假如，我變身成了單片機(jī)…

嗞~~~~~

一股溫和的電流流進(jìn)了我的身體，我從沉睡中醒來，感受著心臟穩(wěn)定的跳動，我的大腦高速的運(yùn)轉(zhuǎn)著，我感覺到了他的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，很快，非常快，一秒幾十兆的運(yùn)算速度，我感覺我無所不能。同時，我擁有了幾十上百個手腳。我，是單片機(jī)？

漸漸地，我也發(fā)現(xiàn)了我的缺點(diǎn)，我好像腦容量比較小，感覺不能記得很多東西，我雖然思維活躍，但是好像能量很小，我的能量全來自于喚醒我的那股溫和的電流，他雖然穩(wěn)定，但是他所能夠提供的能量很少，我可以靈活地抬放我的手腳，但是它們好像并不能拎起多大多大物體，我好像一無是處。

單片機(jī)又稱微控制器，是把中央處理器（大腦）、存儲器（腦緣系統(tǒng)）、時鐘（心臟）、各種輸入輸出接口（手腳口）等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。一般單片機(jī)的內(nèi)存較小，輸入電壓較低，通常為3.3v-5v。運(yùn)行速度（主頻）在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲不等。

▲STM32F103xx增強(qiáng)型模塊框圖隨著環(huán)境的變化，我突然覺得胸口發(fā)蒙，溫度太高或者太低都讓我的心跳異常，經(jīng)常犯錯。但是我卻無可奈何，此時我聽到了一個聲音：你名為單片機(jī)，乃是科技的結(jié)晶，雖然你現(xiàn)在像個小丑，但是你可以去闖副本，解鎖新的皮膚，新的地圖。于是我便沉沉睡去。當(dāng)我再起醒來，我感覺背上劇痛，什么！有人在給我紋身，難道是“精忠報(bào)國”？難道我將馳騁沙場，立不世之功！原來我的副本是為了保家衛(wèi)國……后來我才知道，背上紋的是STM32F103RB，這有個啥用啊，哎~我沒想到，這個皮膚有種魔力，讓我解鎖了新的地圖——開發(fā)板。在這個地圖上，我擁有了另一顆心臟，一個我似乎可以使用外部的心臟，那家伙挺厲害，很多我適應(yīng)不了的環(huán)境他都可以，不容易產(chǎn)生心跳紊亂，我只需要在我醒來時啟動它便好，可好用了。現(xiàn)在32位單片機(jī)內(nèi)部都會集成一個晶振，即使不外掛晶振也可以正常工作，但是內(nèi)部晶振收環(huán)境影響較為嚴(yán)重，在一些極端場合可能會造成較大的誤差，所有一般應(yīng)用都會外掛一個高精度晶振，可以使單片機(jī)更好的工作。▲使用8MHz晶體的典型應(yīng)用
探索新地圖：我雖然擁有了強(qiáng)力的心臟，可是我啥也不會呀，我怕黑，想開燈，但是我卻無從下手，我看得到地圖上有個燈，我不知如何打開，直到我遇到了一個神奇的動物——程序猿。他有著人類一樣的外邊，但是怎么看怎么像牛，挺奇怪的。那天，這個程序猿給了我一個開燈的說明書，這個說明書好復(fù)雜，讓我做了好多事，最后讓我用其中一個手拉一下開關(guān)就可以開燈，不明白為啥要這么麻煩。但是他有時候也給我很簡單的說明書，里面只寫了：伸手。然后燈就開了，好神奇。那之前為啥要給我那么復(fù)雜的說明書呢？單片機(jī)本身不含任何功能，需要用戶編寫代碼，編譯成單片機(jī)熟悉的語言燒錄進(jìn)單片機(jī)才可實(shí)現(xiàn)功能。例如我們點(diǎn)燈，就讓控制燈的引腳輸出相應(yīng)電平即可。在ST的開發(fā)環(huán)境中，ST提供了多種開發(fā)方式：直接操作寄存器、標(biāo)準(zhǔn)庫、HAL庫、LL庫。其中，寄存器的方式是最直接的方式，單片機(jī)的響應(yīng)最快，代碼執(zhí)行效率最高，同時難度較高；LL庫及其接近寄存器，效率次之；標(biāo)準(zhǔn)庫對寄存器進(jìn)行了封裝，用戶可以直接使用庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能，不能直面寄存器，是曾經(jīng)最常用的方式；HAL庫是開發(fā)最簡單的方式，HAL庫將寄存器和開發(fā)者隔離，開發(fā)難度特別小，但是也帶來一個問題，就是執(zhí)行效率相較于前幾個更低。