單片機發(fā)展簡史

MCU是Microcontroller Unit 的簡稱，中文叫微控制器，俗稱單片機，是把CPU的頻率與規(guī)格做適當縮減，并將內(nèi)存、計數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制，諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

PART.01 單片機發(fā)展簡史

單片機出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器（CPU）的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國英特爾公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段。下面以英特爾公司的單片機發(fā)展為代表加以介紹。

1971年~1976年

單片機發(fā)展的初級階段。1971年11月英特爾公司首先設(shè)計出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器英特爾4004，并配有RAM、 ROM和移位寄存器， 構(gòu)成了第一臺MCS—4微處理器， 而后又推出了8位微處理器英特爾8008， 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。

1976年~1980年

低性能單片機階段。以1976年英特爾公司推出的MCS—48系列為代表， 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定時/計數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導體芯片上的單片結(jié)構(gòu)， 雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB）， 也沒有串行I/O， RAM、 ROM容量小， 中斷系統(tǒng)也較簡單， 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。

1980年~1983年

高性能單片機階段。這一階段推出的高性能8位單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)， 多個16位定時器/計數(shù)器。片內(nèi)RAM、 ROM的容量加大，且尋址范圍可達64 KB，個別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。

1983年~80年代末

16位單片機階段。1983年英特爾公司又推出了高性能的16位單片機MCS－96系列，由于其采用了最新的制造工藝， 使芯片集成度高達12萬只晶體管/片。

1990年代

單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。

PART.02 單片機的分類及應用

MCU按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應用（典型為8031）；帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)Flash型（典型芯片為89C51）等類型。

按用途可分為通用型和專用型；根據(jù)數(shù)據(jù)總線的寬度和一次可處理的數(shù)據(jù)字節(jié)長度可分為8、16、32位MCU。

目前，國內(nèi)MCU應用市場最廣泛的是消費電子領(lǐng)域，其次是工業(yè)領(lǐng)域、和汽車電子市場。消費電子包括家用電器、電視、游戲機和音視頻系統(tǒng)等。工業(yè)領(lǐng)域包括智能家居、自動化、醫(yī)療應用及新能源生成與分配等。汽車領(lǐng)域包括汽車動力總成和安全控制系統(tǒng)等。

PART.03 單片機的基本功能

對于絕大多數(shù)MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對不同的MCU，其描述的方式可能會有區(qū)別，但本質(zhì)上是基本相同的：

1、TImer(定時器)：TImer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時間間隔的TImer，即其定時的時間是由系統(tǒng)設(shè)定的，用戶程序不可控制，系統(tǒng)只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見，因此可以用來實現(xiàn)時鐘、計時等相關(guān)的功能。

另一類則是Programmable Timer(可編程定時器)，顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數(shù)(Prescale)選擇及預制數(shù)的設(shè)定等，有的MCU三者都同時具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應用非常靈活，實際的使用也千變?nèi)f化，其中最常見的一種應用就是用其實現(xiàn)PWM輸出。

由于時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter(事件計數(shù)器)合在一起。

2、IO口：任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：

純輸入或純輸出口：此類IO口由MCU硬件設(shè)計決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進行實時的設(shè)定。

直接讀寫IO口：如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當執(zhí)行讀IO口指令時，就是輸入口;當執(zhí)行寫IO口指令則自動為輸出口。

程序編程設(shè)定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據(jù)實際的需要來進行設(shè)定，應用比較靈活，可以實現(xiàn)一些總線級的應用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等。

對于IO口的使用，重要的一點必須牢記的是：對于輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實現(xiàn));而對于輸出口，其輸出的狀態(tài)電平必須考慮其外部的連接情況，應保證在Standby或靜態(tài)狀態(tài)下不存在拉電流或灌電流。

3、外部中斷：外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能，一般用于信號的實時觸發(fā)，數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)的檢測，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)幾種。外部中斷一般通過輸入口來實現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時其中斷功能才會開啟;若為輸出口，則外部中斷功能將自動關(guān)閉(ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時也能觸發(fā)中斷功能)。外部中斷的應用如下：

外部觸發(fā)信號的檢測：一種是基于實時性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號的檢測等，而另一種情況則是省電的需要。

信號頻率的測量：為了保證信號不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇。

數(shù)據(jù)的解碼：在遙控應用領(lǐng)域，為了降低設(shè)計的成本，經(jīng)常需要采用軟件的方式來對各種編碼數(shù)據(jù)進行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼。

按鍵的檢測和系統(tǒng)的喚醒：對于進入Sleep狀態(tài)的MCU，一般需要通過外部中斷來進行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產(chǎn)生電平的變化。

4、通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：

SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(串行時鐘)及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver。

UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，其信號線只有Rx和Tx兩條，基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even， Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位數(shù)據(jù)所占的時間稱為Baud Rate(波特率)。

對于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)位的長度、數(shù)據(jù)校驗方式(奇校驗、偶校驗或無校驗)、停止位(Stop Bit)的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機的串口進行數(shù)據(jù)通訊。

I2C接口：I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號來實現(xiàn)：SDAT(串行數(shù)據(jù)輸入輸出)和SCLK(串行時鐘)。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設(shè)備，通過地址來進行識別和訪問;I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實現(xiàn)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴格的速率要求。

