單片機編程基礎(chǔ)知識問答

21. 在車載DVD系統(tǒng)中，如何設(shè)計電子防震系統(tǒng)?

答：在車載DVD系統(tǒng)，最好選擇高檔DVD機，因為高檔DVD機都采用電子防震系統(tǒng)(ADVANCEDESP)，當(dāng)記憶緩沖區(qū)內(nèi)的讀數(shù)降低，先進的電子防震設(shè)計會以雙速讀數(shù)系統(tǒng)，做出比正常速度快兩倍的讀數(shù)速率，以減低噪聲，即使連續(xù)震蕩仍可避免跳線情況出現(xiàn)，現(xiàn)在就說說什幺叫電子防震。簡單地說：電子防震就是一個信號的儲存--釋放過程，首先CD要先把信號進行提前讀取，也就是我們見到機子的加速，再把信號儲存在RAM中，而我們在開防震的時候所聽到的就是經(jīng)過RAM的聲音，這樣就是它的過程。當(dāng)沒有防震時是由于信號是1比1讀取的，所以當(dāng)受到?jīng)_擊后，就會出現(xiàn)跳音。而當(dāng)開了防震時，機子受到?jīng)_擊后，由RAM釋放出來的聲音使音樂不停地播放，而與此同時，光頭迅速進行復(fù)位檢索，當(dāng)檢索到信號后立即補充，所以不會出現(xiàn)跳音。大概的情況就是這樣。但是這樣還沒有滿足用家的要求，由于這種的方法帶來的時間短，通常只有3秒，所以跳音的機會還是蠻高，如果增大RAM又帶來造價的增高因為RAM這東西價格較貴，尤其是質(zhì)量好的。

22. 在電子防震技術(shù)中，有那些IC或器件可供選擇?

答：在電子防震技術(shù)中，最重要的技術(shù)之一要數(shù)是RAM技術(shù)，而一直以來都是因為它的成本問題，所以防震時間都一直不能增加，也就是說RAM本身就有限制，RAM的容量越大，造價就越高。而許多廠家就如何在RAM的限制里得到最大限度的記憶時間展開了開發(fā)研究。

23. 如何進行編程可以減少程序的bug?

答：在此提供一些建議，因系統(tǒng)中實際運行的參數(shù)都是有范圍的。系統(tǒng)運行中要考慮的超范圍管理參數(shù)有：

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)。合理設(shè)定這些邊界，將超出邊界的參數(shù)都視為非正常激勵或非正常回應(yīng)進行出錯處理。

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、堆迭深度。在程序設(shè)計中，對資源參數(shù)不允許超范圍使用。

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。如E2PROM的擦寫次數(shù)與資料存儲時間等應(yīng)用參數(shù)界限。

過程參數(shù)。指系統(tǒng)運行中的有序變化的參數(shù)。

在上述參數(shù)群對一程序編寫者而言，須養(yǎng)成良好習(xí)慣，在程序的開頭，有順序的用自己喜歡文字參數(shù)對應(yīng)列表來替代，然后用自己定義的文字參數(shù)來編寫程序，這樣在做程序的修改及維護時只在程序的開頭做變動即可，不用修改到程序段，才比較容易且不會出錯。

24. 有人認為單片機將被ARM等系列結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)所取代。單片機的生命期還有多長?

答：因為8位單片機與嵌入式系統(tǒng)的ARM在功能結(jié)構(gòu)和單價的差異，故應(yīng)用層次上就有很大的不同。 ARM適用于系統(tǒng)復(fù)雜度較大的高級產(chǎn)品，如PDA、手機等應(yīng)用。 而8位單片機因架構(gòu)簡單，硬件資源相對較少，適用于一般的工業(yè)控制，消費性家電……等等。評估單片機近期是否會給ARM取代，要觀察兩個因素：

芯片成本

因ARM的工作頻率較高，電路較龐大，所需的芯片制造工藝要求在0。25U以上，成本較高。8位單片機工作頻率相對較低，電路較小，所需的芯片制造工藝在0。5U 即可，成本較低。

功能定位

ARM的功能較單片機強，但兩者定位不同。就如現(xiàn)階段不會有人用ARM去作一個簡單的工業(yè)定時開關(guān)。當(dāng)然，如果兩者單價相同也無不可，但現(xiàn)實是有很大的單價差距。

