,如果有按下,则进入按键消抖状态2,在下一次执行按键程序时候,直接由按键消抖状态进入按键按下状态3,在此状态下检测按键是否按下,如果没有按键按下,则返回初始状态S1,如果有则可以返回键值,同时进入长按状态S4,在长按状态下每次进入按键程序时候对按键时间计数,当计蕄arty??瓒ㄣ兄凳焙颍?虮砻鞒ぐ词录?⑸???苯?氚醇?琠发状态S5。如果按键键值为空键,则返回按键释放状态S6,否则继续停留在本状态。在按键连_发状态下,如果按键键值为空键则返回按键释放状态S6,如果按键时间计数超过连_发阈值,则返回连_发按键值,清零时间计数后继续停留在本状态。
看了这么多,也许你已经有一个模糊的概念了,下面让我们趁热打铁,一起来动手编写按键驱动程序吧。
  下面是我使用的硬件的连接图。

一周热门 更多>