2021年09月02日 | 从头学STM8单片机之"Hello,world"

　　最近做了一个数显电压表，电路上支持交流或直流电压显示，软件上支持七种不同的满量程档位，可以自由切换，有小数点自动移位，无效零消隐，超量程指示等功能，修改外部元件就可以做成不同量程的交流或直流电压表，不会编程的朋友也可以DIY出各种不同量程的交流或直流电压表。


　　主要元件有STM8S003F3单片机一片，自带ADC，0.56寸三位共阴数码管一个，再就是阻容稳压什么的，电路也很简单，爱好者自制很方便。本贴的程序都能在此硬件上测试通过。下面是电路原理图：

　　自从去年开始学了单片机以后，发现单片机没有想象中那么难，所以想做一个教程和大家一起共同学习。我的编译环境是IAR的EWSTM8-2102,本贴代码都在此环境下测试通过，其它编译环境未测试过。仿真下载工具为十元左右的无壳ST-Link。开发成本在单片机中个人认为是最低的。
　　先来看一看今天的主角：STM8S003F3的原理图

它有十六个I/O(输入输出)引脚，厂家给这些I/O编了号，分别是：
PA1，PA2，PA3，
PB4，PB5，
PC3，PC4，PC5，PC6，PC7，
PD1，PD2，PD3，PD4，PD5，PD6，
这些端口被分成了四组，分别是：PA，PB，PC，PD。注意，我们在编写程序的时候要时刻清楚这些端口号(也就是PAx，PBx什么的)，而某端口是单片机上的第几号引脚通常是不关心的(做硬件的时候才考虑)。还有一点，端口号后面的数字是从0开始的，也就是说单片机里面有PA0，PA1，PA2，PA3，PA4，PA5，PA6，PA7八个端口号，引出到外面的只有三个，那么就是说PA1是第二个端口，PA2是第三个，PA3是第四个，PB，PC，PD是同样的。
　　下面再来看一看数码管，这个数码管有三个8，加上小数点里面实际上有24个发光二极管，但是它却只用了11个引脚，分别被命名为A，B，C，D，E，F，G，DP，1，2，3，其中1，2，3分别对应的是从左到右三个数码管，A，B，C，D，E，F，G，DP则与数码管的七段和小数点对应。大家知道有三个小数点，只有一个引脚与之对应，三个8字每个都有ABCDEFG段，如果要显示数字1的话应该怎么样做呢？我们这里用到的是共阴数码管，B和C同时拉高就是数字1了，但是有可能三个数码管都会显示数字1，怎么办？1，2，3号引脚分别是三个数码管的共阴极，1号拉低而2和3拉高则会在左边显示1。1，2，3三个引脚同时拉低则三个数码管只能显示三个相同的数字，想要三个数码管显示不同的数字只能采用分时显示的办法，具体来说就是先1号拉低2,3拉高，ABCDEFG段产生一个数字会在左边数码管上显示，然后2拉低1,3拉高，控制ABCDEFG段产生一个数字会在中间显示，然后3拉低1,2拉高，控制ABCDEFG段产生一个数字会在右边显示，就这样不断的循环，如果循环的速度比较快，人眼的暂留特性会让我们感觉三个数码管是同时显示的。
　　要玩单片机，那么C语言知识是必须要学的，下面就从一个C语言空程序开始讲起吧。

/*程序开始了，这里是注释，从左边的斜杠星开始，
中间可以包含任意多行，
***********************直到右边的星斜杠为止*/

/*下面是主函数，从这里开始执行程序*/
void main(void)
        {
        //双斜杠后面是单行注释
        //程序的初始化部分写在这里
        while(1)//大循环，永远不停
                {
                //需要不停循环执行的任务
                }
        //程序永远不可能执行到这里
        }

