AVR單片機教程——第三期導語
背景（一）
寒假裏做了一個燈帶控制器：
理想情況下我應該在一個星期內完成這個項目，但實際上它耗費了我幾乎一整個寒假，因為涉及到很多未曾嘗試的方案。在這種不是很趕時間的、可以自定目標、自由發揮的項目中，我喜歡這麼做。
簡要介紹一下這個項目。硬件部分：
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12V直流電源供電，開關降壓到4V，LDO降壓到3.3V，三路供電；
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使用STM32G030KBT6單片機，基於Cortex-M0+；
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12V燈帶用異步降壓驅動；
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WS2812B燈帶的數據用SPI信號加上一定的邏輯運算生成；
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OLED屏通過I²C連接單片機；
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無定位旋轉編碼器連接定時器的兩個通道。
軟件部分：
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用多項式擬合把ADC讀到的值轉換成溫度；
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指令與數據調度、兩級流水線式OLED更新策略；
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完全自主設計的簡單GUI，包括繪圖與控制邏輯。
大約一半時間花在兩種燈帶的方案驗證上，我製作了兩塊PCB才最終確定以上硬件方案；另有一部分時間花在STM32和HAL的調試上，但這本來就在我的STM32學習計劃中；剩下的主要是OLED和GUI，以及寫不出來時的摸魚行為。
我趕在去學校當天的上午完成了項目，在砍掉一點完成度的前提下。有那麼幾個小時，我很後悔把整個寒假都花在了這個項目上，沒有學該學的數學、寫該寫的博客。但是現在回想起來，這個項目讓我對單片機開發有了新的認識。
背景（二）
曾經AVR單片機教程唯一的讀者要開始獨立做項目了，這是對我文章質量的一次考驗。從我們之間的交流來看，我沒有通過這次考驗——
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我說從供電開始思考：通常USB可以提供5V1A，如果需要5V2A，就應該考慮從12V1A轉換。她問如何轉換，於是我給她介紹了降壓轉換器。那麼如何確定電流呢？主要耗電器件是32個LED。按我的思路，也可以說是絕大多數業內人士的思路，每個燈不會超過20mA，加起來640mA，其餘器件耗電忽略，1A肯定是夠的。而她的思路是，算出每個LED的等效電阻，並聯起來，再計算電流。她又問，如果電源是5V2A，但負載只有5V1A，會燒壞嗎？
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然後決定用什麼燈。兩年半以前我送給她一個禮物，用32個LED組成一顆心，燈是紅藍交錯的。她想做得比這個高級一點，用32個RGB燈，但這麼多燈的連接是個問題，以及RGB三種顏色之間的亮度匹配。又想到WS2812B，它在功能上很強，但是控制稍微麻煩一點。我提示她可以用PWM來生成控制信號，她又搞不清這裡的PWM和PWM呼吸燈的區別。
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可能是因為在第二期里學過OLED屏和u8g2，在電賽中又用過一遍，又收到了帶OLED屏的禮物，她覺得OLED屏很簡單，想在項目中也放一塊。
暫時不作評價，繼續說事。後來又有兩人從博客園後台聯繫我，以成本價拿到了開發板，成為了教程的讀者（至此我已經沒有多餘的開發板了）。一位讀者剛開始學C，他常常問我兩類我不希望他問的問題（請這位讀者不要生氣）：一類是與單片機無關的純C語言問題，另一類是與教程進度不符的、我想隱藏的實現細節問題。
他們讓我開始反思教程的內容是否充足、順序編排是否合理。
回顧（一）
他們問我的這些問題，很多也是我曾經困惑的。