至于將來，因芯片制造成本會不斷下降，上述的成本差異影響愈來愈少!但我估計在往后5年單片機仍有價格優(yōu)勢，仍能存活!但ARM是否會精簡架構(gòu)，降低成本，搶奪低階市場?我想可能性不大，ARM應(yīng)該會向上發(fā)展。同樣，單片機也只能向上發(fā)展，如16位，高功能……等。 原因就是因為芯片制造工藝進步太快。壓迫芯片設(shè)計往高集成發(fā)展。

25. 在單片機C編成時，如何才能使生成的代碼具有和匯編一樣的效率?

答：如果是使用C語言編程時，不太可能生成的代碼具有1：1和匯編一樣的效率。

C語言命令要被硬件識別并執(zhí)行，必須通過編譯器編譯。編譯器分為前端、中端、后端。前端與各種計算機語言寫的程序打交道，后端與處理器的基本指令集接軌。所以如果使用C編程時，要達到最高的效率，最好能夠很了解所使用的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，使用編譯效率最高的語句，這樣就能確保單片機C編程的時候同樣的功能不同的C程序，編譯效率最高。但是各家的C編譯器都會有一定的差異，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%，所以不同廠家的C編譯器的編譯效率也會有所不同。

26. ARM單片機和哪種內(nèi)核的單片機比較接近?

答：嚴格的說，ARM不是單片機，是一個嵌入式的實時操作系統(tǒng)。ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的都是一套獨一無二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。所以市場上像Intel、IBM、LG半導(dǎo)體、NEC、SONY、菲利浦和國半這樣的大公司都有ARM系列，現(xiàn)在不存在什幺ARM單片機和哪種內(nèi)核的單片機比較接近的問題。而且由于廠家購買內(nèi)核后會根據(jù)自己芯片應(yīng)用方向的不同，自行添加不同的外掛功能模塊，所以，同樣內(nèi)核的芯片其提供的功能是不同的。

27. 從51轉(zhuǎn)到ARM會有困難嗎?

答：從51轉(zhuǎn)到ARM，其實編程之類的原理都是一樣的，但是要注意的是ARM是一個RISC的架構(gòu)，在ARM的應(yīng)用開放源代碼的程序很多，要想提高自己，就要多看別人的程序，linux，uc/os-II等等這些都是很好的源碼。

28. 我學(xué)過MCS51單片機教材，很有興趣，但缺乏實踐經(jīng)驗，手頭沒有任何道具可供演練，資金又有限，請問該怎么辦?

答：在沒有任何條件進行實踐時，如果真的有興趣，可以下載一些具有軟件仿真功能仿真軟件進行一些編程，像一些做得比較好的51仿真軟件應(yīng)該具有這種功能。HOLTEK的仿真軟件HT-IDE3000也具有相應(yīng)的功能，同時它還具有LCD軟件仿真，周邊電路的軟件仿真。

29. 如果已經(jīng)有了針對某MCU的C實現(xiàn)的某個算法，保持框架不變，對核心的部分用匯編優(yōu)化，有沒有一些比較通用的原則?

答：每個人的編程都有自己的風(fēng)格與習(xí)慣，如果要利用別人的程序，在其中修修改改，如果他的程序并沒有很好的模塊化的話，建議最好不要這幺做，否則本來預(yù)期達到事倍功半，說不定反而事半功倍了。要參考他人的程序當(dāng)然可以，但是首要是要看懂并理解他人程序的算法精髓，而不是在他的基礎(chǔ)上打補丁。而關(guān)于算法方面的優(yōu)化，可以購買一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的書籍，上面有比較詳細的說明。

30. 如果準備估計一個算法的MIPS，有什么好的途徑?

