對編程感興趣的程序員是否都對電路、單片機也懷有濃厚的興趣？

01-02

看到很多程序員大佬從小都很喜歡電子電路，可編程組件這種看起來很"硬"的東西(現在可以換成3d印表機無人機之類)。碼農們對於編程的熱愛最初就來自於什麼呢？

是否濃厚很難說，不過我在2015~2016年工余時間做了一個寫生機器人，你坐在前面，就會觀察你，然後埋頭苦幹地用筆為你畫一張素描。

它用 Intel RealSense 做臉部追蹤，Intel Edison 控制雲台和機器臂，機器臂也是自己設計的。當然，繪畫演算法和機器臂的運作也是自己實現的。

雖然和最初的構想還有不少距離，但能完成到這程度我也滿足了。

我從中自學了不少新知識和技能，第一次學習使用 SolidWorks，第一次設計機械，第一次組裝，第一次使用微控制器等等??

此小項目獲得公司一個內部比賽的幾個獎項，最近獲邀撰文回顧，寫好後也放到專欄吧。

更新1：兌現承諾，在飛機上先寫了上篇《寫生機器人》製作經驗分享（上）。

大部分CS科班出身的程序員，真正接觸到硬核電路級別的開發，都會頭疼得要死。

要知道，程序員思維的最大的前提條件，就是你的CPU絕對可靠，編譯器絕對可靠，你所用的庫、包99%的功能和設計都可靠，你所看到的文檔99%都是準確且全面覆蓋的，你真正要解決的問題，只有你自己寫的那堆代碼和架構，你自己寫得對，那麼運行的結果就是正確的。如果你在編譯器或者庫中發現了bug，你很有可能換一套東西就沒問題了，或者你跟作者提出，作者在三天後把bug修復了，更新了最新的版本。

而電路級別的開發是什麼？是你不可以信任你手上的任何東西。是不是外圍電路的電阻太大了？是不是虛焊了某個管腳？是不是時鐘頻率錯了？就算晶元本身出現了問題，你也絕對不可能像找編譯器的bug一樣用幾分鐘就能驗證你的想法——最關鍵的是，就算出現了問題，你聯繫了廠商，然後廠商又有什麼辦法呢？難道讓你等著廠商重新設計，流片，驗證，發售，然後再寄到你家裡來？估計那時候你早就放棄了。

其實大部分人上過高級一點的電路、微機原理之類的課，只要不用現成的開發板而是用麵包板，需要你手工查幾十根線的這種任務的時候，大部分人都是頭疼的，因為有一個口口相傳的定理——只要手動插線超過100根，有99.99%的概率第一次不會跑通，哪怕你是100%的像素級抄襲，抄來個電路自己做成PCB板然後焊上元件——這絕不是像編程作業一樣耗時和成果是成正比的——寫程序的事情，就算再麻煩，只要想通原理，付出時間，想好架構，總是能一點點寫完調試的，然而真正搭建一個硬體的東西出了bug，花個三四天時間找不出問題盯著示波器眼睛都瞎了沒有一丁點進展，簡直是在正常不過了。

我相信很多程序員喜歡用單片機開發板寫點東西，或者用Arduino、樹莓派之類的東西搞點發明創造，做出點硬體的東西，但恕我直言，這跟你在計算機上裝好了驅動，用寫好了串口或者USB的東西控制其他設備沒有任何區別，因為你的工作量絕大部分都在軟體上，而真正跟電路、系統級別的開發，還是有著天壤之別。

這篇可能略枯燥。

編程對我的一個影響是，不再把問題看做黑箱，而是通過了解原理，分解模塊，來變成可理解，可實現的解決方案。

幾年前，我們家空調是松下的，溫控不準，26℃太冷，27℃太熱，早上起來，兒子就打噴嚏，流鼻涕。老婆非常不爽，要我解決問題。

分析一下，問題的關鍵在於，空調的溫控模塊在本機上，而我們需要的是，根據孩子床邊的實際溫度調節。

作為程序員，相信遇到的絕大多數的問題，都是別人解決過的，在自己造輪子前，搜一下 stackoverflow/github，是個基本禮儀。

購物界的 stackoverflow，據說是淘寶。讓我震驚的是，淘寶沒有。而且，直到今天，淘寶上也沒有一個很好的溫控方案，都是5，6百塊的zigbee溫度計，聯網手機，插座，通過開關空調實現。