5、Watchdog（看門狗定時器）：Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置(一些4位MCU可能沒有此功能)，大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M行復位而不能對其關(guān)閉(有的是在程序燒入時來設(shè)定的，如Microchip PIC系列MCU)，而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問了Watchdog寄存器，就自動開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復位時間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應用是為MCU因為意外的故障而導致死機提供了一種自我恢復的能力。

PART.04 全球主流單片機制造商

（排名不分先后，整理為主流廠商，如有缺少請在評論區(qū)補充）

歐美地區(qū)

1、Freescale+NXP（飛思卡爾+恩智浦）：荷蘭，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、LED和普通照明、醫(yī)療保健、多媒體融合、家電和電動工具、樓宇自動化技術(shù)電機控制、電源和功率轉(zhuǎn)換器、能源和智能電網(wǎng)、自動化、計算機與通信基礎(chǔ)設(shè)施。

2、Microchip+Atmel（微芯科技+愛特梅爾）：美國，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、工業(yè)用、電機控制、汽車、樓宇自動化、家用電器、家庭娛樂、工業(yè)自動化、照明、物聯(lián)網(wǎng)、智能能源、移動電子設(shè)備、計算機外設(shè)。

3、Cypress+Spansion（賽普拉斯+飛索半導體）：美國，主要提供8位、16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、家用電器、醫(yī)療、消費類電子、通信與電信、工業(yè)、無線。

4、ADI（亞德諾半導體）：美國，主要提供8位、16位、32位MCU。應用范圍：航空航天與國防、汽車應用 、樓宇技術(shù) 、通信 、消費電子 、能源 、醫(yī)療保健 、儀器儀表和測量 、電機、工業(yè)自動化 、安防。

5、Infineon（英飛凌）：德國，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、消費電子、工程、商用和農(nóng)用車輛、數(shù)據(jù)處理、電動交通、工業(yè)應用、醫(yī)療設(shè)備、移動設(shè)備、電機控制與驅(qū)動、電源、面向摩托車電動自行車與小型電動車、智能電網(wǎng)、照明、太陽能系統(tǒng)解決方案、風能系統(tǒng)解決方案。

6、ST Microelectronics（意法半導體）：意大利/法國，主要提供32位MCU。應用范圍：LED和普通照明、交通運輸、醫(yī)療保健、多媒體融合、家電和電動工具、樓宇自動化技術(shù)電機控制、電源和功率轉(zhuǎn)換器、能源和智能電網(wǎng)、自動化、計算機與通信基礎(chǔ)設(shè)施。

7、Qualcomm（高通）：美國，主要提供16位，32位MCU。應用范圍：智能手機、平板電腦、無線調(diào)制解調(diào)器。

8、Texas Instruments（德州儀器）：美國，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、消費電子、醫(yī)療設(shè)備、移動設(shè)備、通信。

9、Maxim（美信）：美國，主要提供32位MCU。應用范圍：汽車電子、消費電子、工業(yè)應用、安防。

日韓地區(qū)

1、Renesas（瑞薩）：日本，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：電腦及外設(shè)、消費類電子、健康醫(yī)療電子、汽車電子、工業(yè)、通信。

2、Toshiba（東芝）：日本，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、工業(yè)用、電機控制、無線通信、移動電話、電腦與周邊設(shè)備、影像及音視頻、消費類(家電)、LED照明、安全、電源管理、娛樂設(shè)備。

3、Fujitsu（富士通）：日本，主要提供32位MCU。應用范圍：汽車、醫(yī)療、機械，家電。

4、Samsung Electronics（三星電子）：韓國，主要提供16位、32位MCU。應用范圍：汽車電子、工業(yè)用、電機控制、汽車、樓宇自動化、家用電器、家庭娛樂、工業(yè)自動化、照明、物聯(lián)網(wǎng)、智能能源、移動電子設(shè)備、計算機外設(shè)。 ? 中國地區(qū)

▍中國大陸地區(qū)

1、希格瑪微電子：主要提供32位MCU，應用范圍：電信、制造、能源、交通、電力等。

2、珠海歐比特：主要提供32位MCU，應用范圍：航空航天：星箭站船、飛行器;高端工控：嵌入式計算機;艦船控制、工業(yè)控制、電力設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控。

3、兆易創(chuàng)新：主要提供32位MCU，應用范圍：工業(yè)自動化、人機界面、電機控制、安防監(jiān)控、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)。

4、晟矽微電子：主要提供8位、32位MCU，應用范圍：小家電、消費類電子、遙控器、鼠標、鋰電池、數(shù)碼產(chǎn)品、汽車電子、醫(yī)療儀器及計量、玩具、工業(yè)控制、智能家居及安防等領(lǐng)域。

