--------- 前言 ---------
鉴于原文只介绍了51单片机的学习路线(当时STM32刚兴起),与当前流行的STM32等高端单片机相比,显得有些落后,所以笔者更新了此文。
一、51和STM32的区别。
STM32比51主频高、RAM大、FLASH大,那么STM32能处理的事情就更多了。
STM32外设比51多,如:CAN、USB、FSMC等,能让你省点芯片。
STM32有固件库,不再需要看着手册,查寄存器来写代码,网上也有很多例程。
众多优势让STM32成为大众化、主流单片机,所以必须从51过渡到STM32的时代。
二、内核与外设。
外设就是外部的设备,如:GPIO、ADC、IIC、UART、SPI等。
内核就是内部的核心,如:ALU算术逻辑单元、流水线、指令集等。
51的内核仍然叫51。STM32的内核有Cortex M0、M0+、M3、M4、M7等。
因为ARM Cortex系列的芯片分为高端的A系列,中端的R系列、低端的M系列,所以STM32有好几种内核。
三、如何从51过渡到STM32?
尽量51有那么多的不好,但是低成本依然是它的优势。一片OTP(一次性编程)的51低至0.3毛,它适用于众多家电产品。
所以并不能以单纯的技术崇拜而把51贬得一无是处。只不过,我们需要掌握更多的技术,以适应不同的工作环境。
既然要从51过渡到STM32,那么停留在51的时间不宜太久,掌握基本的定时器、串口,就可以转到STM32上来了。
--------- 51篇 ---------
有的学校先教汇编,再教C,但我认为,先学C,再到汇编会比较好,因为汇编枯燥难学,导致单片机还没用起来,兴趣就消减一大半了。正如linus那句话,你得先学会使用它。
一、首先掌握C语言语法。
单片机用的C语言叫C51,C51除了标准C的语法之外,还特意为单片机增添了几个语法而已,没有很大区别,那么我们可以装个VS(别再用VC6.0那个老掉牙的IDE啦)然后,随便找本语法书抄代码,模仿写,不看书做出课后习题就可以了,其中流程控制(包括if,for,while,switch等)以及指针和结构体都是需要掌握的。推荐看视频《边用边学C语言》。
二、少量的实践。
接下来,你可以买一块单片机开发板来做一些小玩意了(只买一块开发板56元即可,不必浪费太多钱),譬如:摇摇棒,光立方,密码锁,超声波测距,红外摇控等等(很多新奇有趣的小玩意都可以在论坛找到)。当然,也不需要每个都做,我们可以选一些差异性较大的来做,这样升级会快一些。推荐视频《十天学会单片机》,也可以看开发板配套的视频,教材《单片机c语言程序设计实训100例——基于8051+proteus仿真》。适当的做几个就行,不要在这个阶段停留太久,重点掌握定时器和串口。
三、养成良好的编码习惯。
在《十天学会单片机》里会出现众多不怎么好的代码,但是我们不能一下子写出优秀的代码,必须有个过渡期,所以建议大家先看郭大侠的视频。那么如何写出高效而且可读性好的代码呢?这里只提到一点,不要用拼音来命名变量或者函数名,像int shi,fen,miao;这些都是不良的编码习惯,必须全部使用英文命名。推荐的做法就是多参考大神们写的代码,在百度文库或者各大电子论坛都可以看到很多优秀的代码。此外,推荐《从单片机初学者迈向单片机工程师》、《MISRA C标准工程师笔记》、《C语言编程规范》、《C51代码风格》。
四、了解汇编语言。
单片机工程师又叫固件工程师,因为他们写的代码都是跟寄存器打交道,而寄存器又可以直接控制硬件,处于最底层的软件而且不用经常改动,所以叫固件。这部分需要数电、模电的基础才好理解,所以在大学都是先教数电、模电再教单片机的。 现在你要用汇编语言来玩单片机,你会发现汇编比较棘手,写出来的代码可读性差、可移植性差而且很难维护,但汇编即让你很清晰地感受到单片机是如何工作的,以及理解C语言指针的原理。不过,我们不需要钻研汇编语言,只需要有所了解,比如,精准的延时。
--------- STM32篇 ---------
一、编译、编辑、版本控制器。
由于STM32的固件库中,函数名、变量名都是很长,我们不可能逐一输入,这就需要用到先进的工具。
1、编译器。仍然使用keil编译代码。
2、编辑器。编辑器就是写代码的工具,因为keil的代码补全、提示都很差,所以要用其它工具来写代码。这就得开两个软件,一个写代码,一个编译代码。虽然这样有点麻烦,但是相对于输入那一大串函数名来比,不算什么。推荐VS、Eclipse(C/C++版本)。不推荐使用source insight(功能不够强大)。
3、版本控制器。这个东西就是用来备份代码的,不要再用压缩包了。推荐git教程。
二、学会固件库。
有了上一步的准备工作之后,先买一块STM32开发板,带仿真器,248元。这里下载代码可不像51那些,用串口就能下载的了,得另外用一个仿真器。
这里的仿真器有ST link、Ulink等,不推荐使用J link。而仿真器的接口有JTAG和SWD,推荐使用SWD,接3根线就可以了。
推荐教材《STM32开发指南库函数教程》,也可以看开发板配套的视频。这里要掌握STM32的外设,如:ADC、RTC、CAN、IIC、SPI、UART、DMA、SDIO、IAP等。
三、自制PCB。