簡單的問題複雜化。

自己搞。

第一步，做個紅外信號 repeater。

簡單的說，就是錄下遙控信號，並重播。一個接收器，可以記錄下遙控器信號。一個發射器，根據記下來的數值，重複遙控信號。

紅外遙控的原理是什麼？

紅外線是光，由led燈泡發出，只是人看不到而已。燈只能亮，或者不亮，按遙控器時，通過不同時長閃爍led燈，來編碼信號。

接收器收到的信號，是個數組，表示遙控器上led燈亮和滅的時長。如果我的裝置上的 led 燈，能按照這個數組閃爍，理論上就可以重複遙控命令了。

我用電風扇試試，果然，轉了！

見證奇蹟的時刻來臨了，我捧著麵包板，揪著led發射頭，叫上老婆和我媽，來，看魔術。

空調沒開，我上竄下跳，站椅子上，對著空調發射，它也沒開。

我媽表示，就你那幾根破線想開空調，造空調的人都可以去喝西北風了。

面對群眾的冷嘲熱諷，我並不氣餒，寫個程序，還要 debug 幾次，第一次跑不過，很正常嘛。

只是，硬體的 debug 環境太惡劣了。

沒有 log，沒有 exception，空調就是沒反應，這可怎麼下手？

我的第一想法是，信號可能有加密，或者有某種數字簽名。

窮舉。

我錄下了所有按鈕的信號，一個一個跑去空調那裡試。發現大部分不管用，但有一兩個按鈕信號有效，空調有接受，大概是定時器之類的信號，調溫度風量的都沒用。

這說明信號沒加密。

我意識到，無論按溫度，還是風量鈕，都會把溫度，風量，風向等數值一次發出去，也就是說，很多信息要傳輸。

溢出！

程序底層用的是一個叫IRRemote的開源庫，查到它用來存儲信號的數組長度是255，超過了就會覆蓋。改成 512，果然，收到了一個長度三百多的數組。

又叫老婆和我媽來見證奇蹟，這次空調開了。

第二步，溫控。

LM35，插上麵包板，沒反應，奇怪，拔下來...

嗷！！！

手上燙個泡，超痛！搞硬體就是危險，軟體寫這麼多年，都沒受過傷。只是把正負極接反了，它就變成電爐了。

LM35是模擬電路的，誤差大，精度不行，白被燙一下，換成了ds18b20，編程麻煩點，但精度和穩定性都好很多。

第三步，演算法。

熱了調低，冷了調高，好像很簡單。

其實不然。

1，因為測量的是房間實際溫度，升溫和降溫都有一個時差，不是說調了立刻有用，

2，目標溫度是一個範圍，比如，26.2℃ 到 27℃，在範圍內，不調節。

3，超出範圍後，發射預錄信號，室溫超過27℃，就調空調至25℃，15分鐘後還沒降下來，就發射 24℃的信號，以此類推。

見證奇蹟的時候到了，我很自豪的把它布置到床邊。

夜裡空調噼里啪啦的響，風忽大忽小，溫度忽高忽低，我的裝置不停的發射信號，有種山雨欲來風滿樓的感覺。半夜起來，拔下裝置電源，裹在被裡，思考哪裡出了問題。

第四步，屏顯。

離開電腦，我不知道它發了什麼信號，為什麼發。痛定思痛，裝了兩個 led 燈上去，熱了，就閃紅燈，冷了，就閃藍燈。

別看燈小，真亮啊！

半夜三更，空調呼呼的吹，藍燈紅燈刷刷的閃，好像飛碟來了，超有feel。

顯然，老婆是不欣賞的。我對debug的精度也有追求，拔了燈，上了個1602的 lcd屏，用電烙鐵，怕燙手，焊腳焊的好像被炮轟過一樣，但至少亮了，能顯示室內溫度，和空調溫度。

