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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[敏感詞]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(yīng)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(yīng)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(yīng)用的要求進行相應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)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(yīng)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(wù)――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(yīng)。  
  4、對于不同任務(wù)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(yīng)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(yīng)和顯示的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)的中斷中設(shè)置各種觸發(fā)標志，并將所有的任務(wù)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[敏感詞]的。

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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。[敏感詞]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(yīng)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?，F(xiàn)歸納出單片機開發(fā)中應(yīng)掌握的幾個基本技巧。        
         

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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(yīng)該先考慮系統(tǒng)運行中應(yīng)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(yīng)用參數(shù)：這些應(yīng)用參數(shù)常表現(xiàn)為一些單片機、功能單元的應(yīng)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(yīng)用的必然趨勢。如果使用C編程時，要達到[敏感詞]的效率，[敏感詞]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(yīng)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[敏感詞]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(yīng)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(yīng)用的一個重要方面，單片機應(yīng)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(yīng)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。  
         

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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[敏感詞]地址，這也就是對相應(yīng)的地址的操作?？葱酒?，首先看時序圖，再了解相應(yīng)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[敏感詞]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[敏感詞]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[敏感詞]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[敏感詞]位還是[敏感詞]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?，很好）? 
  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(yīng)，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。

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