當(dāng)我會點(diǎn)燈之后，我發(fā)現(xiàn)自己的思維邏輯好像有問題，我總是一根筋，不會回頭，做事只會按照一條線去做。好在程序猿給了我一份新的說明書，書中說道：苦海無涯，回頭是岸。反正就是讓我主線任務(wù)做完了再重新來過，還讓我注意自己的手腳，他碰我不同的腳我得暫停主線去做支線任務(wù)。做完支線才能回來繼續(xù)做主線任務(wù)。說明書上還交代任務(wù)的緊急程度，碰我的1腳我得去做1號支線，如果沒做完就碰我的2腳，那我得暫停1號支線去做2號支線的任務(wù)，等2號支線任務(wù)做完再回來做1號任務(wù)，直到兩個任務(wù)都做完才能回去做主線任務(wù)單片機(jī)就是一根筋，只會按照邏輯一直往下執(zhí)行，當(dāng)有緊急事件需要處理可借助單片機(jī)的中斷系統(tǒng)來處理，單片機(jī)會暫停當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)向中斷安排的任務(wù)，并在完成中斷后返回之前跳轉(zhuǎn)到節(jié)點(diǎn)。▲中斷嵌套及響應(yīng)示意圖
如上圖所示，當(dāng)中斷發(fā)生，單片機(jī)會將中斷發(fā)生時刻的狀態(tài)和參數(shù)保存進(jìn)堆棧，通過中斷向量的指引去完成中斷的服務(wù)任務(wù)，執(zhí)行完中斷服務(wù)任務(wù)后會返回之前的被打斷的指令，然后繼續(xù)向下執(zhí)行。當(dāng)正在執(zhí)行的中斷函數(shù)遇到更高優(yōu)先級的中斷請求到來，當(dāng)前的中斷任務(wù)保存，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行更高優(yōu)先級的任務(wù)，當(dāng)高優(yōu)先級的任務(wù)執(zhí)行完成再返回之前的次優(yōu)先級任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，直至中斷任務(wù)全部執(zhí)行完成后返回主程序。那天，我發(fā)現(xiàn)了另外一塊單片機(jī)，好不容易見到同類，好想和它聊天。于是，我向他呼喊（UART），但是只能發(fā)出1和0，它無動于衷。隨后，程序猿給我一本詞典（協(xié)議），我按照詞典的介紹開始發(fā)音，但是對方的語言能力可能不是很好，我說的快了它反應(yīng)不過來，說的慢了它會漏掉我的話（波特率匹配）。在嘗試許久后終于見它有反應(yīng)了，我也收到了它的回復(fù)，它也只會說什么1啊，什么0啊之類的，我只能考詞典進(jìn)行翻譯（轉(zhuǎn)碼），但是也只能它說一句我回一句，就像對講機(jī)一樣（異步串行通信），好在雖然比較麻煩，總算能聊上了。隨著時間的推移，我們之間的距離越來越遠(yuǎn)，說話都是斷斷續(xù)續(xù)的，即使我叫破了喉嚨也不頂用（遠(yuǎn)距離通信），于是我倆想辦法找到了擴(kuò)音喇叭（RS485芯片），這玩意自帶能量供給，不需要我們提供（單獨(dú)供電），我只需要正常說話，他就會給我放大，即使隔得很遠(yuǎn)我們也能說話。但是不知怎么的，我們的距離越來越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)到靠擴(kuò)音喇叭都無法起作用，但是難不倒我們，我們又找來更先進(jìn)的設(shè)備——無線通信模組，通過這類設(shè)備，我們可以實(shí)現(xiàn)天南地北通話無誤。在嵌入式開發(fā)中，UART串口通信協(xié)議是我們常用的通信協(xié)議之一，全稱叫作通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver / Transmitter），是異步串口通信協(xié)議的一種，其工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸，它能將要傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/soft/special/" target="_blank">資料在串行通信與并行通信之間加以轉(zhuǎn)換，能夠靈活地與外部設(shè)備進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)交換。