任何一款MCU，其基本原理和功能都是大同小異，所不同的只是其外圍功能模塊的配置及數(shù)量、指令系統(tǒng)等。對(duì)于指令系統(tǒng)，雖然形式上看似千差萬別，但實(shí)際上只是符號(hào)的不同，其所代表的含義、所要完成的功能和尋址方式基本上是類似的。

因此，對(duì)于任何一款MCU，主要應(yīng)從如下的幾個(gè)方面來理解和掌握： 

了解MCU的特點(diǎn)

要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數(shù)量、定時(shí)器數(shù)量和定時(shí)方式、所提供的外圍功能模塊、中斷源、工作電壓及功耗等等。

了解這些后，接下來第一步就是將所選MCU的功能與實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)的要求的功能進(jìn)行對(duì)比，明確哪些資源是目前所需要的，哪些是本項(xiàng)目所用不到的。對(duì)于項(xiàng)目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認(rèn)真理解MCU的相關(guān)資料，以求用間接的方法來實(shí)現(xiàn)，例如，要實(shí)現(xiàn)電流輸出功能，而單片機(jī)沒有DA資源，則需要外加DA芯片或者選擇帶串口的電流輸出芯片。

對(duì)于項(xiàng)目開發(fā)需要用到的資源，則需要認(rèn)真閱讀datasheet上對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，而對(duì)于不需要的功能模塊則可以忽略或?yàn)g覽即可。對(duì)于MCU學(xué)習(xí)來講，應(yīng)用才是關(guān)鍵，要在應(yīng)用中學(xué)習(xí)，而不是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)。

明確了MCU的相關(guān)功能后，接下來就可以開始編程了。對(duì)于初學(xué)者或初次使用此款MCU的設(shè)計(jì)者來說，可能會(huì)遇到很多對(duì)MCU的功能描述不明確的地方，對(duì)于此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗(yàn)證程序來理解資料所述的功能；另一種則可以暫時(shí)忽略，程序設(shè)計(jì)中則按照自己目前的理解來編寫，留到調(diào)試時(shí)去修改和完善。

前一種方法適用于時(shí)間較寬松的項(xiàng)目和初學(xué)者，而后一種方法則適合于具有一定MCU開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人或項(xiàng)目進(jìn)度較緊迫的情況；指令系統(tǒng)不建議專門花時(shí)間去理解。指令系統(tǒng)只是一種邏輯描述的符號(hào)，只有在編程時(shí)根據(jù)自己的邏輯和程序的邏輯要求來查看相關(guān)的指令即可，而且隨著編程的進(jìn)行，對(duì)指令系統(tǒng)也會(huì)越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。 

熟悉MCU的基本功能

對(duì)于絕大多數(shù)MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對(duì)不同的MCU，其描述的方式可能會(huì)有區(qū)別，但本質(zhì)上是基本相同的：

Timer(定時(shí)器)：Timer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時(shí)間間隔的Timer，即其定時(shí)的時(shí)間是由系統(tǒng)設(shè)定的，用戶程序不可控制，系統(tǒng)只提供幾種固定的時(shí)間間隔給用戶程序進(jìn)行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，因此可以用來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘、計(jì)時(shí)等相關(guān)的功能，該類不常見;另一類則是Programmable Timer(可編程定時(shí)器)，顧名思義，該類Timer的定時(shí)時(shí)間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時(shí)鐘源的選擇、分頻數(shù)(Prescale)選擇及預(yù)制數(shù)的設(shè)定等。此類Timer應(yīng)用非常靈活，實(shí)際的使用也千變?nèi)f化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、定時(shí)、或者輸出PWM等。由于時(shí)鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter(事件計(jì)數(shù)器)合在一起。

IO口：任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：

① 純輸入或純輸出口：此類IO口有MCU硬件設(shè)計(jì)決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進(jìn)行實(shí)時(shí)的設(shè)定，不常見；

② 直接讀寫IO口：如51單片機(jī)的IO口就屬于此類IO口。當(dāng)執(zhí)行讀IO口指令時(shí)，就是輸入口；當(dāng)執(zhí)行寫IO口指令則自動(dòng)為輸出口；

③ 可設(shè)定方向的IO口：此類IO口的輸入或輸出是通過寄存器來配置的，應(yīng)用比較靈活；

④ 功能性IO口：此類IO口是可以復(fù)用的，比如第二功能是IIC、SPI、AD、UART/USART等，可以通過寄存器來實(shí)現(xiàn)復(fù)用功能，這類IO口可以通過專用芯片實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的特定功能，比如說通過MAX232實(shí)現(xiàn)RS232通訊、通過AT24C02實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)等；

對(duì)于IO口的使用，重要的一點(diǎn)必須牢記的是：對(duì)于輸入口，必須有明確的電平信號(hào)，確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實(shí)現(xiàn))；而對(duì)于輸出口，其輸出的狀態(tài)的電平必須考慮其外部的連接情況，比如說驅(qū)動(dòng)能力。

外部中斷：外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能，一般用于信號(hào)的實(shí)時(shí)觸發(fā)，中斷的方式有上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)等。外部中斷一般通過輸入口來實(shí)現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時(shí)其中斷功能才會(huì)開啟；若為輸出口，則外部中斷功能將自動(dòng)關(guān)閉。外部中斷的應(yīng)用如下：

