單片機的硬件設計

基礎理論知識包括模擬電路、數字電路和C語(yǔ)言知識。模擬電路和數字電路屬于抽象學(xué)科，要把它學(xué)好還得費點(diǎn)精神。在你學(xué)習單片機之前，覺(jué)得模擬電路和數字電路基礎不好的話(huà)，不要急著(zhù)學(xué)習單片機，應該先回顧所學(xué)過(guò)的模擬電路和數字電路知識，為學(xué)習單片機加強基礎。否則，你的單片機學(xué)習之路不僅會(huì )很艱難和漫長(cháng)，還可能半途而廢。筆者始終認為，扎實(shí)的電子技術(shù)基礎是學(xué)好單片機的關(guān)鍵，直接影響單片機學(xué)習入門(mén)的快慢。有些同學(xué)覺(jué)得單片機很難，越學(xué)越復雜，最后學(xué)不下去了。有的同學(xué)看書(shū)時(shí)似乎明白了，可是動(dòng)起手來(lái)卻一塌糊涂，究其原因就是電子技術(shù)基礎沒(méi)有打好，首先被表面知識給困惑了。

單片機屬于數字電路，其概念、術(shù)語(yǔ)、硬件結構和原理都源自數字電路，如果數字電路基礎扎實(shí)，對復雜的單片機硬件結構和原理就能容易理解，就能輕松地邁開(kāi)學(xué)習的第一步，自信心也會(huì )樹(shù)立起來(lái)。相反，基礎不好，這個(gè)看不懂那個(gè)也弄不明白，越學(xué)問(wèn)題越多，越學(xué)越?jīng)]有信心。如果你覺(jué)得單片機很難，那就應該先放下單片機教材，去重溫數字電路，搞清楚觸發(fā)器、寄存器、門(mén)電路、COMS電路、時(shí)序邏輯和時(shí)序圖、進(jìn)制轉換等理論知識。理解了這些知識之后再去看看單片機的結構和原理，我想你會(huì )大徹大悟，信心倍增。

模擬電路是電子技術(shù)最基礎的學(xué)科，它讓你知道什么是電阻、電容、電感、二極管、三極管、場(chǎng)效應管、放大器等等以及它們的工作原理和在電路中的作用，這是學(xué)習電子技術(shù)必須掌握的基礎知識。一般是先學(xué)習模擬電路再去學(xué)習數字電路。扎實(shí)的模擬電路基礎不僅讓你容易看懂別人設計的電路，而且讓你的設計的電路更可靠，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

單片機的學(xué)習離不開(kāi)編程，在所有的程序設計中C語(yǔ)言運用的最為廣泛。C語(yǔ)言知識并不難，沒(méi)有任何編程基礎的人都可以學(xué)，在我看來(lái)，初中生、高中生、中專(zhuān)生、大學(xué)生都能學(xué)會(huì )。當然，數學(xué)基礎好、邏輯思維好的人學(xué)起來(lái)相對輕松一些。C語(yǔ)言需要掌握的知識就那么3個(gè)條件判斷語(yǔ)句、3個(gè)循環(huán)語(yǔ)句、3個(gè)跳轉語(yǔ)句和1個(gè)開(kāi)關(guān)語(yǔ)句。別小看這10個(gè)語(yǔ)句，用他們組合形成的邏輯要多復雜有多復雜。學(xué)習時(shí)要一條語(yǔ)句一條語(yǔ)句的學(xué)，學(xué)一條活用一條，全部學(xué)過(guò)用過(guò)這些關(guān)鍵語(yǔ)句后，相信你的C基礎建立了。

當基礎打好以后，你會(huì )感覺(jué)到單片機不再難學(xué)了，而且越學(xué)越起勁。當單片機乖乖的依照你的邏輯思維和算法去執行指令，實(shí)現預期控制效果的時(shí)候，成就感會(huì )讓你信心十足、夜以續日、廢寢忘食的投入到單片機的世界里?？梢赃@么說(shuō)，扎實(shí)的電子技術(shù)基礎和C語(yǔ)言基礎能增強學(xué)習單片機信心，較快掌握單片機技術(shù)。