数电、模电基础差的,需要先补充点理论再来。然后下载一个Altium Designer6.9,看《Altium Designer视频教程》。根据自己感兴趣的小玩意来做一块PCB。画好之后先发到群里,让大家指导一下,然后再发到嘉立创打样,很便宜的,而其它材料则到淘宝上买。主要掌握焊接、维修、原理图、PCB等基本功,自己多动手就能掌握的。
四、单片机外面的世界。
就算你现在能玩转单片机,但也只是打开了一扇小小的窗户而已,下面你可以选一个方向,但是工作中可以会用到几个方向的知识,反正尽量多学点。
1、嵌入式操作系统。不推荐用51单片机跑系统。而STM32可以跑ucos II、ucos III、free RTOS、coos、RT-Thread、RTX等。推荐学ucos II,教材是任哲的《嵌入式实时操作系统ucosII原理及应用》,只要掌握一种嵌入式操作系统,其它都可以触类旁通。移植系统时,会用到汇编。推荐学习free RTOS或者RT-Thread。
2、ucgui/STemwin、Touch GFX。STM32可以通过FSMC接口来驱动TFT LCD屏,这里要用到图形界面库,可以学STemwin,STemwin其实就是ucgui,推荐《STemwin开发手册》,也可以学习Touch GFX。
3、上位机。使用单片机采集信号送到PC机上,而PC机需要一个上位机来控制单片机,这个上位机可以用Labview、C++、C#、JAVA、甚至是HTML5来写。其中最常用的是单片机跟PC机的串口通信,上位机建议用C#或者QT来写,尽管还有很多企业用MFC(C++库),但是上手比较难,不推荐学MFC。推荐的教材是《C#入门经典》、《QT简介》。
4、数据结构和算法。推荐的教材是周航慈的《嵌入式系统软件中的常用算法》、《数据结构课件》。
5、接口应用。单片机的内部资源比较少,很多时候需要外接一些芯片、传感器。这里需要到用模电、电子测量、计算机网络等知识。推荐的教材是陈尚松等著的《电子测量与仪器》和谢希仁的《计算机网络》。此外,还会用到一些通信模块,比如Zigbee、WIFI、蓝牙、NB-IOT、433模块、NRF24L01、RFID智能卡等,有兴趣可以弄一下,这些都是比较实用的技术。
五、其它问题。
1、单片机的代码是如何运行的?
推荐看《计算机组成原理》。
2、FPGA。
可以参考本博客的《如何学习FPGA》。
3、嵌入式。
很多电子专业的学生就感觉嵌入式很难,那是因为嵌入式涉及很多计算机领域的知识,而这些知识很多是电子专业不开课的,基本功没过关,学起来肯定吃力。具体的学习路线可以参考本博客的《如何学习嵌入式软件》。
4、硬件设计。
可以参考本博客的《如何学习硬件设计——理论篇》、《如何学习硬件设计——实践篇》。
5、开发板的选择。
这里推荐的开发板都是一整板(上面的链接并非广告,只是确实有人不会选开发板才给出来的),里面有很多芯片的。不推荐一个核心板留了很多接口,每个接口都要另外买一块小板,这种板叫子母板,一个母板不贵,但是子板很多,买多几块就花很多钱,而且子板很小,容易丢。
6、为什么学生很难定方案?
因为学生积累的东西并不多,考虑的不那么周全,很多知识似懂非懂,难以制订方案。这时要多接触新事物,只要积累的多,就自然而然的能出方案了,不用太急躁。
7、MDK。
Keil有51版本和ARM版本,其中ARM版本的Keil又称为MDK。
8、stm32 cubemx。
cubemx可以自动生成配置代码,虽然很方便,但不建议初学者使用,会让你懒得不想写代码。
9、为什么编译没问题,下载到单片机却不对?
编译没问题,说明语法没问题,但不能表明逻辑、功能是正确的。
10、为什么网上都有那么多代码可以复制粘贴,还要自己写代码?
因为网上能找到的代码很多,而网上找不到的代码却更多。
11、proteus及multisim仿真。
proteus很适合仿真单片机,但是仿真的效果不能替代实物,一切以实物为准。
multisim适合在学模电时,做一下仿真,以帮助理解电路。
12、为什么有的STM32开发板可以用串口下载代码,还需要仿真器吗?
STM32有个IAP的功能(又称为远程升级),可以用任意的接口来下载代码,但是这种方法是建立在芯片本身有IAP的代码,才可以使用。
在一个没有任何代码的芯片上,不能使用串口下载代码,这时,必须使用仿真器。
13、单片机不就是C语言嘛,还需要学单片机原理?
在工程上会遇到单片机内部资源的调度、IO口的电气特性、带宽等问题,你不懂单片机原理是解决不了这些问题的。
14、单片机的汇编和微机原理的汇编。
微机原理讲的是PC机中x86架构的汇编,和51单片机的汇编是有区别的。不要看错书。
而51单片机的汇编和STM32的汇编也是有区别的,51的是CISC架构,而STM32的是RISC架构。
15、除STM32以外的高端单片机品牌。
有NXP的LPC、新唐、GD32(高仿STM32)、英飞凌、TI的MSP430、Microchip的PIC、瑞萨、ADI、Maxim(美信)、三星。
16、其它单片机品牌。
合泰、辉芒、松瀚、海尔(东软)、STC、义隆、新茂、中颖、ABOV(现代)、Megawin(笙泉)、晟矽微、HOLTEK(盛扬)、九齐、佑华、灵动微。