5、芯海科技：主要提供16、32位MCU，應用范圍：儀器儀表、物聯(lián)網(wǎng)、消費電子、家電、汽車電子。

6、聯(lián)華集成電路：主要提供8位、16位MCU，應用范圍：消費電子、白色家電、工業(yè)控制、通信設(shè)備、汽車電子、計算機。

7、珠海建榮：主要提供8位MCU，應用范圍：家用電器 、移動電源。

8、炬芯科技：主要提供8位至32位MCU，應用范圍：平板電腦、智能家居、多媒體、藍牙、wifi音頻。

9、愛思科微電子：主要提供8位、16位MCU，應用范圍：消費類芯片、通訊類芯片、信息類芯片、家電。

10、華芯微電子：主要提供8位、4位MCU，應用范圍：衛(wèi)星接收器、手機充電器、萬年歷、多合一遙控器。

11、上海貝嶺（華大半導體控股）：主要提供8位、16位、32位MCU，應用范圍：計算機周邊、HDTV、電源管理、小家電、數(shù)字家電。

12、海爾集成電路：主要提供14位、15位、16位MCU，應用范圍：消費電子、汽車電子、工業(yè)、智能儀表。

13、北京君正：主要提供32位MCU，應用范圍：可穿戴式設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、智能家電、汽車、消費類電子、平板電腦。

14、中微半導體：主要提供8位MCU，應用范圍：智能家電、汽車電子、安防監(jiān)控、LED照明及景觀、智能玩具、智能家居、消費類電子。

15、神州龍芯集成電路：主要提供32位MCU，應用范圍：電力監(jiān)控、智能電網(wǎng)、工業(yè)數(shù)字控制、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、數(shù)據(jù)監(jiān)控。

16、紫光微電子：主要提供8位、16位MCU，應用范圍：智能家電。

17、時代民芯：主要提供32位MCU，應用范圍：汽車導航、交通監(jiān)控、漁船監(jiān)管、電力電信網(wǎng)絡。

18、華潤矽科微電子（華潤微旗下公司）：主要提供8位、16位MCU，應用范圍：消費電子、工業(yè)控制、家電。

19、國芯科技：主要提供32位MCU，應用范圍：信息安全領(lǐng)域 、辦公自動化領(lǐng)域、通訊網(wǎng)絡領(lǐng)域、 信息安全領(lǐng)域。

20、中天微：主要提供32位MCU，應用范圍：智能手機、數(shù)字電視、機頂盒、汽車電子、GPS、電子閱讀器、打印機。

21、華潤微電子：主要提供8位、16位MCU，應用范圍：家電，消費類電子、工業(yè)自動化控制的通用控制電路。

22、中穎電子：主要提供4位、8位、16位、32位MCU，應用范圍：家電、電機。

23、靈動微電子：主要提供32位，應用范圍：電機控制、藍牙控制、高清顯示、無線充、無人機、微型打印機、智能標簽、電子煙、LED點陣屏等。

24、新唐科技：主要提供8位MCU，應用范圍：照明、物聯(lián)網(wǎng)等。

25、東軟載波：主要提供8位、32位MCU，應用范圍：家電、智能家居、儀器儀表、液晶面板控制器、工業(yè)控制等。

26、貝特萊：主要提供32位MCU，應用范圍：智能家居、工業(yè)控制以及消費類產(chǎn)品領(lǐng)域。

27、笙泉科技：主要提供8位MCU，應用范圍：車用、教育、工控、醫(yī)療等中小型顯示面板。

28、航順芯片：主要提供8位、32位MCU，應用范圍：汽車、物聯(lián)網(wǎng)等。

29、復旦微電子：主要提供16位、32位MCU，應用范圍：智能電表、智能門鎖等。

30、華大半導體：主要提供8位、16位、32位MCU，應用范圍：工業(yè)控制、智能制造、智慧生活及物聯(lián)網(wǎng)等。

▍中國臺灣地區(qū)

1、宏晶科技：主要提供32位MCU。應用范圍：通信、工業(yè)控制、信息家電、語音。

2、盛群半導體：主要提供8位、32位MCU。應用范圍：消費電子、LED照明等。

3、凌陽科技：主要提供8位、16位MCU。應用范圍：家庭影音。

4、中穎電子：主要提供4位、8位MCU。應用范圍：充電器、移動電源、家電、工業(yè)控制。

5、松翰科技：主要提供8位、32位MCU。應用范圍：搖控器、智能型充電器、大小系統(tǒng)、電子秤、耳溫槍、血壓計、胎壓計、各類量測及健康器材。

6、華邦電子：主要提供8位、16位MCU。應用范圍：車用電子、工業(yè)電子、網(wǎng)絡、計算機、消費電子、物聯(lián)網(wǎng)。

7、十速科技：主要提供4位、8位、51位MCU。應用范圍：遙控器、小家電。

8、佑華微電子：主要提供4位、8位MCU。應用范圍：錄音集成電路產(chǎn)品、消費電子、家用產(chǎn)品。

9、應廣科技單片機：主要提供4位、8位MCU。應用范圍：機械、自動化、家電、機器人。

10、義隆電子：主要提供8位、16位MCU。應用范圍：消費電子、電腦、智能手機。

PART.05 單片機的學習竅門

任何一款MCU，其基本原理和功能都是大同小異，所不同的只是其外圍功能模塊的配置及數(shù)量、指令系統(tǒng)等。

對于指令系統(tǒng)，雖然形式上看似千差萬別，但實際上只是符號的不同，其所代表的含義、所要完成的功能和尋址方式基本上是類似的。

要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數(shù)量、定時器數(shù)量和定時方式、所提供的外圍功能模塊（Peripheral Circuit）、中斷源、工作電壓及功耗等等。

