我们学习单片机的目的，就是为了进行嵌入式产品的开发。要想学好单片机，首先就得对流程有一个整体了解。

本文，先简要介绍一下单片机应用系统的开发流程。

单片机系统开发流程

上图是单片机系统开发流程框图。

1、明确任务

分析和了解项目的总体要求，并综合考虑系统使用环境、可靠性要求、可维护性及产品的成本等因素，制定出可行的性能指标。

2、划分软、硬件功能

单片机系统由软件和硬件两部分组成。在应用系统中，有些功能既可由硬件来实现，也可以用软件来完成。硬件的使用可以提高系统的实时性和可靠性;使用软件实现，可以降低系统成本，简化硬件结构。因此在总体考虑时，必须综合分析以上因素，合理地制定硬件和软件任务的比例。

3、确定希望使用的单片机及其他关键部件

根据硬件设计任务，选择能够满足系统需求并且性价比高的单片机及其他关键器件，如A/D、D/A转换器、传感器、放大器等，这些器件需要满足系统精度、速度以及可靠性等方面的要求。

4、硬件设计

根据总体设计要求，以及选定的单片机及关键器件，利用Protel等软件设计出应用系统的电路原理图。

5、软件设计

在系统整体设计和硬件设计的基础上，确定软件系统的程序结构并划分功能模块，然后进行各模块程序设计。

单片机程序设计语言可分为三类：

• 机器语言 ：又称为二进制目标代码，是CPU硬件唯一能够直接识别的语言(在设计CPU时就已经确定其代码的含义)。人们要计算机所执行的所有操作，最终都必须转换成为相应的机器语言由CPU识别、控制执行。CPU系列不同，其机器语言代码的含义也不尽相同。

• 汇编语言 ：由于机器语言必须转换为二进制代码描述，不便于记忆、使用和直接编写程序，为此产生了与机器语言相对应的汇编语言。用汇编语言编写的程序执行速度快，占用存储单元少，效率高。

• 高级语言 ：高级语言具有很好的可读性，使程序的编写和操作都十分方便，目前广泛使用的高级语言是C51。

机器语言 ：又称为二进制目标代码，是CPU硬件唯一能够直接识别的语言(在设计CPU时就已经确定其代码的含义)。人们要计算机所执行的所有操作，最终都必须转换成为相应的机器语言由CPU识别、控制执行。CPU系列不同，其机器语言代码的含义也不尽相同。

汇编语言 ：由于机器语言必须转换为二进制代码描述，不便于记忆、使用和直接编写程序，为此产生了与机器语言相对应的汇编语言。用汇编语言编写的程序执行速度快，占用存储单元少，效率高。

高级语言 ：高级语言具有很好的可读性，使程序的编写和操作都十分方便，目前广泛使用的高级语言是C51。

汇编语言和高级语言都必须被翻译成机器语言之后才能被CPU识别。

6、仿真调试

软件和硬件设计结束后，需要进行进行进入两者的整合调试阶段。为避免浪费资源，在生成实际电路板之前，可以利用Keil C51和Proteus软件进行系统仿真，出现问题可以及时修改。

7、系统调试

完成系统仿真后，利用Protel等绘图软件，根据电路原理图绘制PCB（Printed Circuit Board）印刷电路板图，然后将PCB图交给相关厂商生产电路板。拿到电路板后，为便于更换器件和修改电路，可首先在电路板上焊接所需芯片插座，并利用编程器将程序写入单片机。

接下来，将单片机及其他芯片插到相应的芯片插座中，接通电源及其他输入、输出设备，进行系统联调，直至调试成功。

8、测试修改、用户试用

经测试检验符合要求后，将系统交给用户试用，对于出现的实际问题进行修改完善，系统开发完成。

单片机学习方法探讨

单片机学习的过程应该是一个循序渐进、不断学习、不断积累的过程，大致分为三个阶段。

第一阶段：掌握开发单片机的必备基础知识

首先是熟练掌握单片机的基本原理，虽然现在单片机厂商众多，但各家单片机的基本结构和原理都比较相近，例如内核结构、内存分配、中断处理、定时计数、串行通信、端口复用等一些最基本的概念和原理。

除此之外，我们还需要学习模拟电子、数字电子、C语言程序开发以及原理图和PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计等知识。只有扎实的掌握了这些知识，在进行系统开发的时候，才能顺利地进行原理设计、PCB布板、程序编写、系统联调等工作。相关文章：如何成为高级嵌入式硬件工程师？

