从单片机到工程师.docx
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从单片机到工程师
“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第一章----写在前面
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。
希望大家有什么好的想法和建议都直接跟帖说出来。
毕竟只有交流才能够碰撞出火花来^_^。
。
“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。
如果有啥好的想法和建议一定要说出来。
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
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~@_@~.
“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第二章----学会释放CPU
从这一章开始，我们开始迈入单片机的世界。
在我们开始这一章具体的学习之前，有必要给大家先说明一下。
在以后的系列文章中，我们将以51内核的单片机为载体，C语言为编程语言，开发环境为KEILuv3。
至于为什么选用C语言开发，好处不言而喻，开发速度快，效率高，代码可复用率高，结构清晰，尤其是在大型的程序中，而且随着编译器的不断升级，其编译后的代码大小与汇编语言的差距越来越小。
而关于C语言和汇编之争，就像那个啥，每隔一段时间总会有人挑起这个话题，如果你感兴趣，可以到网上搜索相关的帖子自行阅读。
不是说汇编不重要，在很多对时序要求非常高的场合，需要利用汇编语言和C语言混合编程才能够满足系统的需求。
在我们学习掌握C语言的同时，也还需要利用闲余的时间去学习了解汇编语言。
1.从点亮LED（发光二极管）开始
在市面上众多的单片机学习资料中，最基础的实验无疑于点亮LED了，即控制单片机的I/O的电平的变化。
如同如下实例代码一般
voidmain（void）
{
LedInit（）;
While
（1）
{
LED=ON;
DelayMs（500）;
LED=OFF;
DelayMs（500）;
}
}
程序很简单，从它的结构可以看出，LED先点亮500MS，然后熄灭500MS，如此循环下去，形成的效果就是LED以1HZ的频率进行闪烁。
下面让我们分析上面的程序有没有什么问题。
看来看出，好像很正常的啊，能有什么问题呢？
这个时候我们应该换一个思路去想了。
试想，整个程序除了控制LED=ON；LED=OFF；这两条语句外，其余的时间，全消耗在了DelayMs（500）这两个函数上。
而在实际应用系统中是没有哪个系统只闪烁一只LED就其它什么事情都不做了的。
因此，在这里我们要想办法，把CPU解放出来，让它不要白白浪费500MS的延时等待时间。
宁可让它一遍又一遍的扫描看有哪些任务需要执行，也不要让它停留在某个地方空转消耗CPU时间。
从上面我们可以总结出
（1） 无论什么时候我们都要以实际应用的角度去考虑程序的编写。
（2） 无论什么时候都不要让CPU白白浪费等待，尤其是延时（超过1MS）这样的地方。
下面让我们从另外一个角度来考虑如何点亮一颗LED。
先看看我们的硬件结构是什么样子的。
我手上的单片机板子是电子工程师之家的开发的学习板。
就以它的实际硬件连接图来分析吧。
如下图所示
一般的LED的正常发光电流为10~20MA而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
在上图中我们可知，当Q1~Q8引脚上面的电平为低电平时，LED发光。
通过LED的电流约为（VCC-Vd）/RA2。
其中Vd为LED导通后的压降，约为1.7V左右。
这个导通压降根据LED颜色的不同，以及工作电流的大小的不同，会有一定的差别。
下面一些参数是网上有人测出来的，供大家参考。
红色的压降为1.82-1.88V，电流5-8mA，
绿色的压降为1.75-1.82V，电流3-5mA，
橙色的压降为1.7-1.8V，电流3-5mA
兰色的压降为3.1-3.3V，电流8-10mA，
白色的压降为3-3.2V，电流10-15mA，
（供电电压5V，LED直径为5mm）
74HC573真值表如下：
通过这个真值表我们可以看出。
当OutputEnable引脚接低电平的时候，并且LatchEnable引脚为高电平的时候，Q端电平与D端电平相同。
结合我们的LED硬件连接图可以知道LED_CS端为高电平时候，P0口电平的变化即Q端的电平的变化，进而引起LED的亮灭变化。
由于单片机的驱动能力有限，在此，74HC573的主要作用就是起一个输出驱动的作用。
需要注意的是，通过74HC573的最大电流是有限制的，否则可能会烧坏74HC573这个芯片。
上面这个图是从74HC573的DATASHEET中截取出来的，从上可以看出，每个引脚允许通过的最大电流为35mA整个芯片允许通过的最大电流为75mA。
在我们设计相应的驱动电路时候，这些参数是相当重要的，而且是最容易被初学者所忽略的地方。
同时在设计的时候，要留出一定量的余量出来，不能说单个引脚允许通过的电流为35mA，你就设计为35mA，这个时候你应该把设计的上限值定在20mA左右才能保证能够稳定的工作。
（设计相应驱动电路时候，应该仔细阅读芯片的数据手册，了解每个引脚的驱动能力，以及整个芯片的驱动能力）
了解了相应的硬件后，我们再来编写驱动程序。
首先定义LED的接口
#defineLED P0
然后为亮灭常数定义一个宏，由硬件连接图可以，当P0输出为低电平时候LED亮，P0输出为高电平时，LED熄灭。
#defineLED_ON（） LED=0x00; //所有LED亮
#defineLED_OFF（） LED=0xff; //所有LED熄灭
下面到了重点了，究竟该如何释放CPU，避免其做延时空等待这样的事情呢。
很简单，我们为系统产生一个1MS的时标。
假定LED需要亮500MS，熄灭500MS，那么我们可以对这个1MS的时标进行计数，当这个计数值达到500时候，清零该计数值，同时把LED的状态改变。
unsignedintg_u16LedTimeCount=0; //LED计数器
unsignedcharg_u8LedState=0; //LED状态标志,0表示亮，1表示熄灭
voidLedProcess（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（）;
}
}
voidLedStateChange（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;
}
}
}
上面有一个变量没有提到，就是g_bSystemTime1Ms。
这个变量可以定义为位变量或者是其它变量，在我们的定时器中断函数中对其置位，其它函数使用该变量后，应该对其复位（清0）。