　　以上就是一个空的程序，所有的C语言程序都必须有这样的框架，上面用到了三个C语言关键字：void，main，while。关键字有特定的用途，不能用作用户的标识符。因为函数名是main，所以是主函数，用户所要完成的所有任务都在主函数里面执行，main前面的void指main函数的返回值类型是“无类型”，函数名后面的小括号中是函数的参数，这里没有参数，所以参数也是无类型。对于单片机来说，主函数是不能执行结束的，所以在主函数里面写了个死循环，其中while就是循环的关键字，while后面小括号中的数字代表循环条件，非0值代表循环不停。
　　　　下面再看一看与STM8S003F3有关的四个重要文档，(1)STM8S参考手册，这个有中文版，但是中文版可能会有小小的误差，最好还是以最新的英文版为准。(2)STM8S003F3_DataSheet英文版，可以参考STM8S103F3中文版。(3)头文件iostm8s003f3.h，个人认为这是一个非常重要的文件，一定要学会这个文件的用法。(4)IAR编译器的参考手册，只有E文版，我E文不好，至今还没有看过。
　　单片机的端口(引脚)在上电后会处于输入状态，想要正确的使用端口就必须在程序中配置成我们需要的状态。

以上是参考手册里的内容，对端口操作实际上就是对单片机内的寄存器赋值，DDR寄存器决定了端口的方向，比如说我们要让PD2端口变为输出应该怎么写呢？写“PD_DDR_DDR2=1;”就可以了，是不是很简单？PD_DDR寄存器总共有8个位，对应PD端口的8个引脚(STM8S003F3只引出了六个)，PD_DDR_DDR2只是其中的一个位，直接对应PD2引脚的方向，那么“PD_DDR_DDR2”是从哪里来的呢？它可不是单片机里固有的，是从头文件iostm8s003f3.h里来的，打开这个头文件，我们可以找到如下字段：
/*----------------------------------------------------------
*      Port D bit fields
*---------------------------------------------------------*/
#ifdef __IAR_SYSTEMS_ICC__

#define PD_ODR_ODR0              PD_ODR_bit.ODR0
#define PD_ODR_ODR1              PD_ODR_bit.ODR1
#define PD_ODR_ODR2              PD_ODR_bit.ODR2
#define PD_ODR_ODR3              PD_ODR_bit.ODR3
#define PD_ODR_ODR4              PD_ODR_bit.ODR4
#define PD_ODR_ODR5              PD_ODR_bit.ODR5
#define PD_ODR_ODR6              PD_ODR_bit.ODR6
#define PD_ODR_ODR7              PD_ODR_bit.ODR7

#define PD_IDR_IDR0              PD_IDR_bit.IDR0
#define PD_IDR_IDR1              PD_IDR_bit.IDR1
#define PD_IDR_IDR2              PD_IDR_bit.IDR2
#define PD_IDR_IDR3              PD_IDR_bit.IDR3
#define PD_IDR_IDR4              PD_IDR_bit.IDR4
#define PD_IDR_IDR5              PD_IDR_bit.IDR5
#define PD_IDR_IDR6              PD_IDR_bit.IDR6
#define PD_IDR_IDR7              PD_IDR_bit.IDR7

#define PD_DDR_DDR0              PD_DDR_bit.DDR0
#define PD_DDR_DDR1              PD_DDR_bit.DDR1
#define PD_DDR_DDR2              PD_DDR_bit.DDR2
#define PD_DDR_DDR3              PD_DDR_bit.DDR3
#define PD_DDR_DDR4              PD_DDR_bit.DDR4
#define PD_DDR_DDR5              PD_DDR_bit.DDR5
#define PD_DDR_DDR6              PD_DDR_bit.DDR6
#define PD_DDR_DDR7              PD_DDR_bit.DDR7

