单片机学习-烂大街了的光立方教程

虽说光立方教程早已烂大街了，但是做出来成就感还是不错的，每个人做的都有其不同所在，这玩意也没多大难度，考验的就是耐心了，个人建议是能做的就做个玩玩，基于单片机爱好者对单片机学习的热情，光立方是一学习单片机非常好的练习材料，拿8*8*8光立方举例，它是由512个发光二极管按照立方体的方式搭建焊接起来的，有层共阴束共阳和层共阳束共阴两种方案，每一层有8*8个发光二极管，共8层，用c语言编译单片机程序使自定义动画效果得以实现。你的思维有多宽，光立方的动画就有多多。我猜想大家做光立方都是为了能随性所欲的控制每一个灯珠，来实现自己想的一些精美动画。那么，让我们从光立方的原理开始入手。一讲到原理，估计就头疼了。

光立方系统框图

单个LED的控制方式

首先了解单个LED的控制方式，可以是将正极接电源，负极通过一个限流电阻连接至单片机的某个IO口。IO口输出低电平时，LED就亮，反之，LED灭。

单个LED控制仿真原理图

如果我们想驱动任意位置的LED，我们只需要在该位置LED所使用的列线接地，行线接上+V即可。学过单片机的朋友们，都知道数码管是怎么点亮的，其中有位选和段选之分，通过扫描来实现所有数码管能正常工作以实现显示我们想要的数字。

点阵也一样，尽管是8*8的点阵，如果我们让整体能随意显示图案，那也需要用扫描的方式才能够实现，否则，无法实现对其精准的控制。所谓扫描，就是说，我们一次只能让一行排或者一竖排的灯亮。每次只能这么点，8次为一个周期，从左至右依次点一次，那么循环起来，我们看到的就是完整的图像了。

8*8点阵仿真原理图

8*8点阵-部分汇编程序

每一层LED的控制方式

若按照单个LED的控制方式，每个LED需要占用单片机的一个IO口，控制100个LED就需要100个IO口。那么，有没有一种方式，可以用较少的IO口，控制较多的LED呢？答案是肯定的，这种方法，就是扫描驱动电路。

所以一般情况下，光立方的每一层虽然有64个灯，但是我们会有64跟线分别连接到这些灯上，从而实现一次性的对64个灯进行控制，通常单片机引脚较少，一般将采用74hc573，74hc595等芯片进行拓展。

光立方74hc573芯片进行拓展仿真原理图

8*8*8光立方仿真原理图

8*8*8光立方LED的控制方式

首先要准备好工具、材料、理论图。

所需工具：

尖嘴钳、

电络铁、

放大镜。

材料清单：

发光二极管（2*3*4led灯512个）、

限流电阻（64个500欧姆电阻限制每束电流）、

洞洞板（20cm*20cm）、

单片机最小系统（stc12c5aRD+芯片）、

锁存器（8个74hc573）、

8路NPN达林顿管（1个uln2803）、

ic插座（40孔9个）、

焊锡2卷、导线若干。

数据通过并行的方式，分别打入每一个74hc573中，再控制器储存这些数据，从而实现一层64个灯同时的点亮，下面描述，一下一个固定画面的显示，所需要硬件执行的过程。

1）将第一层64个点的数据传入8个74hc573中，控制uln2803层控制芯片打开第一层开关，使第一层点亮，这个时候，其他层是灭的。

2）等待时间t。

3）熄灭第一层，开始向74hc573中传输第二层的数据，锁存，开启第二层总控制开关，点亮第二层。

4）等待时间t。

熄灭第一层，将第八层的的数据传进所有74hc573中，锁存，开启第八层总开关，点亮第八层。

再回到第一步，循环下去。。。。。

4*4*4RGB光立方&8*8*8R光立方

这样，便实现了一个周期画面的显示，由于人眼的视觉暂留的特性，只要刷新的够快，我们看到的就是光立方整体都在亮。便实现了我们想要的效果。为了画面的稳定，上面间隔点亮t要保持一致，否则会出现亮度不均的情况。

　　在实际使用上述电路的时候，最好给74hc573输出的64个引脚分别加一个限流电阻，这样能起到很好的二极管保护作用和整体功耗的限制以及亮度的调节。

8*8*8光立方

8*8*8光立方调试

8*8*8光立方点亮效果图

8*8*8光立方俯视效果图

8*8*8光立方显示效果图

8*8*8动画效果图

4*4*4 RGB光立方

RGB光立方为全彩光立方，能显示全部色彩，是由RGB全彩LED焊接而成。 RGB LED灯是以红绿蓝三色混光而成，以三原色共同交集成像，此外，也有蓝光LED配合黄色荧光 粉，以及紫外LED配合RGB荧光粉。某些LED背光板出现的颜色特别清楚而鲜艳，甚至有高画质电视的程度，这种情形，正是RGB的特色，标榜红就是红、 绿就是绿、蓝就是蓝的特性，在光的混色上，具备更多元的特性。

