单片机/嵌入式修行之路

第一阶段：基础筑基

这个阶段的目标是建立坚实的计算机和电子技术基础，为后续学习扫清障碍。

1、C语言编程

为什么？ C语言是嵌入式开发的母语，效率高、贴近硬件。

学什么？

• 基本语法：变量、运算符、流程控制、函数。
• 核心重点：指针、数组、结构体、内存管理（malloc/free）、位运算。 这是C语言的灵魂，必须深刻理解。
• 预处理器、头文件、多文件编程。

怎么学？ 在PC上编写程序，使用GCC编译，用调试器（如GDB）调试。可以做一些小练习，如学生管理系统、字符串处理工具等。

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2、计算机基础

数字电路： 了解与、或、非等逻辑门，触发器、寄存器、组合逻辑和时序逻辑的概念。这是理解CPU和外围电路如何工作的基础。

计算机组成原理： 了解CPU是如何工作的（取指、译码、执行）、内存、总线、I/O接口的概念。

3、基础硬件知识

电路分析基础： 欧姆定律、电容、电感、二极管、三极管（开关作用）的基本概念。

工具使用： 学会使用万用表，初步了解示波器。

模拟电子技术—郑益慧

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数字电路—王红

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第二阶段：入门实战

这个阶段的目标是选择一个具体的单片机平台，亲手操作，建立嵌入式开发的直观感受。

选择一款主流单片机，推荐： STM32系列（基于ARM Cortex-M内核）。这是当前绝对的主流，资料丰富，就业需求大。备选： ESP32（适合物联网方向，自带Wi-Fi/蓝牙），或者从经典的51单片机入门（简单，但已逐渐被淘汰)。

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江科大：51单片机入门（好评最多）

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开发环境搭建

STM32： 安装 STM32CubeIDE。这是ST官方推出的免费集成开发环境，集成了编译器、调试器和图形化配置工具，对新手非常友好。

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核心技能突破

• GPIO（通用输入输出）： 实现经典的“点灯”（输出），以及读取按键状态（输入）。理解推挽、开漏等模式。
• 中断系统： 理解中断的概念，学会配置外部中断，这是事件驱动编程的基础。
• 定时器/计数器： 学会使用定时器实现精准延时、产生PWM波（控制舵机、电机调速）、捕获脉冲。
• 串口通信： 学会配置串口，实现单片机与PC（通过串口助手）或其他设备的数据收发。这是最基础的调试和通信方式。
• 调试技巧： 学会使用仿真器（如ST-Link）进行在线调试，设置断点、单步执行、查看变量和寄存器。这是最重要的技能之一，能极大提高解决问题效率。

第三阶段：进阶与外设

掌握了核心功能后，开始学习与各种外部设备传感器进行通信，让单片机具备“感知”和“控制”的能力。

常用通信协议：

• I2C： 理解主从设备、SCL、SDA线。学会驱动OLED屏幕、MPU6050陀螺仪等I2C设备。
• SPI： 理解主从设备、MISO、MOSI、SCK、CS线。学会驱动FLASH芯片、TFT屏幕等高速设备。
• ADC/DAC： 模拟与数字世界的桥梁。学会读取电位器的电压值（ADC），输出模拟电压（DAC）。

常用传感器与执行器

• 传感器： 温湿度传感器（DHT11、SHT30）、光照传感器、超声波测距模块、红外接收等。
• 执行器： 舵机、直流电机（通过电机驱动模块如TB6612控制）、继电器。

项目实践

• 制作一个智能温湿度计，在OLED上显示数据。
• 制作一个循迹/避障小车。
• 制作一个通过手机APP控制的智能台灯。

第四阶段：软件工程与操作系统

当项目变得复杂时，你需要更强大的软件架构和系统来管理它。

1、模块化与软件设计

• 将代码按功能拆分为独立的 .c 和 .h 文件。
• 学习状态机编程，处理复杂的业务流程。

2、实时操作系统

为什么需要RTOS？

 当需要同时处理多个任务（如一边采集数据，一边通信，一边控制）时，裸机编程会变得非常复杂且难以维护。RTOS提供了任务调度、同步、通信等机制。

学什么？

• 任务（Task）的创建与管理。
• 任务间通信： 信号量、消息队列、事件标志组。
• 任务间同步： 互斥锁。
• 内存管理： 动态内存分配。

推荐系统： FreeRTOS，它是STM32CubeIDE内置的，资料最多。或者 μC/OS。

[野火]《FreeRTOS内核实现与应用开发实战指南》_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV16K4y157Tp?spm_id_from=333.999.0.0

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3、项目实践

用FreeRTOS重新实现你的智能小车：一个任务控制电机，一个任务处理传感器数据，一个任务负责蓝牙通信。

第五阶段：高级与系统整合

这个阶段的目标是向更复杂的嵌入式系统迈进，并向软件底层和硬件设计延伸。

1、Linux嵌入式开发

为什么？ 对于需要复杂网络、图形界面（GUI）或大量数据处理的场景，跑Linux的系统（如ARM Cortex-A内核处理器）是更好的选择。

学什么？

• Linux基本使用： 命令行操作、Shell脚本。
• 嵌入式Linux开发环境搭建： 交叉编译工具链。
• 系统移植： Bootloader（如U-Boot）、Linux内核的配置与编译、根文件系统的制作。
• 驱动开发： 学习Linux设备驱动模型，能够编写简单的字符设备驱动。
• 应用编程： 在嵌入式Linux上编写C/C++应用程序，进行文件操作、多进程/多线程编程、网络编程等。

野火Linux入门学习：第一期-0基础入门篇_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV1g54y1x7d8?spm_id_from=333.999.0.0

2、硬件设计入门

• 学习使用 KiCad 或 Altium Designer 等EDA软件。
• 能够阅读和理解芯片数据手册。
• 尝试自己设计一个简单的STM32最小系统板。

Altium Designer 17 绘制51单片机开发板PCB全程实战视频0基础入门_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV1eK4y1L7BS?spm_id_from=333.999.0.0

Altium Designer16 绘制STM32 pcb开发板0基础入门_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV1hV411h7Pk?spm_id_from=333.999.0.0

3、网络编程

• 在STM32上使用LwIP协议栈实现以太网通信。
• 在ESP32上深度使用Wi-Fi和蓝牙。
• 学习MQTT等物联网协议，连接云平台（如阿里云、AWS IoT）。

4、性能优化与调试

• 使用示波器、逻辑分析仪深入分析硬件问题。
• 学习代码性能分析、功耗优化技巧。

第六阶段：项目实战与持续学习

1、打造个人项目集

将之前做过的项目整理、优化，形成一个作品集（可以放到GitHub上）。

尝试完成一个综合性项目，例如：

• 四轴飞行器
• 智能家居中控
• 基于Linux的迷你视频监控设备
• 自定义的机械臂控制器

2、关注行业动态

• 关注RISC-V等新兴架构。
• 了解AIoT（智能物联网）边缘计算等前沿概念。

 3、最重要的建议

• 动手！动手！动手！
• 善用搜索引擎和社区（如STM32中文论坛、GitHub、Stack Overflow、CSDN、知乎）。
• 学会阅读官方文档和数据手册，这是第一手资料。
• 不要害怕失败，调试和解决问题的过程就是你成长最快的时候。