AVR單片機教程——第三期導語

背景（一）

寒假裏作了一個燈帶控制器：

理想狀況下我應該在一個星期內完成這個項目，但實際上它耗費了我幾乎一整個寒假，由於涉及到不少不曾嘗試的方案。在這種不是很趕時間的、能夠自定目標、自由發揮的項目中，我喜歡這麼作。

簡要介紹一下這個項目。硬件部分：

• 12V直流電源供電，開關降壓到4V，LDO降壓到3.3V，三路供電；

• 使用STM32G030KBT6單片機，基於Cortex-M0+；

• 12V燈帶用異步降壓驅動；

• WS2812B燈帶的數據用SPI信號加上必定的邏輯運算生成；

• OLED屏經過I²C鏈接單片機；

• 無定位旋轉編碼器鏈接定時器的兩個通道。

軟件部分：

• 用多項式擬合把ADC讀到的值轉換成溫度；

• 指令與數據調度、兩級流水線式OLED更新策略；

• 徹底自主設計的簡單GUI，包括繪圖與控制邏輯。

大約一半時間花在兩種燈帶的方案驗證上，我製做了兩塊PCB才最終肯定以上硬件方案；另有一部分時間花在STM32和HAL的調試上，但這原本就在個人STM32學習計劃中；剩下的主要是OLED和GUI，以及寫不出來時的摸魚行爲。

我趕在去學校當天的上午完成了項目，在砍掉一點完成度的前提下。有那麼幾個小時，我很後悔把整個寒假都花在了這個項目上，沒有學該學的數學、寫該寫的博客。可是如今回想起來，這個項目讓我對單片機開發有了新的認識。

背景（二）

曾經AVR單片機教程惟一的讀者要開始獨立作項目了，這是對我文章質量的一次考驗。從咱們之間的交流來看，我沒有經過此次考驗——

• 我說從供電開始思考：一般USB能夠提供5V1A，若是須要5V2A，就應該考慮從12V1A轉換。她問如何轉換，因而我給她介紹了降壓轉換器。那麼如何肯定電流呢？主要耗電器件是32個LED。按個人思路，也能夠說是絕大多數業內人士的思路，每一個燈不會超過20mA，加起來640mA，其他器件耗電忽略，1A確定是夠的。而她的思路是，算出每一個LED的等效電阻，並聯起來，再計算電流。她又問，若是電源是5V2A，但負載只有5V1A，會燒壞嗎？

• 而後決定用什麼燈。兩年半之前我送給她一個禮物，用32個LED組成一顆心，燈是紅藍交錯的。她想作得比這個高級一點，用32個RGB燈，但這麼多燈的鏈接是個問題，以及RGB三種顏色之間的亮度匹配。又想到WS2812B，它在功能上很強，可是控制稍微麻煩一點。我提示她能夠用PWM來生成控制信號，她又搞不清這裏的PWM和PWM呼吸燈的區別。

• 多是由於在第二期裏學過OLED屏和u8g2，在電賽中又用過一遍，又收到了帶OLED屏的禮物，她以爲OLED屏很簡單，想在項目中也放一塊。

暫時不做評價，繼續說事。後來又有兩人從博客園後臺聯繫我，以成本價拿到了開發板，成爲了教程的讀者（至此我已經沒有多餘的開發板了）。一位讀者剛開始學C，他經常問我兩類我不但願他問的問題（請這位讀者不要生氣）：一類是與單片機無關的純C語言問題，另外一類是與教程進度不符的、我想隱藏的實現細節問題。

他們讓我開始反思教程的內容是否充足、順序編排是否合理。

回顧（一）

他們問個人這些問題，不少也是我曾經困惑的。

預初的那個暑假，我正式學習了C語言。此後，我想寫一個C程序來加密文件，把若干字節做爲一組處理一下，寫進新的文件，就算是加密了。文件長度不必定是整組的，最後一組可能要加入幾個空的字節，這種如今看來很基礎的控制邏輯，我當時想了好久都寫不出來。