第五步，優化演算法。

有了屏幕，有種 ide 在手的主場感，信心滿滿，很快就找到問題。

比如，太熱，發射信號調低溫度，15分鐘後，還熱，再調低... 等到室溫開始下降時，空調溫度可能已經很低了，而室溫會越降越快，掠過目標溫度範圍，變成太冷，裝置又開始一度一度向上調，直到過熱。

重要的不僅是當前的溫度，還有趨勢！

我調整了演算法，考慮到溫度變化的趨勢，在到達適宜溫度附近時，就開始預回調空調溫度，讓它用一個更和緩的姿勢，進入舒適區。

還發現，同樣的室溫，早上的時候，感覺會更冷。為了更舒適的睡眠，設了個規則，在首兩個小時候後，每小時溫度範圍提高0.1℃。

這個時候，睡覺已經很爽了。

第六步，輸入。

不想每次調數值都用電腦燒入，就要有個輸入裝置。 lcd屏佔了太多的介面，剩下的只能接一個按鈕。

一個按鈕怎麼調呢？

我設計了個單按鈕菜單，5大功能，長按跳轉功能，短按循環數值，剛開始調試的時候，天天蹲在床邊按按鈕，有種地下黨發電報的刺激感。

最後，雜項。

實際操作中，還有很多小問題。

比如，內存只有1k還是2k，我放了幾個整數數組來存空調命令，程序就崩潰了。還要研究編碼，把300多的數組壓縮成幾個數字，才能繼續下去。

溫度模塊可能有擾動，需要求動態平均值才比較妥當。

作為程序員，遇到問題，需要用宏，腳本，就用；需要爬網頁，資料庫，就爬；需要插麵包板，焊針腳，就插；我感興趣的不只是語言或硬體，而是分析問題，解決問題的過程。

不知道吃什麼，就爬了央視的天天飲食；炒股虧錢，就做了個模擬交易的平台；覺得時光飛逝，不知所措，就寫了一個安排生活的 app。

從分析，設計，實現，到最終應用，解決問題，看著自己的想法，從無到有，一步步落地，這個過程讓人著迷。

我的溫控裝置跑了兩年，每晚守護兒子睡覺，直到搬家：）

越底層的東西越難做。

編程其實是很高層了。編程的時候，我們通常可以假設電腦是好的而不是壞的。編寫的程序，在沒有改動的情況下，如果今天運行是正確的，那麼通常明天運行也會是正確的。

電路相對來說就更底層一些。有時候電路做不對，就是因為某個元件壞了，換一個元件就好了。一些更糟糕的情況，是電路工作基本正常但是性能不好，其實是因為某個元件買到了殘次品、仿冒品。有時候電路今天是好的，但是掉進去了一個金屬渣，明天電路就壞掉了。甚至一些時候，換個電容的品牌，好的電路就不好用了，尤其是做射頻電路的時候。

另外，編程可以在一個小屋裡足不出戶地專註地編寫。但是做電路板需要買元件。很多時候，元件不是一家商店能湊齊的，常常需要十來個商店雜七雜八地買，才能湊齊一個電路板的元件。

編程比較容易改。一個小程序，編譯不需要很長時間的話，可以說是改動後立刻能驗證。但是電路板改動一次，需要重新印製、焊接，改一次周期很長。

繼而，對於一般的PC程序，練習編程幾乎是不要錢的。所以常常有中學生甚至小學生在編程上取得一些造詣。但是做電路是費錢的，中學生或小學生在沒有親友贊助的情況下很難在做電路上有造詣。

實際上，有很多人是因為做電路做得太痛苦了，改行到編程，只寫程序、不做硬體。但是本來做編程的人改行去做電路的，就我的觀察來說編程改電路的人遠遠少於電路改編程的人。

有興趣，但不濃厚，因為硬體開發debug的體驗真的是太tm差了

我高中的時候，在麵包板上把CMOS4000系列那些集成電路玩了個遍。這麼多年過去了我還能記得4013是雙D型觸發器，4096是六個反相器或是什麼來的，二十多年前的事了……

