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森山，10多年的硬件開發(fā)經(jīng)驗，做過的板卡數(shù)不清有多少塊，做過量產(chǎn)的產(chǎn)品也涉及到各個行業(yè)，也做過不少失敗的項目。他用自己的經(jīng)驗告訴大家，如何系統(tǒng)的學(xué)習(xí)單片機(jī)。
01
需要一塊開發(fā)板——讓單片機(jī)動起來
買一塊開發(fā)板，按照配套的demo程序，自己改改，讓外設(shè)動起來，比如OLED顯示內(nèi)容，電機(jī)啟停、調(diào)速，溫濕度采集等等。這一步是為了讓你體會到，單片機(jī)如何通過編程實現(xiàn)對硬件的操作。
這樣的開發(fā)板太多了，建議從STM32入手，原因有二：一是資料最全，開發(fā)環(huán)境比較友好，而且今后在產(chǎn)品中使用也比較多；二是開發(fā)板都不貴，而且最好選外設(shè)多的，帶顯示，帶通信接口的開發(fā)板。
即使一開始不懂，開發(fā)板配套的學(xué)習(xí)包，足夠你學(xué)一陣子了，STM32官方也有現(xiàn)成的Cubemx工具來幫你生成基礎(chǔ)代碼。
02
自己設(shè)計一個小demo——掌握基本外設(shè)
我建議有硬件設(shè)計能力的，可以自己設(shè)計制作一款開發(fā)板，盡量多的加入不同類型的外設(shè)，因為以后你研發(fā)產(chǎn)品，就是基于這些外設(shè)的應(yīng)用邏輯組合。然后一個個移植外設(shè)驅(qū)動，當(dāng)然更建議自己寫驅(qū)動，驅(qū)動寫得好能最大程度發(fā)揮硬件的性能。
受限于單片機(jī)的性能都比較一般，基礎(chǔ)的外設(shè)的連接方式大致有這些：IO、I2C、SPI、AD\DA、UART、CAN、RGB888……等這些低速接口，有的也帶USB。
等你玩轉(zhuǎn)了這些，以后升級到更強(qiáng)的平臺，那么高速接口學(xué)習(xí)起來也只是工作量的問題，大同小異。
在移植和寫驅(qū)動的過程中，要學(xué)會看datasheet，spec。雖然一個簡單的芯片規(guī)格書就是幾十上百頁，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設(shè)備，它的總線最高頻率，你在做時序控制時不能超過它的上限。
在調(diào)試過程中，你一定會遇到非常細(xì)節(jié)的問題，這時候，借助一定的工具和手段，可以讓你變得更加高效，比如學(xué)會用示波器去看數(shù)據(jù)波形，學(xué)會看時序，分析通信協(xié)議，用萬用表去檢測基本的故障。
下面視頻是用STM32通過對步進(jìn)電機(jī)和電磁鐵的控制，來實現(xiàn)紡織機(jī)機(jī)頭的功能。盡管我也做了多年開發(fā)，在遇到新的外設(shè)時，調(diào)試還是花了不少精力。參數(shù)是調(diào)出來的，有時候就差幾十us的延時，性能就相差很多，所以在研發(fā)的過程中一定要耐心：
03
學(xué)著做一個完整的小產(chǎn)品——產(chǎn)品思維
前2步的基礎(chǔ)，新手的你已經(jīng)大致有信心了。接來下可以做一些設(shè)備的聯(lián)動，實現(xiàn)一個產(chǎn)品的基礎(chǔ)功能，一個簡單的單機(jī)設(shè)備。舉個例子，通過溫濕度監(jiān)測，來控制繼電器，繼電器外加電熱絲或加熱裝置，并且實時顯示該溫度值，這就是一個溫度控制的產(chǎn)品了。這些設(shè)計不難的，難的是在這一步里你要有一定的產(chǎn)品思維了。要列出你這個產(chǎn)品的需求，解決了什么痛點(diǎn)，根據(jù)明確的需求去選擇相應(yīng)的單片機(jī)方案，你要知道實現(xiàn)這樣的功能，需要選擇什么樣的技術(shù)方案，綜合還要考慮成本。
這里面的信息量和變數(shù)其實非常大，比如你要設(shè)計一款帶有線網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，那么你是選擇自帶RMII接口的單片機(jī)，還是通過增加一個串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的模組來實現(xiàn)？這可能涉及到你需要通信的網(wǎng)絡(luò)速度，也要考慮綜合成本，以及開發(fā)的難易程度。
有時候，這需要權(quán)衡產(chǎn)品本身的硬件成本，和你的開發(fā)周期，并不是一味追求硬件成本最優(yōu)，如果出貨量不大的產(chǎn)品或項目，應(yīng)該更傾向于選擇自己熟悉的單片機(jī)平臺，這樣開發(fā)周期最短，人力消耗最低，避免撿了芝麻，丟了西瓜的情況發(fā)生，因為很多項目，時間要求是很緊迫的。
做產(chǎn)品，實現(xiàn)功能很簡單，但整體的可靠性、穩(wěn)定性、兼容性是很難的，這個問題主要討論單片機(jī)，所以產(chǎn)品其他延伸的話題就不展開了。
04
讓你的單片機(jī)連接到全世界——嘗試通信
現(xiàn)在很多產(chǎn)品都物聯(lián)網(wǎng)化了，進(jìn)一步的，你可以去研究基于單片機(jī)的有線、無線通信方式，最簡單的通過串口連接WIFI、GPRS模組，學(xué)習(xí)MQTT等物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議實現(xiàn)單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。MQTT協(xié)議基于json，即使完全不懂的人，學(xué)半天也就會了，上手比較容易，PC端有很多客戶端可以直接用，適合信息量不大、實時性要求不高的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制。
通信模組和方式就很多了，WIFI、Zigbee、BT、Lora、GPRS、Lora、NB、4G/5G、433等各種小無線，以后可以專門寫一篇來介紹這些通信方式的不同應(yīng)用場景。
之所以把通信這塊單獨(dú)拎出來，因為通信讓萬物互聯(lián)，有了更多可玩性和可能性，讓冰冷的單片機(jī)成為有想象力的產(chǎn)品。
最后的總結(jié)：做了越多的產(chǎn)品就越覺得，沒有一個產(chǎn)品是簡單的，容易的，希望大家耐心一點(diǎn)，打好基礎(chǔ)，后面的路子就會很寬。
除了以上4點(diǎn)，后面遇到更復(fù)雜的項目，可以上RTOS、MBED等輕量化，適合單片機(jī)的操作系統(tǒng)。大家不要一味想著去搞linux，單片機(jī)一直在迭代，現(xiàn)在性能強(qiáng)的單片機(jī)還是很多的，而實際工業(yè)上有很多需求，單片機(jī)綽綽有余，性價比極高，開發(fā)周期短，穩(wěn)定，這些都是很好的。
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