如何有效地学习单片机?

Posted 2021-11-03 嵌入式大杂烩

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森山，10多年的硬件开发经验，做过的板卡数不清有多少块，做过量产的产品也涉及到各个行业，也做过不少失败的项目。他用自己的经验告诉大家，如何系统的学习单片机。

01

需要一块开发板——让单片机动起来

买一块开发板，按照配套的demo程序，自己改改，让外设动起来，比如OLED显示内容，电机启停、调速，温湿度采集等等。这一步是为了让你体会到，单片机如何通过编程实现对硬件的操作。

这样的开发板太多了，建议从STM32入手，原因有二：一是资料最全，开发环境比较友好，而且今后在产品中使用也比较多；二是开发板都不贵，而且最好选外设多的，带显示，带通信接口的开发板。

即使一开始不懂，开发板配套的学习包，足够你学一阵子了，STM32官方也有现成的Cubemx工具来帮你生成基础代码。

02

自己设计一个小demo——掌握基本外设

我建议有硬件设计能力的，可以自己设计制作一款开发板，尽量多的加入不同类型的外设，因为以后你研发产品，就是基于这些外设的应用逻辑组合。然后一个个移植外设驱动，当然更建议自己写驱动，驱动写得好能最大程度发挥硬件的性能。

受限于单片机的性能都比较一般，基础的外设的连接方式大致有这些：IO、I2C、SPI、AD\\DA、UART、CAN、RGB888……等这些低速接口，有的也带USB。

等你玩转了这些，以后升级到更强的平台，那么高速接口学习起来也只是工作量的问题，大同小异。

在移植和写驱动的过程中，要学会看datasheet，spec。虽然一个简单的芯片规格书就是几十上百页，但并不是你都要去看懂的，只要知道提取自己有用的信息，比如I2C设备，它的总线最高频率，你在做时序控制时不能超过它的上限。

在调试过程中，你一定会遇到非常细节的问题，这时候，借助一定的工具和手段，可以让你变得更加高效，比如学会用示波器去看数据波形，学会看时序，分析通信协议，用万用表去检测基本的故障。

下面视频是用STM32通过对步进电机和电磁铁的控制，来实现纺织机机头的功能。尽管我也做了多年开发，在遇到新的外设时，调试还是花了不少精力。参数是调出来的，有时候就差几十us的延时，性能就相差很多，所以在研发的过程中一定要耐心：

03

学着做一个完整的小产品——产品思维

前2步的基础，新手的你已经大致有信心了。接来下可以做一些设备的联动，实现一个产品的基础功能，一个简单的单机设备。举个例子，通过温湿度监测，来控制继电器，继电器外加电热丝或加热装置，并且实时显示该温度值，这就是一个温度控制的产品了。

这些设计不难的，难的是在这一步里你要有一定的产品思维了。要列出你这个产品的需求，解决了什么痛点，根据明确的需求去选择相应的单片机方案，你要知道实现这样的功能，需要选择什么样的技术方案，综合还要考虑成本。

这里面的信息量和变数其实非常大，比如你要设计一款带有线网络的产品，那么你是选择自带RMII接口的单片机，还是通过增加一个串口转网络的模组来实现？这可能涉及到你需要通信的网络速度，也要考虑综合成本，以及开发的难易程度。

有时候，这需要权衡产品本身的硬件成本，和你的开发周期，并不是一味追求硬件成本最优，如果出货量不大的产品或项目，应该更倾向于选择自己熟悉的单片机平台，这样开发周期最短，人力消耗最低，避免捡了芝麻，丢了西瓜的情况发生，因为很多项目，时间要求是很紧迫的。

做产品，实现功能很简单，但整体的可靠性、稳定性、兼容性是很难的，这个问题主要讨论单片机，所以产品其他延伸的话题就不展开了。

04

让你的单片机连接到全世界——尝试通信

现在很多产品都物联网化了，进一步的，你可以去研究基于单片机的有线、无线通信方式，最简单的通过串口连接WIFI、GPRS模组，学习MQTT等物联网通信协议实现单片机与互联网的连接。

MQTT协议基于json，即使完全不懂的人，学半天也就会了，上手比较容易，PC端有很多客户端可以直接用，适合信息量不大、实时性要求不高的数据采集、远程控制。

通信模组和方式就很多了，WIFI、Zigbee、BT、Lora、GPRS、Lora、NB、4G/5G、433等各种小无线，以后可以专门写一篇来介绍这些通信方式的不同应用场景。

之所以把通信这块单独拎出来，因为通信让万物互联，有了更多可玩性和可能性，让冰冷的单片机成为有想象力的产品。

最后的总结：做了越多的产品就越觉得，没有一个产品是简单的，容易的，希望大家耐心一点，打好基础，后面的路子就会很宽。

除了以上4点，后面遇到更复杂的项目，可以上RTOS、MBED等轻量化，适合单片机的操作系统。大家不要一味想着去搞linux，单片机一直在迭代，现在性能强的单片机还是很多的，而实际工业上有很多需求，单片机绰绰有余，性价比极高，开发周期短，稳定，这些都是很好的。

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本文转载来自森山的知乎文章，达尔闻经作者同意发布。

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