實(shí)驗實(shí)踐

這是真正學(xué)習單片機的過(guò)程，既讓人興奮又讓人疲憊，既讓人無(wú)奈又讓人不服，既讓人孤獨又讓人充實(shí)，既讓人氣憤又讓人欣慰，既有失落感又有成就感。其中的酸甜苦辣只有學(xué)過(guò)的人深有體會(huì )。思想上要有刻苦學(xué)習的決心，硬件上要有一套完整的學(xué)習開(kāi)發(fā)工具，軟件上要注重理論和實(shí)踐相結合。

1.有刻苦學(xué)習的決心

首先，明確學(xué)習目的。先認真回答兩個(gè)問(wèn)題：我學(xué)單片機來(lái)做什么？需要多長(cháng)時(shí)間把它學(xué)會(huì )？這是你學(xué)單片機的動(dòng)力。沒(méi)有動(dòng)力，我想你堅持不了多久。其次，端正學(xué)習心態(tài)。單片機學(xué)習過(guò)程是枯燥乏味、孤獨寂寞的過(guò)程。要知道，學(xué)習知識沒(méi)有捷徑，只有循序漸進(jìn)，腳踏實(shí)地，一步一個(gè)腳印，才能學(xué)到真功夫。再次，要多動(dòng)腦勤動(dòng)手。單片機的學(xué)習具有很強的實(shí)踐性，是一門(mén)很注重實(shí)際動(dòng)手操作的技術(shù)學(xué)科。不動(dòng)手實(shí)踐你是學(xué)不會(huì )單片機的。最后，虛心交流。在單片機學(xué)習過(guò)程中每個(gè)人都會(huì )遇到無(wú)數不能解決的問(wèn)題，需要你向有經(jīng)驗的過(guò)來(lái)人虛心求教，否則，一味的自己埋頭摸索會(huì )走許多彎路，浪費很多時(shí)間。

2.有一套完整的學(xué)習開(kāi)發(fā)工具

學(xué)習單片機是需要成本的。必須有一臺電腦、一塊單片機開(kāi)發(fā)板（如果開(kāi)發(fā)板不能直接下載程序代碼的話(huà)還得需要一個(gè)編程器）、一套視頻教程、一本單片機教材和一本C語(yǔ)言教材。電腦是用來(lái)編寫(xiě)和編譯程序，并將程序代碼下載到單片機上；開(kāi)發(fā)板用來(lái)運行單片機程序，驗證實(shí)際效果；視頻教程就是手把手教你單片機開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用、單片機編程和調試。對于單片機初學(xué)者來(lái)說(shuō)，視頻教程必須看，要不然，哪怕把教材看了幾遍，還是不知道如何下手，尤其是院校里的單片機教材，學(xué)了之后，面對真正的單片機時(shí)可能還是束手無(wú)策；單片機教材和C語(yǔ)言教材是理論學(xué)習資料，備忘備查。不要為了節約成本不用開(kāi)發(fā)板而光用Proteus軟件仿真調試，這和紙上談兵沒(méi)什么區別。

3. 要注重理論和實(shí)踐相結合

單片機C語(yǔ)言編程理論知識并不深奧，光看書(shū)不動(dòng)手也能明白。但在實(shí)際編程的時(shí)候就沒(méi)那么簡(jiǎn)單了。一個(gè)程序的形成不僅需要有C語(yǔ)言知識，更多需要融入你個(gè)人的編程思路和算法。編程思路和算法決定一個(gè)程序的優(yōu)劣，是單片機編程的大問(wèn)題，只有在實(shí)際動(dòng)手編寫(xiě)的時(shí)候才會(huì )有深切的感悟。一個(gè)程序能否按照你的意愿正常運行就要看你的思路和算法是否正確、合理。如果程序不正常則要反復調試(檢查、修改思路和算法)，直到成功。這個(gè)過(guò)程耗時(shí)、費腦、疲精神，意志不堅強者往往被絆倒在這里半途而廢。