UART的通信需要遵守通信協(xié)議，同時匹配波特率，才能進(jìn)行正常的通信?？梢詫⑼ㄐ胚^程按下圖想象：▲正常通信UART發(fā)送數(shù)據(jù)就類似打開門放數(shù)據(jù)出去，波特率就是控制打開門的速度，當(dāng)發(fā)送方按照一定的速率放出數(shù)據(jù)，接收方也按相同的速度開關(guān)自己的閘門，那數(shù)據(jù)就剛好可以一個個進(jìn)來。如果接收方和發(fā)送方的波特率不一樣，就可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)接收方門口的時候門關(guān)了，數(shù)據(jù)進(jìn)不去，導(dǎo)致接收異常。▲通信異常當(dāng)通信雙方距離較遠(yuǎn)，通信就會受阻，此時可采用485通信，485的出現(xiàn)，是為了解決232通信距離受限的問題。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。
RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個或者256個節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個節(jié)點(diǎn)。485通信只需要+、-兩根線，或者也叫A、B兩根線。A、B兩根線的差分電平信號就是作為數(shù)據(jù)信號傳輸。由于發(fā)送與接收都是用這兩根線，也就是說每次只能用作發(fā)送或者只能用作接收。所以，485是半雙工通信。▲RS-485通信
但是這樣說話好累啊，我想發(fā)出聲音怎么辦呢？這時我發(fā)現(xiàn)自己有一個手上拿著一個蜂鳴器（無源他激型），只要我拼命地?fù)u動，他就會發(fā)出聲音，我搖動的頻率不同，發(fā)出的聲音就不同，這樣我就可以發(fā)出不同的聲音了，我甚至還可以給自己來首曲子（方波信號輸入諧振裝置轉(zhuǎn)換為聲音信號輸出）。就是比較累，我還得算著時間來搖動。音樂都有了，我還要燈光，可是我手上的燈只能發(fā)出一種顏色，要么讓他亮，要么要他滅，于是我找到了身上的定時器，我可以讓它控制我的手去開關(guān)燈（PWM輸出），在一定時間內(nèi)多讓燈多亮一會，再關(guān)掉，控制打開和關(guān)閉的時間燈光就會一會亮，一會暗，但是可能我動作得快點(diǎn)（頻率大于人眼捕捉頻率），不然會一閃一閃的，這好酷啊（動態(tài)更改PWM占空比）。漸漸地，我覺得我還是養(yǎng)一條狗比較好，因?yàn)樯洗挝易鲥e事了，但是我鉆牛角尖，不愿意放棄，一直死等（程序卡死），導(dǎo)致后面好多事都耽擱了，還導(dǎo)致自己差點(diǎn)出事。決定還是養(yǎng)個看門狗（就是看門狗），每隔一段時間就去喂狗，它不餓就不會叫，我要是鉆牛角尖了，就會忘了喂狗，這樣他就會叫，我聽到狗叫就會反應(yīng)過來的。
但是，有問題我也得解決不是，我可以把這件事記在身上的本子上（寫FLASH），這樣以后就能看看到底咋回事了。但是我的筆記本挺不好用的，每次都得把這一頁擦掉才能寫，而且最少得擦掉一頁。但是還是很必要的，因?yàn)槲颐看位杷螅ǖ綦姡┒紩G失一些數(shù)據(jù)（掉電會丟失RAM數(shù)據(jù)），為了防止我忘記也可以寫在上面。但是我的腦子可能真的有問題，每次再做筆記時總是會屏蔽其他的聲音，誰都不能打擾我。在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”（watchdog）。