① 外部觸發(fā)信號(hào)的檢測(cè)：一種是基于實(shí)時(shí)性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號(hào)的檢測(cè)等;而另一種情況則是省電的需要;

② 信號(hào)頻率的測(cè)量：可以通過上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷；

③ 按鍵的檢測(cè)和系統(tǒng)的喚醒：對(duì)于進(jìn)入休眠狀態(tài)的MCU，一般需要通過外部中斷來進(jìn)行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動(dòng)作來產(chǎn)生電平的變化；

通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：

① SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時(shí)鐘來控制，信號(hào)包括：SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(串行時(shí)鐘)、CS(可選)；此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰(shuí)提供時(shí)鐘信號(hào)，提供時(shí)鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver，可實(shí)現(xiàn)全雙工通訊；

② UART/USART：屬于最基本的一種異步/同步傳輸接口，其信號(hào)線只有Rx和Tx兩條，基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even， Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位數(shù)據(jù)所占的時(shí)間稱為Baud Rate(波特率)。對(duì)于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)為的長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式(奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn))、停止位(Stop Bit)的長(zhǎng)度及Baud Rate是可以通過程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是實(shí)現(xiàn)RS232通訊或者RS485通訊。

③ I2C接口：I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號(hào)來實(shí)現(xiàn)：SDAT(串行數(shù)據(jù)輸入輸出)和SCLK(串行時(shí)鐘)。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個(gè)設(shè)備，通過地址來進(jìn)行識(shí)別和訪問；I2C總線的一個(gè)最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口(片上資源或者普通IO口模擬)來實(shí)現(xiàn)，其通訊方式是半雙工。

Watchdog(看門狗定時(shí)器)：Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置，大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M(jìn)行復(fù)位而不能對(duì)其關(guān)閉(有的是在程序燒入時(shí)來設(shè)定的，如Microchip PIC系列MCU)，而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如STM32系列，只要程序訪問了Watchdog寄存器，就自動(dòng)開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復(fù)位時(shí)間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應(yīng)用是為MCU因?yàn)橐馔獾墓收隙鴮?dǎo)致死機(jī)提供了一種自動(dòng)復(fù)位的功能。

MCU程序的編寫

對(duì)于MCU的程序編寫，其基本的框架可以說是大體一致的，一般分為初始化部分(這是MCU程序設(shè)計(jì)與PC最大的不同)，主程序循環(huán)體和中斷處理程序三大部分，其分別說明如下：

初始化：對(duì)于所有的MCU程序的設(shè)計(jì)來講，初始化是最基本也是最重要的一步，一般包括如下內(nèi)容：

① IO口的初始化：根據(jù)項(xiàng)目的應(yīng)用的要求，設(shè)定相關(guān)IO口的輸入輸出方式，對(duì)與輸入口，需要設(shè)定其上拉或下拉電阻；對(duì)于輸出口，則必須設(shè)定其出世的電平輸出，以防出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤；

② 中斷的設(shè)置：對(duì)于所有項(xiàng)目需要用到的中斷源，應(yīng)該給予開啟并設(shè)定中斷的觸發(fā)條件，而對(duì)于不使用的多余的中斷，則必須給予關(guān)閉；

③ 其他功能模塊的初始化：對(duì)于所有需要用到的MCU的外圍功能模塊，必須按項(xiàng)目的應(yīng)用的要求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如UART的通訊，需要設(shè)定Baud Rate，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，校驗(yàn)方式和Stop Bit的長(zhǎng)度等，而對(duì)于定時(shí)器則必須設(shè)置其時(shí)鐘源，分頻數(shù)及初值等；

④ 變量的初始化：完成了MCU的硬件和資源的初始化后，接下來就是對(duì)程序中使用到的一些變量和數(shù)據(jù)的初始化設(shè)置，這一部分的初始化需要根據(jù)具體的項(xiàng)目及程序的總體安排來設(shè)計(jì)。比如說讀取EEPROM中存儲(chǔ)的掉電保存輸出等；

主程序循環(huán)體：用戶編寫的程序多是周而復(fù)始循環(huán)執(zhí)行的，因此其主程序體基本上都是以while循環(huán)的方式來設(shè)計(jì)。

中斷處理程序：中斷函數(shù)是一種特殊的函數(shù)，只有相應(yīng)中斷被觸發(fā)后MCU才去執(zhí)行該部分函數(shù)。51單片機(jī)的中斷函數(shù)是通過interrupt關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)的，實(shí)例寫法如下：

void Timer_Isr() interrupt 0

interrupt是關(guān)鍵字，數(shù)字0是中斷向量號(hào)。

對(duì)于32位的單片機(jī)而言，中斷入口函數(shù)都在.s啟動(dòng)函數(shù)里注冊(cè)好了，實(shí)例寫法如下(以STM32單片機(jī)為例)：

void TIM2_IRQHandler()

下圖是.s啟動(dòng)函數(shù)中截取的中斷函數(shù)句柄： 

單片機(jī)是一門工具，以應(yīng)用為主，所以說了這么多，一句話來總結(jié)：要學(xué)好單片機(jī)必須動(dòng)手多加練習(xí)。