了解這些MCU Features后，接下來第一步就是將所選MCU的功能與實際項目開發(fā)的要求的功能進行對比，明確哪些資源是目前所需要的，哪些是本項目所用不到的。

對于項目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認真理解MCU的相關(guān)資料，以求用間接的方法來實現(xiàn)，例如，所開發(fā)的項目需要與PC機COM口進行通訊，而所選的MCU不提供UART口，則可以考慮用外部中斷的方式來實現(xiàn)。

對于項目開發(fā)需要用到的資源，則需要對其Manua*進行認真的理解和閱讀，而對于不需要的功能模塊則可以忽略或瀏覽即可。對于MCU學習來講，應用才是關(guān)鍵，也是最主要的目的。

明確了MCU的相關(guān)功能后，接下來就可以開始編程了。

對于初學者或初次使用此款MCU的設(shè)計者來說，可能會遇到很多對MCU的功能描述不明確的地方，對于此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗證程序來理解資料所述的功能;另一種則可以暫時忽略，單片機程序設(shè)計中則按照自己目前的理解來編寫，留到調(diào)試時去修改和完善。前一種方法適用于時間較寬松的項目和初學者，而后一種方法則適合于具有一定單片機開發(fā)經(jīng)驗的人或項目進度較緊迫的情況。

指令系統(tǒng)千萬不要特別花時間去理解。指令系統(tǒng)只是一種邏輯描述的符號，只有在編程時根據(jù)自己的邏輯和程序的邏輯要求來查看相關(guān)的指令即可，而且隨著編程的進行，對指令系統(tǒng)也會越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。

PART.06 單片機的程序編寫

MCU的程序的編寫與PC下的程序的編寫存在很大的區(qū)別，雖然現(xiàn)在基于C的MCU開發(fā)工具越來越流行，但對于一個高效的程序代碼和喜歡使用匯編的設(shè)計者來講，匯編語言仍然是最簡潔、最有效的編程語言。

對于MCU的程序編寫，其基本的框架可以說是大體一致的，一般分為初始化部分(這是MCU程序設(shè)計與PC最大的不同)，主程序循環(huán)體和中斷處理程序三大部分，其分別說明如下：

1、初始化：對于所有的MCU程序的設(shè)計來講，初始化是最基本也是最重要的一步，一般包括如下內(nèi)容：

屏蔽所有中斷并初始化堆棧指針：初始化部分一般不希望有任何中斷發(fā)生。

清除系統(tǒng)的RAM區(qū)域和顯示Memory：雖然有時可能沒有完全的必要，但從可靠性及一致性的角度出發(fā)，特別是對于防止意外的錯誤，還是建議養(yǎng)成良好的編程習慣。

IO口的初始化：根據(jù)項目的應用的要求，設(shè)定相關(guān)IO口的輸入輸出方式，對于輸入口，需要設(shè)定其上拉或下拉電阻;對于輸出口，則必須設(shè)定其初始的電平輸出，以防出現(xiàn)不必要的錯誤。

中斷的設(shè)置：對于所有項目需要用到的中斷源，應該給予開啟并設(shè)定中斷的觸發(fā)條件，而對于不使用的多余的中斷，則必須給予關(guān)閉。

其他功能模塊的初始化：對于所有需要用到的MCU的外圍功能模塊，必須按項目的應用的要求進行相應的設(shè)置，如UART的通訊，需要設(shè)定Baud Rate，數(shù)據(jù)長度，校驗方式和Stop Bit的長度等，而對于Programmer Timer，則必須設(shè)置其時鐘源，分頻數(shù)及Reload Data等。

參數(shù)的初始化：完成了MCU的硬件和資源的初始化后，接下來就是對程序中使用到的一些變量和數(shù)據(jù)的初始化設(shè)置，這一部分的初始化需要根據(jù)具體的項目及程序的總體安排來設(shè)計。對于一些用EEPROM來保存項目預制數(shù)的應用來講，建議在初始化時將相關(guān)的數(shù)據(jù)拷貝到MCU的RAM，以提高程序?qū)?shù)據(jù)的訪問速度，同時降低系統(tǒng)的功耗（原則上，訪問外部EEPROM都會增加電源的功耗）。

2、主程序循環(huán)體：大多數(shù)MCU是屬于長時間不間斷運行的，因此其主程序體基本上都是以循環(huán)的方式來設(shè)計，對于存在多種工作模式的應用來講，則可能存在多個循環(huán)體，相互之間通過狀態(tài)標志來進行轉(zhuǎn)換。對于主程序體，一般情況下主要安排如下的模塊：

計算程序：計算程序一般比較耗時，因此堅決反對放在任何中斷中處理，特別是乘除法運算。

實時性要求不高或沒有實時性要求的處理程序；

顯示傳輸程序：主要針對存在外部LED、LCD Driver的應用。

3、中斷處理程序：中斷程序主要用于處理實時性要求較高的任務和事件，如，外部突發(fā)性信號的檢測，按鍵的檢測和處理，定時計數(shù)，LED顯示掃描等。

一般情況下，中斷程序應盡可能保證代碼的簡潔和短小，對于不需要實時去處理的功能，可以在中斷中設(shè)置觸發(fā)的標志，然后由主程序來執(zhí)行具體的事務――這一點非常重要，特別是對于低功耗、低速的MCU來講，必須保證所有中斷的及時響應。