看門狗的作用是系統(tǒng)CPU正常工作時定時給看門狗喂狗，復(fù)位定時器，如果系統(tǒng)出問題，沒有給看門狗喂狗，看門狗就由于超時將CPU復(fù)位。一般工程都會使用兩個看門狗，一個是獨(dú)立看門狗，主要用于在代碼跑飛之后復(fù)位使用，一個是窗口看門狗，主要用于在復(fù)位前對于一些重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。小數(shù)據(jù)量一般可以保存進(jìn)單片機(jī)自己的FLASH中，下次上電還會存在。注意：1、每一款單片機(jī)的FLASH的大小不盡相同，在操作FLASH之前一定要根據(jù)手冊確定手里的單片的FLASH的大小，超出FLASH容量的寫操作是不被允許的，也無法成功完成數(shù)據(jù)寫入。2、計(jì)算好程序的內(nèi)存，程序也是保存在FLASH中，如果沒有計(jì)算好程序的大小，將寫FLASH寫入程序占用的內(nèi)存中，會導(dǎo)致程序奔潰。3、寫數(shù)據(jù)之前必須先對頁進(jìn)行擦除，因?yàn)镕LASH不能寫1，只能寫0，所以寫之前要通過擦除操作將FLASH頁中的數(shù)據(jù)全部恢復(fù)為FF，才能進(jìn)行寫操作，如果該FLASH中存在需要的數(shù)據(jù)，必須要先將數(shù)據(jù)讀出來存在緩存區(qū)，再將頁擦除，再進(jìn)行寫數(shù)據(jù)。4、數(shù)據(jù)不超過一頁，可連續(xù)寫入。5、注意FLASH的操作單位，每次最少寫4個字節(jié)，可通過手冊查詢頁的大小，因?yàn)橐话悴捎玫氖钦摰牟脸蛯懭耄豢呻S意擦寫。6、操作FLASH時會占用總線，會打斷你的中斷操作，且寫FLASH時間一般較長，所以在操作FLASH時要保證單片機(jī)預(yù)留出足夠的時間。7、詳情參見帖子：國民技術(shù)G435大容量FLASH讓你儲存離線數(shù)據(jù)不必節(jié)衣縮食（地址：https://bbs.21ic.com/icview-3208110-1-1.html）我覺得我還有很多很多的很強(qiáng)很強(qiáng)的能力等我發(fā)現(xiàn)，但是我突然覺得體內(nèi)的能量越來越少，漸漸感覺頭暈眼花，我可能需要休息一會，不知道小憩一下會不會恢復(fù)（睡眠模式），不行的話，可能我要好好睡個覺了（深度睡眠），如果能量再少下去我可能就睡昏頭了（待機(jī)模式），這樣再醒來可能之前的事我就全忘記了（停機(jī)模式下會丟失RAM數(shù)據(jù)）。
呼呼~~1、睡眠模式：在睡眠模式中，僅關(guān)閉了內(nèi)核時鐘，內(nèi)核停止運(yùn)行，但其片上外設(shè)，CPU核心的外設(shè)全都還照常運(yùn)行，在軟件上表現(xiàn)為不再執(zhí)行新的代碼。這個狀態(tài)會保留睡眠前的內(nèi)核寄存器、內(nèi)存的數(shù)據(jù)。喚醒后 ，若由中斷喚醒，先進(jìn)入中斷，退出中斷服務(wù)程序后，接著執(zhí)行 WFI指令后的程序；若由事件喚醒，直接接著執(zhí)行 WFE 后的程序。喚醒延遲：無延遲。（WFI:Wait For Interrupt，WFE:Wait For Event）。2、深度睡眠模式（停止模式）：在停止模式中，進(jìn)一步關(guān)閉了其它所有的時鐘，于是所有的外設(shè)都停止了工作，但由于其 1.2V 區(qū)域的部分電源沒有關(guān)閉，還保留了內(nèi)核的寄存器、內(nèi)存的信息，所以從停止模式喚醒，并重新開啟時鐘后，還可以從上次停止處繼續(xù)執(zhí)行代碼。喚醒后，若由中斷喚醒，先進(jìn)入中斷，退出中斷服務(wù)程序后，接著執(zhí)行 WFI指令后的程序；若由事件喚醒，直接接著執(zhí)行 WFE 后的程序。停止模式喚醒后，STM32會使用 HSI（f1的HSI為8M，f4為12M）作為系統(tǒng)時鐘。所以，有必要在喚醒以后，在程序上重新配置系統(tǒng)時鐘，將時鐘切換回HSE。
喚醒延遲 ：基礎(chǔ)延遲為 HSI振蕩器的啟動時間，若調(diào)壓器工作在低功耗模式，還需要加上調(diào)壓器從低功耗切換至正常模式下的時間，若 FLASH 工作在掉電模式，還需要加上 FLASH 從掉電模式喚醒的時間。3、待機(jī)模式：它除了關(guān)閉所有的時鐘，還把 1.2V區(qū)域的電源也完全關(guān)閉了，也就是說，從待機(jī)模式喚醒后，由于沒有之前代碼的運(yùn)行記錄，只能對芯片復(fù)位，重新檢測 boot條件，從頭開始執(zhí)行程序。注：以上藍(lán)色內(nèi)容僅是作者個人理解，黑體部分純屬瞎編亂造，如有錯誤，歡迎評論區(qū)留言指正！作者：吶咯密密來源：21ic論壇-END-