拿那些與或非門、二進位十進位轉換器、觸發器、並串轉換器、寄存器自己搭電路。輸入就是按鈕、開關或者脈衝發生電路，輸出就是一大堆單個的LED，或者8段數字管，或者喇叭（當把受控的分頻器串接在脈衝源和功放之間的時候）。

有時候能廢寢忘食的畫一張巨大巨大的圖紙來描述自己的想法，然後用N多麵包板和密密麻麻的導線去實現電路。當然沒有一次能一次性上電就成功的。然後慢慢分析錯哪兒了，從而自行發現了對比法、排除法等一些簡單的debug方法。

直到後來有一天，我看了一篇8008的科普文章，雖然能看懂的不多，而且現在也不記得了，但我記得那一次我明白了，我那根本不是在玩電路。

本質上就是在編程。只不過不是用指令，更不是語句，而是與或非。與或非實現觸發器，觸發器產生狀態，狀態拼湊出更複雜的邏輯，邏輯約等於行為，行為就能為人做事情。

------------------------

我至今都記得剛理解了4013後，給我家做的第一個「貢獻」就是把家裡拉繩的電燈，換成按鈕的了，一片4013，一個三極體驅動一個繼電器，機械按鈕用一個電阻一個電容消除雜訊。按一下就亮，再按就滅。

當天中午著實把我媽鎮住了。

當天下午就壞了。因為在我的「設計」中，繼電器通電從而開關跳轉後，電燈斷電，整個控制電路由電池供電……

我是EE出身，做了好幾年FPGA開發，所以很喜歡硬體，每次看到板子和晶元都很興奮，但是實驗室的師弟們基本沒有喜歡的。實驗室花了好幾年做了兩款晶元，設計晶元的一代又一代碩士們畢業後大部分都去做軟體了。圖中左邊是一塊FPGA評估板，右邊子板上的晶元就是實驗室設計的DSP，正在用邏輯分析儀進行測試。個人覺得很有魅力。另外這些線不是飛線，只是為了用邏輯分析儀測試把引腳信號印出來。

沒有，我對硬體毫無興趣。我小時候從一開始就是沖著開發遊戲去的，只是沒想到遊戲行業對員工這麼不友好，才去的微軟。

當然不是，還是取決於個人愛好了。

當前總的來說，計算機系出身的人，尤其是本科生，雖然也學過數字電路、計算機體系結構、嵌入式系統，但基本上說起來編程，還是只存在於visual studio、vim、eclipse這種x86的上層工具裡面。我見過的來說，計算機系出身的，如果從事的工作不是在電子和嵌入式行業的，能玩玩樹莓派和arduino就算差不多到頭了，因為這兩個東西把底層封裝的比較好、硬體本身性能也高，社區資源也多，不太用擔心底層硬體問題。

這兩種平台，不太需要考慮到底是寄存器寫的不對還是硬體本身就壞了-那樣子需要拿著示波器萬用表信號發生器之類的東西去檢測。也不需要考慮時鐘、資源和流水線的問題，硬體都是不能改動的了。

我還是覺得「編程的人是否業餘該玩硬體」，是個個人愛好的問題，不是必要的，現在分工這麼細，不存在那種什麼都會的人，高層碼農們業餘做個小製作就好，沒必要事必躬親啥都干。就像c羅梅西這種top2的前鋒，去個低水平比賽客串個中場後衛什麼的相信都沒問題，但是在歐冠裡面就算小組賽也不能這麼浪吧（德羅巴倒是可以打左後衛）

我本科剛開始時候是天天和搞純軟體的人混在一起的 @牛耿，當時一起寫個java什麼的也挺開心的，到了後來做的東西就越來越不一樣了，一起吃飯的時候我說我的破爛單片機居然主頻有72MHz，內存有32k，幸福的不得了，還說起來如何中斷之間如何設置優先順序，微型os進程如何同步，外面電路怎麼操作。他們聽了都哈哈大笑，他們都是玩集群裡面至少幾十上百G內存的。我對於cs流行技術早就落伍了，但是玩玩嵌入式還是比cs的一般碼農稍微強一些的。