4、對于不同任務體的安排，不同的MCU其處理的方法也有所不同：

例如，對于低速、低功耗的MCU(Fosc=32768Hz)應用，考慮到此類項目均為手持式設(shè)備和采用普通的LCD顯示，對按鍵的反應和顯示的反應要求實時性較高，因此一般采用定時中斷的方式來處理按鍵的動作和數(shù)據(jù)的顯示；而對于高速的MCU，如Fosc》1MHz的應用，由于此時MCU有足夠的時間來執(zhí)行主程序循環(huán)體，因此可以只在相應的中斷中設(shè)置各種觸發(fā)標志，并將所有的任務放在主程序體中來執(zhí)行。

5、在MCU的程序設(shè)計中，還需要特別注意的一點就是：

要防止在中斷和主程序體中同時訪問或設(shè)置同一個變量或數(shù)據(jù)的情況。有效的預防方法是，將此類數(shù)據(jù)的處理安排在一個模塊中，通過判斷觸發(fā)標志來決定是否執(zhí)行該數(shù)據(jù)的相關(guān)操作；而在其他的程序體中(主要是中斷)，對需要進行該數(shù)據(jù)的處理的地方只設(shè)置觸發(fā)的標志。――這可以保證數(shù)據(jù)的執(zhí)行是可預知和唯一的。 ? ? PART.07 工程師對單片機編程的總結(jié)

1、要養(yǎng)成總結(jié)的好習慣，總結(jié)不僅是對自己學習的一個總結(jié)，還是對學習過程的一個回顧與加深，還可避免第二次犯錯。

2、編寫程序之前先要有一個對該項目熟悉的了解，做到心中有數(shù)，列一個大致框架。仔細推敲該怎么布局，怎樣布局最合理，該步驟很重要。要分析先做哪個模塊，具體到該模塊的具體步驟，各個函數(shù)怎么命名，與其他模塊的銜接等。最好拿張紙記下重要過程。

3、對于c語言的模塊化編程，要先分好各個模塊，一個模塊一個模塊的編程，確定一個順序，按順序來，該模塊成功之后再編寫下一個。對于頭文件，當該模塊編寫好之后再編寫該模塊的頭文件。

4、出現(xiàn)警告不要忽視，說明該程序一定有不合理之處，要弄清其來源，找到解決辦法。找來源時要有針對性，可上網(wǎng)搜一下該方面的資料，或向別人請教。例如，居然把另一個工程內(nèi)的main函數(shù)加入了這個工程。還有居然函數(shù)命名重復。還有根據(jù)實驗現(xiàn)象分析原因，層層遞進。還有端口定義時居然選錯了接口。有時，實在解決不了就休息一下，在想也挺好的。再簡單的地方也要注意一下，都有可能出錯。 ? 在單片機應用開發(fā)中，代碼的使用效率問題、單片機抗干擾性和可靠性等問題仍困擾著。現(xiàn)歸納出單片機開發(fā)中應掌握的幾個基本技巧。 ? PART.08 單片機開發(fā)技巧

1?如何減少程序中的bug
對于如何減少程序的bug，應該先考慮系統(tǒng)運行中應考慮的超范圍管理參數(shù)如下。 ?

物理參數(shù)：這些參數(shù)主要是系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)，它包括激勵參數(shù)、采集處理中的運行參數(shù)和處理結(jié)束的結(jié)果參數(shù)。

資源參數(shù)：這些參數(shù)主要是系統(tǒng)中的電路、器件、功能單元的資源，如記憶體容量、存儲單元長度、堆疊深度。

應用參數(shù)：這些應用參數(shù)常表現(xiàn)為一些單片機、功能單元的應用條件。過程參數(shù)：指系統(tǒng)運行中的有序變化的參數(shù)。

2?如何提高C語言編程代碼的效率 ?
用C語言進行單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)與應用的必然趨勢。如果使用C編程時，要達到最高的效率，最好熟悉所使用的C編譯器。先試驗一下每條C語言編譯以后對應的匯編語言的語句行數(shù)，這樣就可以很明確的知道效率。在今后編程的時候，使用編譯效率最高的語句。各家的C編譯器都會有一定的差異，故編譯效率也會有所不同，優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)C編譯器代碼長度和執(zhí)行時間僅比以匯編語言編寫的同樣功能程度長5-20%。 ? 對于復雜而開發(fā)時間緊的項目時，可以采用C語言，但前提是要求你對該MCU系統(tǒng)的C語言和C編譯器非常熟悉，特別要注意該C編譯系統(tǒng)所能支持的數(shù)據(jù)類型和算法。雖然C語言是最普遍的一種高級語言，但由于不同的MCU廠家其C語言編譯系統(tǒng)是有所差別的，特別是在一些特殊功能模塊的操作上。所以如果對這些特性不了解，那么調(diào)試起來問題就會很多，反而導致執(zhí)行效率低于匯編語言。

3?如何解決單片機的抗干擾性問題
防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到，所以只能看單片機抗干擾能力夠不夠強了。在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設(shè)計靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。 ? 單片機干擾最常見的現(xiàn)象就是復位，至于程序跑飛，其實也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態(tài)，所以單片機軟件抗干擾最重要的是處理好復位狀態(tài)。 ? 一般單片機都會有一些標志寄存器，可以用來判斷復位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些標志。在每次程序復位時，通過判斷這些標志，可以判斷出不同的復位原因；還可以根據(jù)不同的標志直接跳到相應的程序。這樣可以使程序運行有連續(xù)性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復位過。 ? 4?如何測試單片機系統(tǒng)的可靠性
當一個單片機系統(tǒng)設(shè)計完成，對于不同的單片機系統(tǒng)產(chǎn)品會有不同的測試項目和方法，但是有一些是必須測試的： ?

