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学习方法的区别

学习51 用寄存器，学习STM32 用库。

以前我们在学习51 的时候，用的是寄存器编程的方法，想要实现什么效果，直接往寄存器里面赋值，优点是直观，简单粗暴，知道自己具体干了啥，心里踏实。

直接操作寄存器之所以在51 上可行，究其原因，我想有两点：

▶▶1 51 主频不高，资源有限，必须注重程序执行的效率，只能直接操作寄存器。关键的地方还得用汇编，不适合用固件库。

要知道当初我们学习51 单片机的时候用的还是汇编，连现在的C 编程都不是，就更别说什么库函数编程。

▶▶2 51 功能简单，寄存器不多。以国内普及最广的STC89C52 为例，寄存器全部加起来不到30 个。按照功能区分来记的话，可以把每个寄存器背的滚瓜烂熟，并且寄存器每一位的功能都可以记得住，在编程的时候做到了然于胸。

现在从51 过度到STM32 的学习，很多人还是喜欢沿用51 的学习方法。接受不了库，在学习库的时候陷入迷糊之中，来回几个月下来，都不知道到底有没学会STM32，因为在这一路的学习中都是在调用库函数，压根就没有操作过寄存器，心里面很不踏实。

其实大家在调用库函数的时候心中难道就没有疑问，库的底层是怎么实现的？难道就没有勇气对库的底层一探究竟。可最后当我们开始跟踪库函数底层的时候，看到一堆的宏定义、结构体、指针、各种的文件包含，而且注释全部都是英文的，是不是又心生忌惮。

鉴于此，我想用两个原因来总结下很多初学者畏惧库不愿意用库的原因。

▶▶1 C 语言知识点的欠缺库在实现寄存器映像时使用的宏定义，强制类型转换，在定义寄存器时使用的结构体，在外设初始化函数时使用的指针，在组织头文件时使用的条件编译等C 语言知识，在大学课程中很少涉及，大多数老师也基本是不讲。在一些简单的51 单片机编程中又很少会用到这些知识。学单片机，做嵌入式开发其实80%的工作都跟C 语言编程相关，剩下的20%的工作就是阅读各种数据手册，熟悉各种硬件外设。所以掌握这些基本的C 语言知识，是嵌入式学习中一道迈不过去的坎，STM32 的库则给了我们一次提升C 的机会。凡是可以从书本中找到的，相信我们基本都可以学会，很多初学者并不是不够聪明或者勤奋，只是缺少方向性的指导罢了。对于这欠缺的知识点我们稍微花点时间就可以掌握，剩下的就是不断地实践调试。这里我为大家推荐一本C 语言的书籍《C 和指针》。

▶▶2 程序架构设计思想的欠缺

这个比较难搞，很多C 语言学习得挺好好的人，也比较难掌握。还好我们遇到了STM32 的库，这给了我们一个学习和提升C 语言绝佳的机会。库的整个架构是如何搭建起来的，代码上是如何如何一步一步写出来的：从寄存器映像开始，到寄存器的封装，然后到函数的编写，到每个外设函数对应的驱动文件，这里面涉及到了大量的条件编译，文件包含的思想，对应刚写过几行51 单片机的初学者来说简直就是噩梦。但是，如果你把这一系列的关系弄明白了，那么对库的整个架构也了解的差不多了，以后你就不用嚷嚷着说要操作寄存器了。如果你一开始不喜欢用库，对库开发很忌惮，那么请自问：是不是我的C 语学得不够好。库是一种全新的学习方法，是一种潮流，我更把它看做是与C 语言的又一次历练和提升。是否用库，只差你一个闪亮的回眸。

用寄存器点亮LED

为了顺利过渡到库开发，在STM32 编程的开始，我们对照51 点亮一个LED 的方法，给大家演示一下STM32 如何用操作寄存器的方法点亮一个LED，然后再慢慢讲解到底什么是库，让大家知道库跟寄存器的关系。