我懂電子，但不喜歡

比如你要我給你設計個鍵盤，從裡到外，我是可以的，再複雜的，我就不願意了

無人機和立體列印從來不看

這個推論不成立，就完全不是一回事，我從來勸人遠離靠近硬體的軟體開發

少量二值演算法確實有非常優雅的迭代實現方法，也往往可以有非常優雅的電路運算圖來進行表示。

典型如極化碼, 原作者初始版的蝶形圖非常讓我著迷，無論是編碼還是解碼。。後來主要的介紹類文章都喜歡換一種電路序來介紹，但是我自己畫草圖的時候，始終不自覺的畫作者的那個原版。

還有一個就是用於turbo碼和ldpc碼的置信擴散解碼演算法，，真的就是個運算放大器啊。。後來我也用那個對應的和積演算法思路來算一些組合題目。個人其實也對Berlekamp-Massey algorithm 之類的思路挺感興趣的。

但要說更多的喜歡，那真的確實沒有了。軟的和硬的其實還是有點距離的。正是因為了解，才知道自己能力有限，而且動手能力不強，畫點抽象的運算電路還行，真要做點啥，需要考慮的方方面面真的是太複雜了，非我所能。

不過我也知道了硬體運算電路一般喜歡啥：可以用移位寄存器的電路（設計方便容易，而且提升頻率的限制少），大部分情況能迭代收斂的閉合（或者叫反饋）運算電路（運算快），蝶形的電路（可以用多個小電路來組合成大電路，方便擴展）。。。這就是當時想要發文章時候的腦迴路：任何一點修改優化，都想想，是否更方便了硬體實現啊，是否更方便了硬體時序的並行啊。。。

我沒有接觸過單片機。不過我本科是電子系的，所以電路、麵包板當然玩過，還玩過 FPGA，用它製作小車參加了系裡的電子設計大賽。

我感覺，像電路這些硬體的東西，我真正覺得能夠完全駕馭它們的時候，就已經是把它們進行了層層的抽象，而可以當成軟體的時候了。比如在 FPGA 課上，我實現了一個超級瑪麗版的彈球遊戲。在實現的過程中，我進行了多層的抽象與封裝，基本上就像在設計軟體，至於這些功能在 FPGA 晶元上是如何實現的，我其實並不太關心。

所以我覺得，我的真愛還是軟體，是用編程創造秩序的快感。硬體對我來說，更像是一個解謎遊戲，而它的解法，就是化歸成軟體問題。

我的步驟是這樣的：

小學4年級開始：喜歡無線電，一隻玩到工作，有電台執照。HAM一枚。自己設計製作電台。

初中開始：玩appleII ，寫basic。

高中開始：玩數字電路，單片機。都是自己做。然後寫彙編。

工作後：寫C、C++等等

現在：不玩無線電了，因為有潔癖，不喜歡家裡亂。只寫代碼：C、C++、Java、javascript、pasic、PHP、erlang、actionscript等等

已經43歲了，轉了一圈回來，現在會教孩子玩 Arduino ,寫C，刷noip。

我覺得對於硬體是否有興趣，可能取決於自己 DIY 改變生活的樂趣。

大學學的是電焊：

焊多了，就敢拆開你的 MBP，換個電池：

額，不對是電子信息工程。不過，主要的實踐時間裡都電鉻筆與編程上。畢業三年多，還在燒錢中：

最喜歡的硬體還是 Raspberry Pi、Arduino 和 ESP8266，計劃在寫一個相關的教程《寫給軟體工程師看的硬體編程指南》，但是感覺力不從心了。

只是對於一個已經工作的人來說，這些錢沒有在學校的時候壓力那麼大。

硬體是代碼與現實世界的介面，有了這個介面，我們可以做任何我們想做的事情。用 Raspberry Pi 跑個 RetroPie 加幾個 XBox 控制器遊戲機：

跑個 XMBC 當媒體中心：

再找個 Raspberry Pi，然後根據我寫的智能家居教程（phodal/smart-home）：運行個 Homebridge 或者 Home Assistant 當個智能家居的中樞：