測試單片機軟件功能的完善性

上電、掉電測試

老化測試

ESD和EFT等測試

有時候，我們還可以模擬人為使用中，可能發(fā)生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機系統(tǒng)的接觸端口，由此測試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機系統(tǒng)工作，由此測試抗電磁干擾能力等。

綜上所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應用的一個重要方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。

從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 ? 此外在開發(fā)和應用過程中我們更要掌握技巧，提高效率，以便于發(fā)揮它更加廣闊的用途。 ? ? PART.09 芯片操作總結(jié)

對芯片的操作主要是對芯片內(nèi)寄存器的操作，芯片內(nèi)寄存器在存儲器上映射的都有自己的唯一地址，這也就是對相應的地址的操作?？葱酒?，首先看時序圖，再了解相應的寄存器，了解是如何操作的，定義需要的端口（程序可以識別），編寫寫操作程序和讀操作程序。

如何往芯片內(nèi)寫入數(shù)據(jù)，如何讀出數(shù)據(jù)，通過哪個端口輸入或讀出（最主要的地方）。

通過總線連接芯片時，首先要了解該總線的協(xié)議。I2c總線連接的芯片，主要通過該總線去控制該芯片。

1、點陣中一個74hc595用于列的選擇，令外兩個用于顏色的選擇，點陣相當于二極管的集合，

一端給高電平，另一端給低電平，二極管才能亮。只是一端選擇不同時，亮不同的顏色。

定時器工作模式的選擇：高四位是設(shè)置定時器T1，低四位設(shè)置T0。然后各模式的后兩位設(shè)置工作模式。當設(shè)置兩個定時器時，注意使用或（|）。當用中斷時，注意進入中斷后，該清零的要清零。

2、串口收發(fā)：波特率的設(shè)置一般用模式2（自動重裝初值），因為不同的裝置，處理數(shù)據(jù)的能力不同，設(shè)置波特率主要為了照顧低速裝置及為了彼此間的通訊。中斷標志位要軟件清零。設(shè)置串口中斷時，收發(fā)無論哪一個產(chǎn)生都能進入中斷函數(shù)，因此要注意設(shè)置中斷函數(shù)。（自我感覺一般設(shè)置一種功能，當做上位機或下位機）。

發(fā)送用中斷的話，要解決第一次該怎么進入中斷，因此首先要發(fā)送一次，此后就可以進入中斷了。一次只能發(fā)一字節(jié)，而且只有在TI置一之后才能發(fā)送下一位。

3、Pcf8591ad轉(zhuǎn)換，有四個通道的輸入，讀pcf8591時，選通哪一個通道，讀的就是那個通道輸入的電壓，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲在該芯片內(nèi)，再讀出。讀時先寫芯片的地址，在寫器件的子地址（0x40|通道號），然后就是讀出的數(shù)據(jù)。

4、Da轉(zhuǎn)換是先向芯片內(nèi)寫入器件地址，在寫子地址（0x40），在寫要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。器件地址芯片資料有介紹。

5、對于液晶顯示，寫入數(shù)據(jù)顯示后，他會一直顯示，不用持續(xù)刷新，要想改變，只有重新輸入。

6、對于ds1302時鐘芯片，讀數(shù)據(jù)時是在寫入數(shù)據(jù)時的第八個時鐘下降沿就讀出第一位數(shù)據(jù)的的，然后再為下次輸出做準備，注意程序的寫法，還要注意返回值放的位置。

7、Ds1302中先指明寄存器，再向其中寫入數(shù)據(jù)。芯片資料上的寄存器標出的是地址。（寫保護處程序還不大明白，不是一直都有寫入嗎？為什么還打開寫保護？）

（根據(jù)前面的大俠，可以在初始化時間后設(shè)一標志，有此標志則不用再初始化時間。但是如果斷電后，MCU的RAM是無法保存這個標志的，因此可以用DS1302的RAM保存該標志，待上電后讀取該標志。我也是初學者，最近也打算用DS1302。不知說法對不，我也還沒具體實施，多交流）

8、初始化最好還要寫一下，以防以后忘記。有時注意讀出或?qū)懭霑r，首先操作的是最低位還是最高位，可根據(jù)時序圖判斷出。

9、對于紅外收發(fā)，接收時，他是根據(jù)兩個下降沿之間的時間長短來確定是高電平還是低電平，寫程序時，先用定時器確定時間長短，保存，然后再轉(zhuǎn)化成二進制（該程序?qū)懛ǘ嗫纯矗芎茫?/p>

10、步進電機：主要做開關(guān)用，步進電機的力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而降低。主要用在機床上零部件加工的自動進給。對有較高精度的控制場所都可也使用。