我也長期以來不知道電池充電的電流是如何控制的，在我看來把5V電壓加到3.7V鋰電池上根本不可控啊！後來才知道降壓、參考電流、反饋控制之類的。某些營銷號還說5V2A充電器給5V1A手機充電會形成損壞，也難怪非專業人士容易受誤導了。

高一的那個暑假，我完成了第一個像樣的項目，就是前面提到的那顆心。32個LED分別串聯470Ω排阻，接到4片級聯的74HC595上，用GPIO驅動。放到如今，若是不改變設計目標，我會選擇8*4動態掃描的鏈接方式，還可能用上一片TM16xx來驅動這個陣列。

按下按鍵切換模式，這個很簡單的功能在當時實現得很是亂：先定義一個宏，每次若是按下按鍵就return，而後在循環中屢次調用它。如今我會在定時器中斷裏處理按鍵，具體來說還有多種方法。

這些不懂的問題、很差的實現，都是經驗。有些很差的實現，好比上面這個按鍵，不值得嘗試，因此我會在回答相關問題時提供我認爲合理的方法。相似的有不少，因此我一直盡力回答每一個問題，幫人避雷，也好讓我審視一下本身的方法。

回顧（二）

AVR單片機教程的一期介紹了簡單外設的用法。我假設讀者有良好的C語言基礎，因此沒有把基礎單片機和基礎C語言結合起來說，而是在前幾講的做業題中對讀者的C功底提出了較高的要求。針對當時讀者的問題，我專門寫了一篇元教程，強調了要普遍地瞭解相關知識。

從按鍵開始我加快了節奏，不然按照一個LED都能寫4篇的速度我如今大概剛剛講到LCD1602。原計劃一期結束後還有大量內容，可是我當時已經不大想寫了，因此挑了點必要的組成了第二期的6講。

如今有讀者反映第二期太難，其實不是太難而是兩期之間有明顯斷層。在與讀者交流的過程當中，我還發現有不少我強調過的點還強調得不夠：有些是我沒講清楚，有些是讀者真的作不到，好比完成做業——我把不少關鍵的、實際應用中須要的問題放在了做業中，它們容易被忽略，至少沒有被足夠嚴肅地對待。

這些問題，以及上面帶有責怪情感的讀者提問，都是個人失職。

展望

我決定開始寫AVR單片機教程第三期。

首先是查漏補缺，這還得再細分幾類：

• 外設。I²C和定時器輸入在前兩期的正文中沒有涉及到，會在第三期補上。

• 語言。我不該假設讀者有良好的C基礎，但我真的無法面對完徹底全的新手，因此我將補充一些非單片機編程中不經常使用的特性，以及高級但實用的用法。

  第三期的不少內容用C++講起來會更加方便，因此我會簡單介紹那些須要用的C++語法，它們也是我在本身項目中經常使用的C++功能子集。

• 做業。如前所述，不少重要的內容都在做業裏，我將提供解題思路和優化建議。

而後是結構：

• 與C++綁定起來的對象的概念，包括基於對象與面向對象；

• 第二期最後提到的事件驅動範式，本來是單獨的一期，將成爲第三期的一部分；

• 有些硬件結構能夠啓發設計（有的可能最初來自軟件），包括雙緩衝、FIFO、狀態機、流水線等；

• 大型程序和庫的結構。

此外，單片機項目的共同問題，好比供電、制板、測試等，也會集中講解一下。

因而可知，這一期「AVR單片機教程」實際上能夠把前三個字去掉，儘管咱們仍是基於AVR平臺講解。

我設計了新的開發板，與初版相比縮小了尺寸，去掉了部分擴展資源，使它更加核心。擴展資源被移動到了單獨的模塊上，多個模塊提供不一樣方向的器件。

原來的開發板仍然提供支持。新開發板有開放小批量訂購的計劃，目前還在原型設計階段。所以，我將從不依賴於AVR的C和C++開始。

但願第三期能爲讀者創建完善的概念，能讓讀者學會必要的單片機編程方法，在例子中積累經驗，獨立設計並製做出與文首項目難度至關的單片機系統。