RGB全彩LED灯尺寸引脚图

4*4*4 RGB光立方仿真原理图

4*4*4 RGB光立方有64个RGB全彩LED，要控制的有192个I/O，用到6个锁存器，限流电阻、上拉电阻若干，单片机最小系统stc12c5a等元器件。

4*4*4RGB光立方板底走线

4*4*4RGB光立方测试

4*4*4RGB光立方调试图

4*4*4RGB光立方演示图

4*4*4RGB光立方效果图

4*4*4RGB光立方动画图

4*4*4RGB光立方绿光调试

4*4*4RGB光立方混色调试

最后附上源码：

#include<stc12c5a.h>

#include <intrins.h>

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar u=1;

sbit keyout=P4^4;

uint code tab_water[]={

0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0080,0x0140,0x0080,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0080,0x0140,0x0220,0x0140,0x0080,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x01c0,0x0220,0x0410,0x0410,0x0410,0x0220,0x01c0,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0000,0x0000,0x03e0,0x0410,0x0808,0x0808,0x0808,0x0808,0x0808,0x0410,0x03e0,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0000,0x07f0,0x0808,0x1004,0x1004,0x1004,0x1004,0x1004,0x1004,0x1004,0x0808,0x07f0,0x0000,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0ff8,0x1004,0x2002,0x2002,0x2002,0x2002,0x2002,0x2002,0x2002,0x2002,0x2002,0x1004,0x0ff8,0x0000,0x0000,

0x1ffc,0x2002,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x4001,0x2002,0x1ffc,0x0000

};

char code tab00[]={7,7,7,7,7,7,7,7,6,5,4,3,2,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,2,3,4,5,6,//28

8+6,8+6,8+6,8+6,8+6,8+6,8+5,8+4,8+3,8+2,8+1,8+1,8+1,8+1,8+1,8+1,8+2,8+3,8+4,8+5,//20

16+5,16+5,16+5,16+5,16+4,16+3,16+2,16+2,16+2,16+2,16+3,16+4,//12

24+4,24+4,24+3,24+3,//24+4

32+4,32+4,32+3,32+3,

40+5,40+5,40+5,40+5,40+4,40+3,40+2,40+2,40+2,40+2,40+3,40+4,//12

48+6,48+6,48+6,48+6,48+6,48+6,48+5,48+4,48+3,48+2,48+1,48+1,48+1,48+1,48+1,48+1,48+2,48+3,48+4,48+5,//20

56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+6,56+5,56+4,56+3,56+2,56+1,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+1,56+2,56+3,56+4,56+5,56+6//28

};

char code tab10[]={56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+7,56+6,56+5,56+4,56+3,56+2,56+1,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+0,56+1,56+2,56+3,56+4,56+5,56+6,//56+28

......................

太多了！就不贴出来了！有需要就...............

源码_头

源码_中

源码_尾

单片机学习指南

队长 路飞的电子设计宝藏 7月26日

鉴于原文只介绍了51单片机的学习路线（当时STM32刚兴起），与当前流行的STM32等高端单片机相比，显得有些落后，所以笔者更新了此文。

一、51和STM32的区别。

STM32比51主频高、RAM大、FLASH大，那么STM32能处理的事情就更多了。

STM32外设比51多，如：CAN、USB、FSMC等，能让你省点芯片。

STM32有固件库，不再需要看着手册，查寄存器来写代码，网上也有很多例程。

众多优势让STM32成为大众化、主流单片机，所以必须从51过渡到STM32的时代。

二、内核与外设。

外设就是外部的设备，如：GPIO、ADC、IIC、UART、SPI等。

内核就是内部的核心，如：ALU算术逻辑单元、流水线、指令集等。

51的内核仍然叫51。STM32的内核有Cortex M0、M0+、M3、M4、M7等。

因为ARM Cortex系列的芯片分为高端的A系列，中端的R系列、低端的M系列，所以STM32有好几种内核。

三、如何从51过渡到STM32？

尽管51有那么多的不好，但是低成本依然是它的优势。一片OTP（一次性编程）的51低至0.3毛，它适用于众多家电产品。

所以并不能以单纯的技术崇拜而把51贬得一无是处。只不过，我们需要掌握更多的技术，以适应不同的工作环境。

既然要从51过渡到STM32，那么停留在51的时间不宜太久，掌握基本的定时器、串口，就可以转到STM32上来了。

有的学校先教汇编，再教C，但我认为，先学C，再到汇编会比较好，因为汇编枯燥难学，导致单片机还没用起来，兴趣就消减一大半了。正如linus那句话，你得先学会使用它。