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

11、伺服電機：（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 直流電機：范圍較大，小車上都是。

12、漢字概覽：
為了將漢字在顯示器或打印機上輸出，把漢字按圖形符號設(shè)計成點陣圖，就得到了相應的點陣代碼（字形碼）。

為在計算機內(nèi)表示漢字而統(tǒng)一的編碼方式形成漢字編碼叫內(nèi)碼（如國標碼），內(nèi)碼是惟一的（相當于該字的身份證號）。為方便漢字輸入而形成的漢字編碼為輸入碼，屬于漢字的外碼，輸入碼因編碼方式不同而不同，是多種多樣的。為顯示和打印輸出漢字而形成的漢字編碼為字形碼，計算機通過漢字內(nèi)碼在字模庫中找出漢字的字形碼，實現(xiàn)其轉(zhuǎn)換。

機內(nèi)碼

根據(jù)國標碼的規(guī)定，每一個漢字都有了確定的二進制代碼，但是這個代碼在計算機內(nèi)部處理時會與ASCII碼發(fā)生沖突，為解決這個問題，把國標碼的每一個字節(jié)的首位上加1。由于ASCII碼只用7位，所以，這個首位上的“1”就可以作為識別漢字代碼的標志，計算機在處理到首位是“1”的代碼時把它理解為是漢字的信息，在處理到首位是“0”的代碼時把它理解為是ASCII碼。經(jīng)過這樣處理后的國標碼（內(nèi)碼）就是機內(nèi)碼。

如果我們把這個“口”字圖形的“.”處用“0”代替，就可以很形象地得到“口”的字形碼:0000H 0004H 3FFAH 2004H 2004H 2004H 2004H 2004H 2004H 2004H 2004H2004H 3FFAH 2004H 0000H 0000H。計算機要輸出“口”時，先找到顯示字庫的首址，根據(jù)“口”的機內(nèi)碼經(jīng)過計算，再去找到“口”的字形碼，然后根據(jù)字形碼(要用二進制)通過字符發(fā)生器的控制在屏幕上進行依次掃描，其中二進制代碼中是“0”的地方空掃，是“1”的地方掃出亮點，于是就可以得到“口”的字符圖形。

漢字字模按國標碼的順序排列，以二進制文件形式存放在存儲器中,構(gòu)成漢字字模字庫,亦稱為漢字字形庫,稱漢字庫

兩種編碼方法，見頭文件

?

?

GB1616.h//------------------ 漢字字模的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義 ------------------------//
struct  typFNT_GB16               //漢字字模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
{
      unsignedchar  Index[3];             //漢字內(nèi)碼索引  
       unsignedchar   Msk[32];                      //點陣碼數(shù)據(jù)
 };


/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 漢字字模表                                                        //
// 漢字庫: 宋體16.dot,橫向取模左高位,數(shù)據(jù)排列:從左到右從上到下        //
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
conststruct  typFNT_GB16 codeGB_16[]=         //數(shù)據(jù)表
{
/*------------------------------------------------------------------------------
;  源文件 /文字 :徐
;  寬×高（像素）:16×16
------------------------------------------------------------------------------*/
 "徐",0x10,0x80,0x10,0x80,0x21,0x40,0x42,0x20,0x94,0x10,0x1B,0xEC,0x20,0x80,0x60,0x80,
0xAF,0xF8,0x20,0x80,0x22,0xA0,0x24,0x90,0x2A,0x88,0x21,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

這個結(jié)構(gòu)，很簡單的：一個是內(nèi)碼，一個點陣序列，以前的點陣庫是按內(nèi)碼順序放的，不需要內(nèi)碼索引的，如果只放部分漢字，就需要內(nèi)碼索引了。（前面的漢字“徐”是為了要輸出“徐”的時候找到該字的點陣序列，這個點陣序列是自己寫的，當用1602顯示時，因為該芯片內(nèi)存在英文的點陣序列，所以就不用寫了）一般內(nèi)碼兩個字節(jié)就行了，多用1個字節(jié)是加了個尾0而已，這樣，漢字內(nèi)碼處直接放漢字字符串就可；

?

?

codeGB_16[k].Index[0] codeGB_16[k]說明有一個結(jié)構(gòu)體typFNT_GB16的數(shù)組叫做codeGB_16 codeGB_16[k]是數(shù)組中第k+1個成員 index是結(jié)構(gòu)體typFNT_GB16的成員，所以可以用codeGB_16[k].Index來進行引用 同時index又是個數(shù)組，所以可以index[0] ? if((codeGB_16[k].Index[0]==c[0])&&(codeGB_16[k].Index[1]==c[1])) &&是 邏輯與運算符 意思是 &&符號的兩邊的值都為真 &&的值才為真，也就是 true && true =true 這句的意思是 codeGB_16[k].Index[0]==c[0]? 和 codeGB_16[k].Index[1]==c[1] 同時成立 if下面的語句才執(zhí)行 codeGB_16[]是個結(jié)構(gòu)體數(shù)組，codeGB_16[k].Index[0]是說結(jié)構(gòu)體數(shù)組的第K個結(jié)構(gòu)體的index成員的第0個元素值。 ? 13、12864液晶：
? 每個顯示點對應一位二進制數(shù)，1 表示亮，0 表示滅。存儲這些點陣信息的RAM稱為顯示數(shù)據(jù)存儲器。要顯示某個圖形或漢字就是將相應的點陣信息寫入到相應的存儲單元中。
繪圖RAM的地址計數(shù)器（AC）只會對水平地址(X? 軸)自動加一, 當水平地址=0FH? 時會重新設(shè)為00H? 但并不會對垂直地址做進位自動加一，故當連續(xù)寫入多筆資料時，程序需自行判斷垂直地址是否需重新設(shè)定