有個 iPhone 就可以用 Siri 語音控制，有個能聯網的設備，就可以用網頁控制，有個 Alexa，就可以語音控制：

使用 ESP8266 模擬個 Wemos，就可以輕鬆地將 Alexa 與 Broadlink 連接到一起，就能輕鬆地控制你們家的所有紅外設備，如空調、電室。

你還可以像我最近在翻譯的 DIY 類文章一樣（http://play.phodal.com/play/）做更多的事情。使用 Ngrok 來從外網訪問：

搭建個 MineCraft 私服：

自製基於 Snips 和 Snowboy 的聲控音箱來保護你的隱私：

硬體，可以讓生活充滿可能性

不喜歡，一點都不喜歡

我特別小的時候沒電腦，就只能玩電路，而且我爹就是搞電路的，家裡元件多，隨我折騰。最早就三極體二極體電容電阻啥的，那時候偶然得到一些電阻是色環的，數色環都興奮的不得了。我記得那時候有種集成塊叫555的，特別好，可以用來做很多東西。

單片機我玩的不多，就玩過8031/51，每個引腳都如數家珍啊，可惜我只有一片，當時總想著搞兩塊聯動。大學時候競賽還玩過一個富士通的，競賽完了就還回去了，主辦方太小氣了，那小破玩意送我又能怎地。玩樹莓派不能算玩單片機吧，那系統已經非常完備，和台電腦沒差別了。

其實自從有電腦可以寫程序了，電路就很少玩了，還是寫代碼更爽。。。。我覺得我對編程的熱愛不能說來自電路，我就是愛動手而已。

當然來自於它:

但是發現自己時間不夠了…

不啊，我更喜歡公司發的程序員鼓勵師。

她穿著性感嫵媚動人，輕輕在我耳邊摩擦來摩擦去，她的頭髮滑落在我的臉上，有淡淡的誘惑味道，看著我寫的代碼，手輕輕按上我的胸，用輕不可聞的夢囈告訴我，只要解決了這一個bug我就可以開房做任何我想做的事。

然後我像打了雞血一樣迅速把bug完美改掉，打開了11開了房找幾個兄弟開黑玩起了鍾愛的dota1。

大學也學了數電和模電，做了些萬用表、萬能充這樣的玩意，畫得了電路圖，也能焊soc。

當年arduino帶我走向了編程興趣的大門，但很快就對硬體編程感到失望了：一百多塊錢贈送的組件包就那麼一些舵機、LED、液晶屏、馬達，要想實現更多的功能，還得買更多的硬體，想看到更多的效果、對實體的更多的反饋得花錢，簡直是編程界的頁游好吧。。。

後來很快陷入了Python編程然後到處爬古裝小姐姐照片了。。成本極低，一樣有實時積極的反饋。。

大學就是學的電子，天天鼓搗單片機，pcb，電烙鐵啥的，說實話硬體做出來的成果比軟體成就感更強

問題是太累了啊，而且我手笨啊，總要把時間花在不起眼的地方，而且要學的東西太多了，真的累，數電還好點，模電要人命啊，畫電路圖也是累，一點錯整塊板子就廢了

後來畢業先去了硬體公司，做電錶啥的，發現這種為了穩定程序都是幾年不大改的，工作崗位是研發，實際上工作內容大部分都是跟工廠和採購打交道，而且晉陞前途渺茫，七八年經驗只敢說自己略懂一二……工資對比軟體的虛高也是低的可憐，於是那時候果斷放棄轉去做軟體了……

其實對硬體方面的興趣還是有的，只是當工作就算了吧……現在可編程硬體也比較發達了，那個半成品來玩玩還可以，自己從畫板子開始的話，還是算了……