預初的那個暑假，我正式學習了C語言。此後，我想寫一個C程序來加密文件，把若干位元組作為一組處理一下，寫進新的文件，就算是加密了。文件長度不一定是整組的，最後一組可能要加入幾個空的位元組，這種現在看來很基礎的控制邏輯，我當時想了很久都寫不出來。
我也長期以來不知道電池充電的電流是如何控制的，在我看來把5V電壓加到3.7V鋰電池上根本不可控啊！後來才知道降壓、參考電流、反饋控制之類的。某些營銷號還說5V2A充電器給5V1A手機充電會造成損壞，也難怪非專業人士容易受誤導了。
高一的那個暑假，我完成了第一個像樣的項目，就是前面提到的那顆心。32個LED分別串聯470Ω排阻，接到4片級聯的74HC595上，用GPIO驅動。放到現在，如果不改變設計目標，我會選擇8*4動態掃描的連接方式，還可能用上一片TM16xx來驅動這個陣列。
按下按鍵切換模式，這個很簡單的功能在當時實現得非常亂：先定義一個宏，每次如果按下按鍵就return，然後在循環中多次調用它。現在我會在定時器中斷里處理按鍵，具體來講還有多種方法。
這些不懂的問題、不好的實現，都是經驗。有些不好的實現，比如上面這個按鍵，不值得嘗試，所以我會在回答相關問題時提供我認為合理的方法。類似的有很多，所以我一直儘力回答每個問題，幫人避雷，也好讓我審視一下自己的方法。
回顧（二）
AVR單片機教程的一期介紹了簡單外設的用法。我假設讀者有良好的C語言基礎，所以沒有把基礎單片機和基礎C語言結合起來講，而是在前幾講的作業題中對讀者的C功底提出了較高的要求。針對當時讀者的問題，我專門寫了一篇元教程，強調了要廣泛地了解相關知識。
從按鍵開始我加快了節奏，否則按照一個LED都能寫4篇的速度我現在大概剛剛講到LCD1602。原計劃一期結束後還有大量內容，但是我當時已經不大想寫了，所以挑了點必要的組成了第二期的6講。
現在有讀者反映第二期太難，其實不是太難而是兩期之間有明顯斷層。在與讀者交流的過程中，我還發現有很多我強調過的點還強調得不夠：有些是我沒講清楚，有些是讀者真的做不到，比如完成作業——我把很多關鍵的、實際應用中需要的問題放在了作業中，它們容易被忽略，至少沒有被足夠嚴肅地對待。
這些問題，以及上面帶有責怪情感的讀者提問，都是我的失職。
展望
我決定開始寫AVR單片機教程第三期。
首先是查漏補缺，這還得再細分幾類：
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外設。I²C和定時器輸入在前兩期的正文中沒有涉及到，會在第三期補上。
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語言。我不應假設讀者有良好的C基礎，但我真的沒法面對完完全全的新手，所以我將補充一些非單片機編程中不常用的特性，以及高級但實用的用法。
第三期的很多內容用C++講起來會更加方便，所以我會簡單介紹那些需要用的C++語法，它們也是我在自己項目中常用的C++功能子集。
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作業。如前所述，很多重要的內容都在作業里，我將提供解題思路和優化建議。
然後是結構：
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與C++綁定起來的對象的概念，包括基於對象與面向對象；
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第二期最後提到的事件驅動範式，原本是單獨的一期，將成為第三期的一部分；
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有些硬件結構可以啟發設計（有的可能最初來自軟件），包括雙緩衝、FIFO、狀態機、流水線等；
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大型程序和庫的結構。
此外，單片機項目的共同問題，比如供電、制板、測試等，也會集中講解一下。
由此可見，這一期「AVR單片機教程」實際上可以把前三個字去掉，儘管我們還是基於AVR平台講解。
我設計了新的開發板，與第一版相比縮小了尺寸，去掉了部分擴展資源，使它更加核心。擴展資源被移動到了單獨的模塊上，多個模塊提供不同方向的器件。
原來的開發板仍然提供支持。新開發板有開放小批量訂購的計劃，目前還在原型設計階段。因此，我將從不依賴於AVR的C和C++開始。
希望第三期能為讀者建立完善的概念，能讓讀者學會必要的單片機編程方法，在例子中積累經驗，獨立設計並製作出與文首項目難度相當的單片機系統。