#define PD_CR1_C10               PD_CR1_bit.C10
#define PD_CR1_C11               PD_CR1_bit.C11
#define PD_CR1_C12               PD_CR1_bit.C12
#define PD_CR1_C13               PD_CR1_bit.C13
#define PD_CR1_C14               PD_CR1_bit.C14
#define PD_CR1_C15               PD_CR1_bit.C15
#define PD_CR1_C16               PD_CR1_bit.C16
#define PD_CR1_C17               PD_CR1_bit.C17

#define PD_CR2_C20               PD_CR2_bit.C20
#define PD_CR2_C21               PD_CR2_bit.C21
#define PD_CR2_C22               PD_CR2_bit.C22
#define PD_CR2_C23               PD_CR2_bit.C23
#define PD_CR2_C24               PD_CR2_bit.C24
#define PD_CR2_C25               PD_CR2_bit.C25
#define PD_CR2_C26               PD_CR2_bit.C26
#define PD_CR2_C27               PD_CR2_bit.C27
以上我们看到PD端口的五个寄存器ODR，IDR，DDR，CR1，CR2中的每一个位都做了宏定义，这样我们就可以直接操作每一个端口，而不会影响同组端口的其它位。默认安装时头文件的位置在C:Program FilesIAR SystemsEmbedded Workbench 7.3stm8inc，我们可以复制到其它位置随时查阅。

    现在我们可以开始编程了，目标是在最右边的数码管上显示数字1，查询共阴数码管的原理图，要在右边显示数字1就要B和C拉高，同时3要拉低就可以了，查询电路原理图我们知道了如下对应关系：B=PD3，C=PD6，LED3=PD2。上电后单片机的端口默认为输入状态，编程时我们先要把端口配置成推挽输出状态，这就是端口初始化过程。

　　好了，一个最简单的完整程序就写完了，现在来看一看程序下载的方法，电路板上留有四线(含电源和地线)的SWIM接口，可以进行仿真或者下载程序，除了电源和地线，还有二根线是NRST和SWIM线，分别和仿真器上对应的线接好就可以下载了。

　　实际的程序一般都不是这样写的，我们应该改写一下：

#include

/*输出端口宏定义*/
#define　 b         PD_ODR_ODR3
#define　 c         PD_ODR_ODR6
#define　 LED1         PD_ODR_ODR2

/*端口初始化函数*/
void Port_init(void)
        {
        PD_DDR_DDR2=1;//PD2改输出状态
        PD_CR1_C12 =1;//PD2输出模式改推挽
        PD_DDR_DDR3=1;//PD3改输出状态
        PD_CR1_C13 =1;//PD3输出模式改推挽
        PD_DDR_DDR6=1;//PD6改输出状态
        PD_CR1_C16 =1;//PD6输出模式改推挽
        }

/*显示数字"１"函数*/
void Display_1(void)
        {
        b=1;//段码B拉高
        c=1;//段码C拉高
        }

/*主函数，程序从这里开始执行*/
void main(void)
        {
        Port_init();//调用端口初始化函数

        LED1=0;//指定右边共阴数码管点亮

        Display_1();//显示数字"1"

        while(1);//程序停在这里死循环
        }

　　程序表面看起来好象变长变复杂了一点，其实不是的，看问题应该看重点，重点是主函数变得简洁一些了。通过宏定义和函数调用使主函数里边只有具体的任务，硬件特征消失了，程序模块化了，一个函数就是一个小模块，一般函数和主函数在形式上是一样的，只是主函数能调用一般函数，反之则不能。一般函数可以互相调用，还可以调用自身(递归)。端口宏定义就是接口模块。以后要是硬件改了而主程序不变的话就不用到主函数里来改了(这样也很容易出错)，直接改接口模块就可以了。通过对比，我们也可以发现函数没有想象中的那么神密，实际上就是一组完成某种功能的语句封装起来了，并且给它起了一个形象化的名字，然后主函数叫到谁的名字(函数调用)，谁(具体的函数)就来完成自己的任务。所谓宏定义更简单，就是简单的替代，通过上面两段程序的对比，大家可以体会一下宏定义是如何实现替代的