1、用51 点亮一个LED

在用STM32 点亮一个LED 之前，我们先来复习下用51 如何点亮一个LED。

硬件上我们假设51 单片机的P0 口的第0 位接了一个LED，负逻辑亮。如果我们要点亮这个LED，代码上我们会这么写：

这里面我们用的是总线操作的方法，即是对P0 口的8 个IO 同时操作，但起作用的只是P0^0。

除了这种总线操作的方法，我们还学习过位操作，利用51 编译器的关键字sbit，我们可以定义一个位变量：

那么LED = 0；就点亮了LED，LED = 1;就关闭了LED。为了让程序看起来见名知义，我们定义两个宏：

点亮和关闭LED 的代码就变成了：

上面总线和位操作的的方法，学过51 的朋友是非常熟悉的，也很容易理解。

那么我们再说一下大家容易忽略的几个知识点。

▶▶1 什么是寄存器

在点亮LED 的时候，我们都是用操作寄存器的方法来实现的，那大家是否想过，这个寄存器到底是什么？为什么我们可以直接操作P0 口？

解答上面的问题之前，我们先简单介绍下51 单片机的主要组成部分，这对我们学习其他单片机也有好处。

我们以国内的STC89C51 为例，该单片机主要由51 内核、外设IP、和总线这三大部分组成。内核是由Intel 公司生产的，外设IP 就是STC 公司在内核的基础上添加的诸如定时器、串口、IO 口等这些东西，总线就是用来连接内核和外设的接口单元。Intel 在这里属于IP 核设计公司，STC 属于IC 设计公司。世界上能设计IP 核的公司屈指可数。我们非常熟悉的ARM 公司就属于IP 核设计公司，ARM 给其他公司授权，其他IC 公司就在ARM 内核上设计出各具特色的MCU，我们后面要学习的STM32 就是属于一中基于ARM 内核的MCU。

寄存器则是内置于各个IP 外设中，是一种用于配置外设功能的存储器，就是一种内存，并且有想对应的地址。学过C 语言我们就知道，要操作这些内存就可以使用C 语言中的指针，通过寻址的方式来操作这些具有特殊功能的内存—寄存器。比如P0 口对应的地址是0X80，那么我们要修改0X80 这个地址对应的内存的内容的话，按照常理可以这样操作：

可当我们编译的时候，编译器会报错，在51 里面只能通过SFR 和SBIT 这两个关键字来实现寄存器映像，不能直接操作寄存器对应的地址，这是51 相较于STM32 不同的地方。51 单片机的这些寄存器位于地址80H~FFH 中，对应着128 个地址，但不是每个地址都是有效的，51 系列的单片机有21 个，52 系列的则有26 个，其他的都是保留区。

▶▶2 寄存器映射

实际上我们在编程的时候并不是通过指针来操作寄存器的，而是直接给P0、P1 这些端口寄存器赋值。那么这些外设资源是如何与地址建立一一对应的关系（寄存器映射定义），这得益与51 特有的两个关键字：SFR 和sbit，其他单片机没有，只能用其他的方式来实现寄存器映射。这两个关键字帮我们实现了所有寄存器的定义，所以我们才可以像操作普通变量一个来操作寄存器。其实我们一开始提到的点亮LED 的代码，全貌应该是这样的：

为了方便起见，我们可以把寄存器映射全部写好封装在一个头文件里面，不用每用一个寄存器就定义一次。其实这方面的工作不用我们做，我们在编程的时候都会在开始的地方添加一个头文件：

这个头文件已经实现了全部寄存器的定义，该文件是keil 自带，在安装目录：Keil\C51\INC 下可以找到。这个文件实现了字节寄存器和位寄存器的定义。

。。。

▶▶3 启动文件—STARTUP.A51

还有一个就是启动代码，这个也是很多初学者容易忽略的地方，对于这部分我们主要总结下它的功能，不详解讲解里面的代码。

单片机在上电复位后，首先执行的是启动文件—STARTUP.A51，而不是我们通常看到的main 函数。我们新建51 工程的时候会有一个提示：是否拷贝启动代码到当前的工程，我们一般选择是。

启动代码用汇编语言编写，主要实现了以下功能：清除内部数据存储器、清除外部数据存储器、清除外部页储存器、初始化small 模式下的可重入栈和指针、初始化large 模式下可重入栈和指针、初始化compact 模式下的可重入栈和指针、初始化8051 硬件栈指针、传递初始化全局变量的控制命令或者在没有初始化全局变量时给main 函数传递命令。然后程序就跳转到main 函数，来到我们熟知的C 世界。

▶▶4 总结

在讲解用51 点亮LED 的时候，我们补充了什么是寄存器、寄存器映射、启动代码这三部分的内容，这三部分内容本来是放到STM32 里面讲解的，但考虑到大家已经有51 的基础，并且对51 比较熟悉，那我再添加点内容，大家自然没有那么抗拒，并且可以根据上面讲的内容亲自实践，学习得也会更深入。那当我再在STM32 讲解这几个内容的时候，大家就会对比着学习，对STM32 也就没有那么忌惮。

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