14、繪圖RAM（GDRAM）
? 繪圖顯示RAM提供128×8 個字節(jié)的記憶空間，在更改繪圖RAM時，先連續(xù)寫入水平與垂直的坐標值，再寫入兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)到繪圖RAM，而地址計數(shù)器（AC）會對水平地址（X 地址）自動加一，當水平地址為0XFH 時會重新設(shè)為00H ；不會對垂直地址做進位自動加 1. 。在寫入繪圖 RAM的期間，繪圖顯示必須關(guān)閉，
?

?

?

[cpp]?view?plain?copy
// 顯示漢字    
voiddispString (uchar X, Y,uchar *msg)    //X為哪一行，Y 為哪一列。msg  
為漢字   
{  
      if(X==0)       X = 0x80;        // 第一行，漢字顯示坐標   
     else if(X==1) X = 0x90;     // 第二行  
      else if(X==2) X = 0x88;     // 第三行  
     else       X = 0x98;        //第四行  
      Y = X + Y;                //Y 為1 往右移一位   
     write_com(Y);         // 寫入坐標   
  while (*msg)  
  {  
         write_data(*msg++); //顯示漢字   
}  
}  
//////////////////////////////// //////////////// ///////////////  
// 顯示圖象  
voiddisppicture(uchar code *adder)  
{   
    uint i,j;  
//*******顯示上半屏內(nèi)容設(shè)置   
    for(i=0;i<32;i++)                // 上半屏32個列地址  
     {   
           write_com(0x80 + i);    //SET  垂直地址 VERTICALADD  
         write_com(0x80);          //SET   水平地址 HORIZONTAL ADD  
          for(j=0;j<16;j++)  
             {  
                 write_data(*adder);  
                 adder++;  
             }  
      }  
//*******顯示下半屏內(nèi)容設(shè)置   
    for(i=0;i<32;i++)               //  
      {  
           write_com(0x80 + i);     //SET 垂直地址 VERTICALADD  
           write_com(0x88);           //SET  水平地址 HORIZONTAL ADD  
           for(j=0;j<16;j++)  
            {  
                write_data(*adder);  
              adder++;  
          }  
     }  
}

? 對于C語言，定義的變量，自動為其分配空間，其地址為該變量的名稱。通過該名稱，可以在內(nèi)存中招到該數(shù)據(jù)，經(jīng)過運算得到新數(shù)據(jù)，而匯編中需要編程者自己定義存儲空間及把數(shù)據(jù)送到累加器等進行運算，每一步都需要編程者操作。而C語言這些過程由編譯器去完成。

?

?

15、一些有用的答疑解惑
? ①、單片機C語言，其變量的內(nèi)存開辟是如何進行的？難道是編譯器，在編譯過程中智能地加入分配與回收的代碼？關(guān)鍵之處在于我所做的程序，如何保證其沒有內(nèi)存溢出錯誤？如果我進行的是遞歸運算，這樣的話，內(nèi)存需求是很難自己計算的。

②、單片機C語言在變量定義上是否會受到約束？比如浮點型數(shù)據(jù)的乘除運算，通過匯編還寫，代碼相當復雜，如果直接C語言來寫，豈不過份簡單？

③、單片機C語言生成的hex文件中，指令及數(shù)據(jù)的ROM的地址分布是否編譯器自動分配？可否用戶進行分配？

回答1：c語言寫的單片機程序，先由1個程序（好像是c51.exe）編譯，編譯完成后，變量的存儲空間大小已經(jīng)安排好，只是還沒分配具體地址（地址浮動），接下來有另一個程序（好像是a51.exe）進行連接，連接以后，具體地址確定。

如果變量過多，編譯會提示數(shù)據(jù)段too large，要保證其沒有內(nèi)存溢出錯誤，主要考慮堆棧是否溢出，要靠經(jīng)驗

單片機c語言一般禁止遞歸，一般都避免用遞歸運算，單片機畢竟不是PC，會影響速度的，要遞歸的話，用DSP芯片更合適，總之，要會挑合適的芯片

回答2：變量的大小（位數(shù)）一般和芯片累加器的位數(shù)一樣，比如51常用8位的，因為它是8位單片機

單片機可以定義位變量，但是不可以定義位數(shù)組。用c語言寫只是看著簡單，實際生成的代碼量是最多的，用于控制的單片機幾乎不用浮點數(shù)運算，不僅慢還麻煩還占地方，如果是DSP芯片，本身有適合的硬件結(jié)構(gòu)，會好很多。

回答3：一般是自動分配的，可以c語言和匯編語言混合編程，也可以用Keil C在線匯編，芯片與外部的數(shù)據(jù)交換都是通過端口進行的。

審核編輯：黃飛