第二阶段：研究其他单片机功能、特点

在掌握好一款单片机原理和应用的基础上，开始学习其他各家单片机，了解其独有的功能和特点。

例如实际工作中若客户要求低成本，那我们可以选用和泰、义隆、华邦等这类台湾芯片;如果客户要求工业级的性能，那么最好从PIC、NEC、飞思卡尔、NXP等这些欧美和日式单片机中选择;若要进行功耗的开发，选用MSP430系列应该有一定优势;在进行测量仪器设计的时候，C8051和AduC842这类数模混合芯片又显得比较实用。

另外，平时要注意技术积累。在项目开发过程中将一些常用的接口程序和控制算法整理成模块或者函数，日后若在其他的项目开发中有同样或者接近的需求时，原程序可以直接或者进行少量改动后使用，这样一来会节约大量开发成本。

第三阶段：工作项目中积累经验

在实际的项目开发过程中，不断深入研究单片机应用技术，不断积累应用行业的专业知识。

有了扎实的单片机应用相关的基础知识，并且熟悉掌握了几款不同类型单片机的开发方法后，对于各种实际的应用项目，往往还需要理解和掌握外围电路相关的原理和分析方法，并结合实际的应用背景，综合考虑各种因素，才能设计出性能最优、结构最合理的单片机应用系统。

1、某天某日某产房，你诞生了（power up , 上电运行），结果你不哭，医生把你提起来，屁股上狠狠一巴掌，你哇哇大哭（reset, 复位成功），护士给你检查，看有没有传染病（EMI测试），然后打预防针（绝缘处理），没有问题后作记录(QC pass)，你的父母来接你回去（客户验收）。

回家后你有了自己的新床（PCB），家里条件好，给你铺六张毛巾被（六层板），可惜上面小窟窿太多（过孔太多），父母把奶瓶给你，你终于获得了外部能量 （Power Supply），否则你的自身能量会耗尽（Battery too Low）。

每天清晨，你尚在休眠模式（IDLE）下运行时，一阵铃声吵醒你(wake up，激活)，你感觉很饿，于是大哭(Alarm Ring)，父母马上来喂你，你不哭了(discard Alarm，解除报警)，但很不争气地撒尿了（current output，电流输出）。

父母给你收拾完，开始教你说话，但你的大脑还很简单（initial procedure，初始化程序），后来你开始学走路，结果步调不稳(步进电机驱动错误)，一跑就坐到地上了（RUN Fail,运行失败）。好在你的父母很耐心地教你（调试阶段），你终于可以走了（调试通过）。

你逐渐长大，吃的也多了，给你的食物老是不够（功耗太大，power waste too heavy），你偷偷打开冰箱狂吃一顿，结果吃的太多不消化了（过载，overload），差点绷断肠子（route burn,烧断走线），还好你终于没事了，不敢吃那么多了（reduce power waste，降低功耗）。

后来你上学了，接受好多新的知识（new procedure），但是没有实际经验（未调试的），结果工作时发现那些知识不能照用，还要更多地学习别人的经验(Copy procedure，拷贝程序)，不过你还是不断发现臭虫(BUG),只好请教灭虫专家来解决(调试高手)。

2、你的工作稳定了，你开始进入日复一日的工作状态(Endless Loop)，你很烦，于是老是出错误(out of order，程序跑飞),结果老板开始盯紧你（软件陷阱），你被当场抓住修理一通，马上老老实实干活了（程序恢复）。

终于有个姑娘闯入你的生活(interrrupt，中断),使你忘记别的一切(优先级最高)，你完全浸入爱河(进入中断服务子程序),大手大脚地花钱 (Large 模式)，很快就结婚了(双CPU运行),你马上发现你的储蓄不够用了（RAM resource too low）,需要精简节约(compact模式),婚假也结束了，你又回去上班了(RETI，退出中断服务程序)。

后来日子越过越 枯燥，老婆批评你脑袋不够用（MIPS太低），不会算计（没有浮点运算能力），你对她的话一耳进一耳出(FIFO),你对老婆也爱理不理了(优先级降低)，这时一个小姑娘勾引你，你马上动心(抗干扰能差)，幸好你老婆及时发现，严防紧守，你放弃了企图(丢弃乱码)。