學(xué)習編寫(xiě)程序應該按照以下過(guò)程學(xué)習，效果會(huì )更好?？吹嚼填}目先試著(zhù)構思自己的編程思路，然后再看教材或視頻教程里的代碼，研究人家的編程思路，注意與自己思路的差異；接下來(lái)就照搬人家的思路親自動(dòng)手編寫(xiě)這個(gè)程序，領(lǐng)會(huì )其中每一條語(yǔ)句的作用；對有疑問(wèn)的地方試著(zhù)按照自己的思路修改程序，比較程序運行效果，領(lǐng)會(huì )其中的奧妙。每一個(gè)例程都堅持按照這個(gè)過(guò)程學(xué)習，你很快會(huì )找到編程的感覺(jué)，取其精華去其糟粕，久而久之會(huì )形成你獨特的編程思想。當然，剛開(kāi)始，看別人的程序源代碼就像看天書(shū)一樣，只要硬著(zhù)頭皮看，看到不懂的關(guān)鍵字和語(yǔ)句就翻書(shū)查閱、對照。只要能堅持下來(lái)，學(xué)習收獲會(huì )事半功倍。在實(shí)踐過(guò)程中不僅要學(xué)會(huì )別人的例程，還要在別人的程序上改進(jìn)和拓展，讓程序產(chǎn)生更強大的功能。同時(shí)，還要懂得通過(guò)查閱芯片數據手冊（DATASHEET）里有關(guān)芯片命令和數據的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)核對別人例程的可靠性，如果你覺(jué)得例程不可靠就把它修改過(guò)來(lái)，成為是你自己的程序。不僅如此，自己應該經(jīng)常找些項目來(lái)做，以鞏固所學(xué)的知識和積累更多的經(jīng)驗。

當編寫(xiě)自己的程序信手拈來(lái)、閱讀別人的程序能夠發(fā)現問(wèn)題的時(shí)候，說(shuō)明你的單片機編程水平相當不錯了。接下來(lái)就應該研究硬件了。硬件設計包括電路原理設計和PCB板設計。學(xué)習做硬件要比學(xué)習做軟件麻煩，成本更高，周期更長(cháng)。但是，學(xué)習單片機的最終目的是做產(chǎn)品開(kāi)發(fā)----軟件和硬件相結合形成完整的控制系統。所以，做硬件也是學(xué)習單片機技術(shù)的一個(gè)必學(xué)內容。

電路原理設計涉及到各種芯片的應用，而這些芯片外圍電路的設計、典型應用電路和與單片機的連接等在芯片數據手冊（DATASHEET）都能找到答案，前提是要看得懂全英文的數據手冊。否則，照搬別人的設計永遠落在別人的后面，你做的產(chǎn)品就沒(méi)有創(chuàng )意。電子技術(shù)領(lǐng)域的第一手資料（DATASHEET）都是英文，從第一手資料里你所獲得的知識可能是在教科書(shū)、網(wǎng)絡(luò )文檔和課外讀物等所沒(méi)有的知識。雖然有些資料也都是在DATASHEET的基礎上撰寫(xiě)的，但內容不全面，甚至存在翻譯上的遺漏和錯誤。當然，閱讀DATASHEET需要具備一定的英文閱讀能力，這也是阻礙單片機學(xué)習者晉級的絆腳石。良好的英文閱讀能力能讓你在單片機技術(shù)知識的海洋里自由遨游。

做PCB板就比較簡(jiǎn)單了。只要懂得使用Protel軟件或 AltiumDesigner軟件就沒(méi)問(wèn)題了。但要想做的板子布局美觀(guān)、布線(xiàn)合理還得費一番功夫了。

嫻熟的單片機C語(yǔ)言編程、會(huì )使用Protel軟件或 AltiumDesigner軟件設計PCB板和具備一定的英文閱讀能力，你就是一個(gè)遇強則強的單片機高手了。[