1.4 如何學(xué)習(xí)單片機(jī)

單片機(jī)的學(xué)習(xí)離不開實(shí)踐，如果只局限在課堂上，或只停留在書本上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件平臺，進(jìn)行大量的編程訓(xùn)練尤為重要。

1.4.1 編程訓(xùn)練是學(xué)習(xí)單片機(jī)的重要環(huán)節(jié)

運(yùn)用實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行大量的編程訓(xùn)練是非常關(guān)鍵和有效的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。對于單片機(jī)的指令必須通過上機(jī)調(diào)試才能得到充分的理解。一個(gè)程序不是想象出來的，只有在不斷地調(diào)試和修改的過程中逐漸完善，同時(shí)在此過程中還可加深對基本概念的理解。

建議初學(xué)者采用匯編語言進(jìn)行編程。采用匯編語言的好處是它直接面向單片機(jī)的底層結(jié)構(gòu)，如程序存儲器（ROM）的使用、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的分配等環(huán)節(jié)，這樣能夠很好地了解、掌握單片機(jī)硬件資源。學(xué)習(xí)“匯編語言”會(huì)有一定的難度，這是初期階段對其語法的不適應(yīng)而造成的，只要仔細(xì)、認(rèn)真地調(diào)通每一個(gè)小程序，日積月累就會(huì)有所收獲。

調(diào)試程序的過程比較艱苦，但也是一個(gè)提高的過程。不論是使用何種語言，如果要獨(dú)立地編寫出一段合格的程序必須經(jīng)過調(diào)試（業(yè)界稱為Debug）這一環(huán)節(jié)，即查找錯(cuò)誤的過程。程序的錯(cuò)誤分為2種，即語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤。前者為編程者對于指令格式上的一種書寫錯(cuò)誤，它相當(dāng)于作文中的錯(cuò)別字，這種錯(cuò)誤會(huì)由編譯器在編譯程序時(shí)自動(dòng)查出，查找和修改都比較容易；后者也稱算法錯(cuò)誤，它屬于程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，相當(dāng)于解一道數(shù)學(xué)應(yīng)用題時(shí)，編寫的算式存在錯(cuò)誤而不能產(chǎn)生正確的結(jié)果。常說的程序調(diào)試就是指查找邏輯錯(cuò)誤。掌握調(diào)試程序的方法就是要運(yùn)用程序調(diào)試的各種手段，如單步調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試等，并配合觀察變量的環(huán)節(jié)來查找程序中的Bug（錯(cuò)誤），直到程序運(yùn)行成功。

程序的調(diào)試是一項(xiàng)比較艱苦的工作，但也是培養(yǎng)一名工程師處理問題能力的一個(gè)不可缺少的過程。建議讀者多編程、多實(shí)踐，逐漸提高自己的調(diào)試能力和水平。

1.4.2 運(yùn)用基礎(chǔ)知識構(gòu)建單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件平臺也是必須要完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容。這就要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師掌握數(shù)字電路、模擬電路、計(jì)算機(jī)原理等方面的知識，而這也是許多工程師在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件平臺時(shí)遇到的比較棘手的環(huán)節(jié)。好在當(dāng)今的應(yīng)用領(lǐng)域中出現(xiàn)了許多使用方便、連接簡單的新型接口模塊，使單片機(jī)系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計(jì)變得格外容易，但即使是這樣，掌握必要的相關(guān)基礎(chǔ)知識還是非常必要的。

自己動(dòng)手搭建一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)是非常必要的，不僅可以以低廉的成本構(gòu)建一個(gè)學(xué)習(xí)的硬件平臺，而且也可以為將來的專業(yè)設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。圖1.4.1所示是一個(gè)由大學(xué)生焊接、組裝的單片機(jī)最小系統(tǒng)板的實(shí)物照片。

制作單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)，要注意板上各個(gè)功能模塊的布局和組裝順序：第一步，組裝電源電路，包括輸入電源的插座，整流橋、濾波電容、穩(wěn)壓器（7805）、LED指示燈和電源開關(guān)等，組裝完后首先上電檢查電源模塊的輸出電壓是否滿足要求（5V）；第二步，組裝單片機(jī)插座部分，包括單片機(jī)的外接晶體、上電/手動(dòng)復(fù)位電路和在線調(diào)試端口等，仔細(xì)檢查外接晶體及補(bǔ)償電容是否連接正確，復(fù)位電路是否正常；第三步，組裝必要的I/O電路，常見的I/O電路就是8個(gè)LED燈，與單片機(jī)的端口連接，可通過運(yùn)行一個(gè)“流水燈”程序來驗(yàn)證系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常。有關(guān)單片機(jī)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)可參照本書第六章的相關(guān)內(nèi)容。

1.4.3 必要的工具

學(xué)習(xí)單片機(jī)就離不開單片機(jī)的開發(fā)工具和焊接電路時(shí)的各種小工具。

1. 單片機(jī)程序的調(diào)試軟件

單片機(jī)的生產(chǎn)廠家不同，與之配套的單片機(jī)程序的調(diào)試軟件（IDE）也不相同。PIC18F系列單片機(jī)的調(diào)試軟件可通過微芯片技術(shù)公司的官方網(wǎng)站（www.microchip.com）免費(fèi)下載。

2. 在線調(diào)試器

在線調(diào)試器（ICD），這里推薦ICD2硬件在線調(diào)試器，當(dāng)然也可使用價(jià)格低廉的PICkit3調(diào)試模塊。這些設(shè)備都是由微芯片技術(shù)公司或第三方的合作企業(yè)開發(fā)并銷售，其中ICD2配有1個(gè)電源適配器（為ICD2或目標(biāo)系統(tǒng)供電）和2條連接6芯電纜；PICkit3配有1條USB電纜和可配合使用的1塊含有PIC18F45K20單片機(jī)的小實(shí)驗(yàn)板，可利用這個(gè)小實(shí)驗(yàn)板調(diào)試和運(yùn)行輸入/輸出、定時(shí)器、外中斷以及ADC等程序。ICD硬件調(diào)試器具備在線調(diào)試和在線編程兩大功能，配合調(diào)試軟件IDE完成對單片機(jī)的程序調(diào)試和燒寫程序的功能。圖1.4.2所示是2種在線調(diào)試器的樣品圖片，有關(guān)調(diào)試器的獲取方法也可通過微芯片技術(shù)公司的官方網(wǎng)站查詢。

3. 必要的電工小工具

在制作單片機(jī)最小系統(tǒng)板時(shí)離不開電烙鐵、小鉗子、小鑷子和萬用表之類的常用工具，如圖1.4.3所示。有條件時(shí)還要添加示波器、多功能電源和信號（函數(shù)）發(fā)生器之類的儀器設(shè)備。