3、日子恢复平静，一晃几十年过去，你发现 你身边的年轻人都用全新的知识装备着，他们都是在ARM大学毕业的，开着Linux的车子，大把花着票子(海量存储)。

你低头看自己，发现自己只是在51大学毕业，开着汇编的破车，手里钱少的可怜(256 字节内存)。你被迫到人才市场找工作，发现自己已经是多年前的旧货，降价处理了，你这样的都是一麻袋一麻袋的。

你长吁短叹，终于选择退休，靠养老金活着， 开始疾病缠身，你的牙齿有了问题(IO口驱动力下降)，你说话不清楚(TXD发射失败)，耳朵也不灵(RXD接收不灵)，你的胃也不好，存不住食物 (ALE锁存失败)，你终于因心肌梗死送到医院，医生手持电击手柄给你通电(高压测试)，但你无法苏醒(复位失败),医生只好拔掉你的输液管(关闭电源),你看了这个乱七八糟的世界最后一眼，终于POWER DOWN了。

前言

UART是重要的片上资源，主流单片机基本上都有该功能，通过UART可以扩展出很多的通信接口，如RS232、RS485、LIN，甚至WIFI、蓝牙模组等，可以说只要搞通讯就会涉及到UART。下面和大家分享STM32的UART配置。

1、UART是什么

USART全称universal synchronous asynchronous receiver transmitter通用同步异步接收发送器；速率最高可达4.5Mbits/s，波特率460800；

数据按位顺序发送的串行通信接口简称串口，USART模块是采用串行通信接口最常见的模块，为了方便，就把USART简称为串口；

USART接口通过RX，TX，GND同其他设备相连；当TX引脚被禁止时，该引脚恢复GPIO的配置；当TX引脚使能且未发送数据时，该引脚处于高电平(空闲态)；

USART接口的数据字长度可编程，停止位长度可编程；可配置为DMA多缓冲通信；

2、USART的帧格式

串口数据应该遵循USART帧的格式，才能被串口识别；

首先总线需要持续至少一个空闲帧，然后连续发送数据帧，数据帧与数据帧之间有时会有断开帧，断开帧后需要接1-2bit停止位，连接下个数据帧；

断开帧只能为10bit或11bit低电平的帧(CR1_SBK[0])；然后接1或2bit的高电平作为停止位，然后接下一个数据帧；

数据帧的数据字有两种格式，(1)8 bit 数据位；(2)8bit 数据位 + 1 bit 奇偶校验位；

3、USART的寄存器使用

每个USART都有7个自己的寄存器；用来配置该USART的所有功能；

有许多功能诸如硬件流控制，LIN模式，智能卡模式等，由于没用过或是用不上，实在晦涩难懂费时费力，故在此全部跳过；

以下给出了USART作为常用串口收发数据的工作框图，以及相关的寄存器配置；

3.1 工作框图

3.2 相关寄存器配置

1)首先需要配置USART的6个参数：

波特率USART_BRR，字长M，停止位STOP，校验位PCE,PS,PEIE，USART的收发模式TE和RE和硬件流控制CTSIE,CTSE,RTSE；

2)USART提供了8个中断：TXEIE, TCIE, RXNEIE, PEIE, IDLEIE, CTSIE, LBDIE, EIE；8个中断使能均可以进入USART的中断函数，根据需要配置合适的中断使能位为1；通常为RXNEIE位；

3)然后使能接收器RE和发送器TE；

4)然后使能UE中断；

4、USART的代码示例

4.1 标准库提供的常用USART接口

标准库为所有的外设都提供了封装寄存器的API接口函数，文件名为stm32f10x_peripheral.c；

以下为usart外设的常用函数；

//串口USARTx的参数配置初始化函数；
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
//使能串口，(主要是分频器和输出的设置)
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
//使能串口中断,(就是那8个中断，均可以进入中断函数)
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);
//都是处理一个字节；
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
//读取SR寄存器的状态，SR的状态都是硬件设置的；
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
//读取SR寄存器和CRx控制寄存器的状态，和上面一个功能相同的；
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

//修改SR寄存器的状态，单功能通讯用不上；
void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

4.2 USART1使用代码

#include "usartDemo.h"  
u8 USART1_RX_BUF[256];    //接收缓存
u8 USART1_RX_CNT = 0;    //接收字节计数
u8 USART1_REV_0D = 0;    //收到\r
u8 USART1_REV_0A = 0;    //收到\r和\n

