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。對于指令系統(tǒng)，雖然形式上看似千差萬別，但實際上只是符號的不同，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，對于任何一款MCU，主要應從如下的幾個方面來理解和掌握：

了解MCU的特點

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、定時器數(shù)量和定時方式、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的功能與實際項目開發(fā)的要求的功能進行對比，明確那些資源是目前所需要的，那些是本項目所用不到的。對于項目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認真理解MCU的相關(guān)資料，以求用間接的方法來實現(xiàn)，例如，要實現(xiàn)電流輸出功能，而單片機沒有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。

對于項目開發(fā)需要用到的資源，則需要認真閱讀datasheet上對應的內(nèi)容，而對于不需要的功能模塊則可以忽略或瀏覽即可。對于MCU學習來講，應用才是關(guān)鍵，要在應用中學習，而不是為了學習而學習。

明確了MCU的相關(guān)功能后，接下來就可以開始編程了。對于初學者或初次使用此款MCU的設(shè)計者來說，可能會遇到很多對MCU的功能描述不明確的地方，對于此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗證程序來理解資料所述的功能;另一種則可以暫時忽略，程序設(shè)計中則按照自己目前的理解來編寫，留到調(diào)試時去修改和完善。前一種方法適用于時間較寬松的項目和初學者，而后一種方法則適合于具有一定MCU開發(fā)經(jīng)驗的人或項目進度較緊迫的情況；

指令系統(tǒng)不建議專門花時間去理解。指令系統(tǒng)只是一種邏輯描述的符號，只有在編程時根據(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，而且隨著編程的進行，對指令系統(tǒng)也會越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。

熟悉MCU的基本功能

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

Timer(定時器)：Timer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時間間隔的Timer，即其定時的時間是由系統(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間間隔給用戶程序進行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，因此可以用來實現(xiàn)時鐘、計時等相關(guān)的功能，該類不常見;另一類則是Programmable Timer(可編程定時器)，顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數(shù)(Prescale)選擇及預制數(shù)的設(shè)定等。此類Timer應用非常靈活，實際的使用也千變?nèi)f化，比如實現(xiàn)計數(shù)、定時、或者輸出PWM等。由于時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter(事件計數(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：

• 純輸入或純輸出口：此類IO口有MCU硬件設(shè)計決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進行實時的設(shè)定，不常見；

• 直接讀寫IO口：如51單片機的IO口就屬于此類IO口。當執(zhí)行讀IO口指令時，就是輸入口；當執(zhí)行寫IO口指令則自動為輸出口；

• 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，應用比較靈活；

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

對于IO口的使用，重要的一點必須牢記的是：對于輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實現(xiàn))；而對于輸出口，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，一般用于信號的實時觸發(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現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時其中斷功能才會開啟；若為輸出口，則外部中斷功能將自動關(guān)閉。外部中斷的應用如下：

• 外部觸發(fā)信號的檢測：一種是基于實時性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號的檢測等;而另一種情況則是省電的需要;

• 信號頻率的測量：可以通過上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷；

• 按鍵的檢測和系統(tǒng)的喚醒：對于進入休眠狀態(tài)的MCU，一般需要通過外部中斷來進行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產(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：

• 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)傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(串行時鐘)、CS(可選)；此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver，可實現(xiàn)全雙工通訊；

• UART/USART：屬于最基本的一種異步/同步傳輸接口，其信號線只有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)所占的時間稱為Baud Rate(波特率)。對于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)為的長度、數(shù)據(jù)校驗方式(奇校驗、偶校驗或無校驗)、停止位(Stop Bit)的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是實現(xiàn)RS232通訊或者RS485通訊。

• 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根信號來實現(xiàn)：SDAT(串行數(shù)據(jù)輸入輸出)和SCLK(串行時鐘)。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設(shè)備，通過地址來進行識別和訪問；I2C總線的一個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)來實現(xiàn)，其通訊方式是半雙工。

Watchdog(看門狗定時器)：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行復位而不能對其關(guān)閉(有的是在程序燒入時來設(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，就自動開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復位時間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應用是為MCU因為意外的故障而導致死機提供了一種自動復位的功能。

MCU程序的編寫

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

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

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

• 其他功能模塊的初始化：對于所有需要用到的MCU的外圍功能模塊，必須按項目的應用的要求進行相應的設(shè)置，如UART的通訊，需要設(shè)定Baud Rate，數(shù)據(jù)長度，校驗方式和Stop Bit的長度等，而對于定時器則必須設(shè)置其時鐘源，分頻數(shù)及初值等;

• 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)具體的項目及程序的總體安排來設(shè)計。比如說讀取EEPROM中存儲的掉電保存輸出等；

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。

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

void Timer_Isr() interrupt 0

interrupt是關(guān)鍵字，數(shù)字0是中斷向量號。

對于32位的單片機而言，中斷入口函數(shù)都在.s啟動函數(shù)里注冊好了，實例寫法如下(以STM32單片機為例)：

void TIM2_IRQHandler()

下圖是.s啟動函數(shù)中截取的中斷函數(shù)句柄：

單片機是一門工具，以應用為主，所以說了這么多，一句話來總結(jié)：要學好單片機必須動手多加練習。