一、首先掌握C语言语法。

单片机用的C语言叫C51，C51除了标准C的语法之外，还特意为单片机增添了几个语法而已，没有很大区别，那么我们可以装个VS（别再用VC6.0那个老掉牙的IDE啦）然后，随便找本语法书抄代码，模仿写，不看书做出课后习题就可以了，其中流程控制（包括if,for,while,switch等）以及指针和结构体都是需要掌握的。推荐看视频《边用边学C语言》。

二、少量的实践。

接下来，你可以买一块单片机开发板来做一些小玩意了（只买一块开发板56元即可，不必浪费太多钱），譬如：摇摇棒，光立方，密码锁，超声波测距，红外摇控等等（很多新奇有趣的小玩意都可以在论坛找到）。当然，也不需要每个都做，我们可以选一些差异性较大的来做，这样升级会快一些。推荐视频《十天学会单片机》，也可以看开发板配套的视频，教材《单片机c语言程序设计实训100例——基于8051+proteus仿真》。适当的做几个就行，不要在这个阶段停留太久，重点掌握定时器和串口。

三、养成良好的编码习惯。

在《十天学会单片机》里会出现众多不怎么好的代码，但是我们不能一下子写出优秀的代码，必须有个过渡期，所以建议大家先看郭大侠的视频。那么如何写出高效而且可读性好的代码呢？这里只提到一点，不要用拼音来命名变量或者函数名，像int shi,fen,miao;这些都是不良的编码习惯，必须全部使用英文命名。推荐的做法就是多参考大神们写的代码，在百度文库或者各大电子论坛都可以看到很多优秀的代码。此外，推荐《从单片机初学者迈向单片机工程师》、《MISRA C标准工程师笔记》、《C语言编程规范》、《C51代码风格》。

四、了解汇编语言。

单片机工程师又叫固件工程师，因为他们写的代码都是跟寄存器打交道，而寄存器又可以直接控制硬件，处于最底层的软件而且不用经常改动，所以叫固件。这部分需要数电、模电的基础才好理解，所以在大学都是先教数电、模电再教单片机的。现在你要用汇编语言来玩单片机，你会发现汇编比较棘手，写出来的代码可读性差、可移植性差而且很难维护，但汇编即让你很清晰地感受到单片机是如何工作的，以及理解C语言指针的原理。不过，我们不需要钻研汇编语言，只需要有所了解，比如，精准的延时。

一、编译、编辑、版本控制器。

由于STM32的固件库中，函数名、变量名都是很长，我们不可能逐一输入，这就需要用到先进的工具。

1、编译器。仍然使用keil编译代码。

2、编辑器。编辑器就是写代码的工具，因为keil的代码补全、提示都很差，所以要用其它工具来写代码。这就得开两个软件，一个写代码，一个编译代码。虽然这样有点麻烦，但是相对于输入那一大串函数名来比，不算什么。推荐VS、Eclipse(C/C++版本)。不推荐使用source insight（功能不够强大）。

3、版本控制器。这个东西就是用来备份代码的，不要再用压缩包了。推荐git教程。

二、学会固件库。

有了上一步的准备工作之后，先买一块STM32开发板，带仿真器，248元。这里下载代码可不像51那些，用串口就能下载的了，得另外用一个仿真器。

这里的仿真器有ST link、Ulink等，不推荐使用J link。而仿真器的接口有JTAG和SWD，推荐使用SWD，接3根线就可以了。

推荐教材《STM32开发指南库函数教程》，也可以看开发板配套的视频。这里要掌握STM32的外设，如：ADC、RTC、CAN、IIC、SPI、UART、DMA、SDIO、IAP等。

三、自制PCB。

数电、模电基础差的，需要先补充点理论再来。然后下载一个Altium Designer6.9，看《Altium Designer视频教程》。根据自己感兴趣的小玩意来做一块PCB。画好之后先发到群里，让大家指导一下，然后再发到嘉立创打样，很便宜的，而其它材料则到淘宝上买。主要掌握焊接、维修、原理图、PCB等基本功，自己多动手就能掌握的。

四、单片机外面的世界。

就算你现在能玩转单片机，但也只是打开了一扇小小的窗户而已，下面你可以选一个方向，但是工作中可以会用到几个方向的知识，反正尽量多学点。

1、嵌入式操作系统。不推荐用51单片机跑系统。而STM32可以跑ucos II、ucos III、free RTOS、coos、RT-Thread、RTX等。推荐学ucos II，教材是任哲的《嵌入式实时操作系统ucosII原理及应用》，只要掌握一种嵌入式操作系统，其它都可以触类旁通。移植系统时，会用到汇编。推荐学习free RTOS或者RT-Thread。