我们的主函数就可以写成如下形式（示意代码）
voidmain（void）
{
while
（1）
{
LedProcess（）;
LedStateChange（）;
}
}
因为LED的亮或者灭依赖于LED状态变量（g_u8LedState）的改变，而状态变量的改变，又依赖于LED计数器的计数值（g_u16LedTimeCount，只有计数值达到一定后，状态变量才改变）所以，两个函数都没有堵塞CPU的地方。
让我们来从头到尾分析一遍整个程序的流程。
程序首先执行LedProcess（）;函数
因为g_u8LedState的初始值为0（见定义，对于全局变量，在定义的时候最好给其一个确定的值）所以LED被点亮，然后退出LedStateChange（）函数，执行下一个函数LedStateChange（）
在函数LedStateChange（）内部首先判断1MS的系统时标是否到了，如果没有到就直接退出函数，如果到了，就把时标清0以便下一个时标消息的到来，同时对LED计数器加一，然后再判断LED计数器是否到达我们预先想要的值500，如果没有，则退出函数，如果有，对计数器清0，以便下次重新计数，同时把LED状态变量取反，然后退出函数。
由上面整个流程可以知道，CPU所做的事情，就是对一些计数器加一，然后根据条件改变状态，再根据这个状态来决定是否点亮LED。
这些函数执行所花的时间都是相当短的，如果主程序中还有其它函数，则CPU会顺次往下执行下去。
对于其它的函数（如果有的话）也要采取同样的措施，保证其不堵塞CPU，如果全部基于这种方法设计，那么对于不是非常庞大的系统，我们的系统依旧可以保证多个任务（多个函数）同时执行。
系统的实时性得到了一定的保证，从宏观上看来，就是多个任务并发执行。
好了，这一章就到此为止，让我们总结一下，究竟有哪些需要注意的吧。
（1） 无论什么时候我们都要以实际应用的角度去考虑程序的编写。
（2） 无论什么时候都不要让CPU白白浪费等待，尤其是延时（超过1MS）这样的地方。
（3） 设计相应驱动电路时候，应该仔细阅读芯片的数据手册，了解每个引脚的驱动能力，
以及整个芯片的驱动能力
（4） 最重要的是，如何去释放CPU（参考本章的例子），这是写出合格程序的基础。
附完整程序代码（基于电子工程师之家的单片机开发板）
#include
sbitLED_SEG =P1^4; //数码管段选
sbitLED_DIG =P1^5; //数码管位选
sbitLED_CS11=P1^6; //led控制位
sbitir=P1^7;
#defineLEDP0 //定义LED接口
bit g_bSystemTime1Ms=0; //1MS系统时标
unsignedint g_u16LedTimeCount=0;//LED计数器
unsignedcharg_u8LedState=0; //LED状态标志,0表示亮，1表示熄灭
#defineLED_ON（） LED=0x00; //所有LED亮
#defineLED_OFF（） LED=0xff; //所有LED熄灭
voidTimer0Init（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;
}
voidLedProcess（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（）;
}
}
voidLedStateChange（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 ;
}
}
}
voidmain（void）
{
Timer0Init（）;
EA=1;
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;
while
（1）
{
LedProcess（）;
LedStateChange（）;
}
}
voidTime0Isr（void）interrupt1
{
TH0 = 0xfc; //定时器重新赋初值
TL0 = 0x66;
g_bSystemTime1Ms=1; //1MS时标标志位置位
}
实际效果图如下
点亮
熄灭
“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第三章----模块化编程初识
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
bitg_bSystemTime1Ms=0; //1MS系统时标
voidTimer0Init（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;
}
voidTime0Isr（void）interrupt1
{
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_
externvoidTimer0Init（void）;
externbitg_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
#include"MacroAndConst.h"
#include"Led.h"
#include"Timer.h"
staticuint16 g_u16LedTimeCount=0;//LED计数器
staticuint8 g_u8LedState=0; //LED状态标志,0表示亮，1表示熄灭
#defineLEDP0 //定义LED接口
#defineLED_ON（） LED=0x00; //所有LED亮
#defineLED_OFF（） LED=0xff; //所有LED熄灭
voidLedProcess（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（）;
}
}
voidLedStateChange（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_
externvoidLedProcess（void）;
externvoidLedStateChange（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
#include"MacroAndConst.h"
#include"Timer.h"
#include"Led.h"
sbitLED_SEG =P1^4; //数码管段选
sbitLED_DIG =P1^5; //数码管位选
sbitLED_CS11=P1^6; //led控制位
voidmain（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
[color=#FF0000]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
升级会员 