//usart1初始化之后，便可以通过串口读写了；
void Usart1_Init(u32 bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);    //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级   0-3;

    //USART1外设中断配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;    //抢占优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;            //子优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  

    //GPIO初始化 USART1_TX    PA9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    //输出需要配置速率，输入不需要配置速率；
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;        //复用推挽输出,<中文..手册>8.1.11外设的GPIO配置
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //GPIO初始化    USART1_RX    PA10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;        //浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

   //USART1初始化
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;   //CR1中的TE,RE  
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//CR1中的RXNEIE中断
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //CR1中的UE
}

void USART1_Send_Data(u8 *buf,u16 len)
{
    u16 t;
    for(t=0;t<len;t++)        
    {
        USART_SendData(USART1,buf[t]);
        while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET); 
        //发送字节完成后，TC硬件置1；
    }    //先读SR，后写DR清除TC位；
    USART1_RX_CNT = 0;
    USART1_REV_0D = 0;
    USART1_REV_0A = 0;  
}

void USART1_IRQHandler(void)                    
{
    u8 Res;
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
     {
         Res =USART_ReceiveData(USART1);        //读DR，硬件清0 RXNE位；
        USART1_RX_BUF[USART1_RX_CNT]=Res;    //接收数据  
        USART1_RX_CNT++; 
        if(Res==0x0d)
            USART1_REV_0D = 1;
        if(USART1_REV_0D&&(Res==0x0a))
            USART1_REV_0A = 1;                      
     }
    //RXNE为1，读数据的同时又来了数据，那么新的数据丢失；产生溢出错误，读完数据后RXNE为0，但ORE标志还在；
    //RXNE为1，又来了数据，产生接收溢出错误，置位ORE；
    if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_ORE) == SET)
    {
        USART_ReceiveData(USART1);
    //    USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_ORE);//先读SR,后读DR，可以复位ORE位；应该不用软件清除了；
    }
    // USART_ClearFlag(USART1,USART_IT_RXNE); //读DR可以清除RXNE，应该不用软件清除了；
}

int main(void)
{
    Usart1_Init(460800);
    while(1)
    {
        if(USART1_REV_0A)
        {
            USART1_Send_Data(USART1_RX_BUF,USART1_RX_CNT);
        }
    }    
}

4.2.1 在前面代码的基础上不使用串口中断，直接通过SR状态位来判断数据的收发；

将上面代码的usart1初始化代码中CR1的RXNEIE配置行注释掉，然后修改main函数如下即可；

int main(void)
{
    Usart1_Init(460800); 
    while(1)
    {
        if ((USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==SET))
        {
            USART1_RX_BUF[USART1_RX_CNT] = USART_ReceiveData(USART1);
            if(USART1_RX_BUF[USART1_RX_CNT]==0x0a)
                USART1_REV_0A = 1;
            USART1_RX_CNT++;
        }
        if(USART1_REV_0A)
        {
            USART1_REV_0A = 0;
            for(int i=0;i<USART1_RX_CNT;i++)
            {
                USART_SendData(USART1, USART1_RX_BUF[i]);
                while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)==RESET);
            }
            USART1_RX_CNT=0;
        }
    }
}

5、总结

USART的功能没想到还挺多的，寄存器看起来就有些费时了，很多概念都是新的，不好理解，直接拉低了效率；于是觉得这样不行，应该用什么看什么，用到再看，学海无涯，精力有限；

另外人家费心费力写好标准库不就是为了帮开发人员省时间吗？了解一下即可，以后没必要深入；

简介

MPLAB^® Harmony v3 是一款软件开发框架，包含兼容且可互操作的模块，包括外设库（PLIB）、驱动程序、系统服务、中间件和第三方库。MPLAB Harmony 配置器（MHC）是一款基于 GUI 的工具，它提供一种简单方法来使能和配置各种 MPLAB Harmony 模块。MHC 是 MPLAB X 集成开发环境（IDE）中的一款插件。

该文档介绍如何使用 MHC 通过 MPLAB Harmony v3 模块在基于 Arm^® Cortex^®的 SAM 单片机（MCU）上创建一个简单的应用程序。该应用程序将向计算机上运行的控制台发送“Hello World!”字符串。