2、ucgui/STemwin、Touch GFX。STM32可以通过FSMC接口来驱动TFT LCD屏，这里要用到图形界面库，可以学STemwin，STemwin其实就是ucgui，推荐《STemwin开发手册》，也可以学习Touch GFX。

3、上位机。使用单片机采集信号送到PC机上，而PC机需要一个上位机来控制单片机，这个上位机可以用Labview、C++、C、JAVA、甚至是HTML5来写。其中最常用的是单片机跟PC机的串口通信，上位机建议用C或者QT来写，尽管还有很多企业用MFC(C++库)，但是上手比较难，不推荐学MFC。推荐的教材是《C#入门经典》、《QT简介》。

4、数据结构和算法。推荐的教材是周航慈的《嵌入式系统软件中的常用算法》、《数据结构课件》。

5、接口应用。单片机的内部资源比较少，很多时候需要外接一些芯片、传感器。这里需要到用模电、电子测量、计算机网络等知识。推荐的教材是陈尚松等著的《电子测量与仪器》和谢希仁的《计算机网络》。此外，还会用到一些通信模块，比如Zigbee、WIFI、蓝牙、NB-IOT、433模块、NRF24L01、RFID智能卡等，有兴趣可以弄一下，这些都是比较实用的技术。

五、其它问题。

1、单片机的代码是如何运行的？

推荐看《计算机组成原理》。

2、FPGA。

可以参考本博客的《如何学习FPGA》。

3、嵌入式。

很多电子专业的学生就感觉嵌入式很难，那是因为嵌入式涉及很多计算机领域的知识，而这些知识很多是电子专业不开课的，基本功没过关，学起来肯定吃力。具体的学习路线可以参考本博客的《如何学习嵌入式软件》。

4、硬件设计。

可以参考本博客的《如何学习硬件设计——理论篇》、《如何学习硬件设计——实践篇》。

5、开发板的选择。

这里推荐的开发板都是一整板（上面的链接并非广告，只是确实有人不会选开发板才给出来的），里面有很多芯片的。不推荐一个核心板留了很多接口，每个接口都要另外买一块小板，这种板叫子母板，一个母板不贵，但是子板很多，买多几块就花很多钱，而且子板很小，容易丢。

6、为什么学生很难定方案？

因为学生积累的东西并不多，考虑的不那么周全，很多知识似懂非懂，难以制订方案。这时要多接触新事物，只要积累的多，就自然而然的能出方案了，不用太急躁。

7、MDK。

Keil有51版本和ARM版本，其中ARM版本的Keil又称为MDK。

8、stm32 cubemx。

cubemx可以自动生成配置代码，虽然很方便，但不建议初学者使用，会让你懒得不想写代码。

9、为什么编译没问题，下载到单片机却不对？

编译没问题，说明语法没问题，但不能表明逻辑、功能是正确的。

10、为什么网上都有那么多代码可以复制粘贴，还要自己写代码？

因为网上能找到的代码很多，而网上找不到的代码却更多。

11、proteus及multisim仿真。

proteus很适合仿真单片机，但是仿真的效果不能替代实物，一切以实物为准。

multisim适合在学模电时，做一下仿真，以帮助理解电路。

12、为什么有的STM32开发板可以用串口下载代码，还需要仿真器吗？

STM32有个IAP的功能（又称为远程升级），可以用任意的接口来下载代码，但是这种方法是建立在芯片本身有IAP的代码，才可以使用。

在一个没有任何代码的芯片上，不能使用串口下载代码，这时，必须使用仿真器。

13、单片机不就是C语言嘛，还需要学单片机原理？

在工程上会遇到单片机内部资源的调度、IO口的电气特性、带宽等问题，你不懂单片机原理是解决不了这些问题的。

14、单片机的汇编和微机原理的汇编。

微机原理讲的是PC机中x86架构的汇编，和51单片机的汇编是有区别的。不要看错书。

而51单片机的汇编和STM32的汇编也是有区别的，51的是CISC架构，而STM32的是RISC架构。

15、除STM32以外的高端单片机品牌。

有NXP的LPC、新唐、GD32(高仿STM32)、英飞凌、TI的MSP430、Microchip的PIC、瑞萨、ADI、Maxim（美信）、三星。

16、其它单片机品牌。

合泰、辉芒、松瀚、海尔（东软）、STC、义隆、新茂、中颖、ABOV（现代）、Megawin（笙泉）、晟矽微、HOLTEK（盛扬）、九齐、佑华、灵动微。

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