答：算法的運行時間是指一個算法在計算機上運算所花費的時間。它大致等于計算機執(zhí)行簡單操作(如賦值操作，比較操作等)所需要的時間與算法中進行簡單操作次數(shù)的乘積。通常把算法中包含簡單操作次數(shù)的多少叫做算法的時間復(fù)雜性。它是一個算法運行時間的相對量度，一般用數(shù)量級的形式給出。度量一個程序的執(zhí)行時間通常有兩種方法：

一種是事后統(tǒng)計的方法。因為很多計算機內(nèi)部都有計時功能，不同算法的程序可通過一組或若干組相同的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以分辨優(yōu)劣。但這種方法有兩個缺陷：一是必須先運行依據(jù)算法編制的程序;二是所得時間的統(tǒng)計量依賴于計算機的硬件、軟件等環(huán)境因素，有時容易掩蓋算法本身的優(yōu)劣。因此人們常常采用另一種事前分析估算的方法。

一種是事前分析估算的方法。一個程序在計算機上運行時所消耗的時間取決于下列因素：

(1)依據(jù)的算法選用何種策略;

(2)問題的規(guī)模。例如求100以內(nèi)還是1000以內(nèi)的素數(shù);

(3)書寫程序的語言。對于同一個算法，實現(xiàn)語言的級別越高，執(zhí)行效率就越低;

(4)編譯程序所產(chǎn)生的機器代碼的質(zhì)量。這個跟編譯器有關(guān);

(5)機器執(zhí)行指令的速度。

顯然，同一個算法用不同的語言實現(xiàn)，或者用不同的編譯程序進行編譯，或者在不同的計算機上運行時，效率均不相同。這表明使用絕對的時間單位衡量算法的效率是不合適的。撇開這些與計算機硬件、軟件有關(guān)的因素，可以認為一個特定算法運行工作量的大小，只依賴于問題的規(guī)模(通常用整數(shù)量n表示)，或者說，它是問題規(guī)模的函數(shù)。

一個算法是由控制結(jié)構(gòu)(順序、分支和循環(huán)三種)和原操作(指固有數(shù)據(jù)類型的操作)構(gòu)成的，則算法時間取決于兩者的綜合效果。為了便于比較同一問題的不同算法，通常的做法是，從算法中選取一種對于所研究的問題(或算法類型)來說是基本運算的原操作，以該基本操作重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)作為算法的時間度量。

算法的MIPS有專門的一門學(xué)問，可以去好好參考相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)書籍。

31. 遙控的編*思路和設(shè)計流程是怎樣的?

答：一般來說完整的遙控碼分為頭碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼和校驗碼四個組成部分。頭碼根據(jù)不同的廠家各不相同，地址碼和數(shù)據(jù)碼都由邏輯“1”和邏輯“0”組成。編碼的設(shè)計目的，就是按照編碼規(guī)則發(fā)送不同的碼值。我們最常見的碼型有SONY、松下、NEC等廠家型號。遙控編碼芯片最常用的是在空調(diào)、DVD、車庫門等遙控器上。

設(shè)計編碼程序可以分為三個部分。

第一部分是了*型的特性。遙控碼的頭碼和地址碼(也稱為客戶碼)是固定不變的，數(shù)據(jù)碼和校驗碼根據(jù)不同的鍵值而改變。

第二部分是計算發(fā)碼時間。遙控碼大部分都是由邏輯“1”和邏輯“0”組成，也就是由一串固定占空比、固定周期的方波所組成。通常這些方波的周期是毫秒甚至微秒等級，需要在時間上計算的比較精確。所以選擇發(fā)碼單片機型號的時候，就要考慮到單片機的運行速度是不是夠快，以及程序運行時間夠不夠。

第三部分就是程序的編寫。選定單片機型號之后，開始設(shè)計程序流程。一般來說我們使用I/O口就可以做發(fā)碼的輸出端口。發(fā)碼程序一般由幾個子程序組成，頭碼子程序、邏輯1子程序，邏輯0子程序以及校驗碼的算法子程序。一旦我們得到要發(fā)送碼的命令后，首先調(diào)用頭碼子程序，然后根據(jù)客戶碼和鍵值調(diào)用邏輯1子程序或者邏輯0子程序，最后調(diào)用校驗碼算法子程序輸出校驗碼。

HOLTEK公司的HT48CA0/HT48RA0、HT48CA3/HT48RA3和HT48CA6是專為遙控器設(shè)計的單片機，它們具有專門紅外輸出口，可以實現(xiàn)絕大部分發(fā)碼的要求。

設(shè)計*程序也可以分為三部分。

第一部分了解編碼波形特性。從分析編碼的高、低脈沖寬度入手，了解邏輯“1”和邏輯“0”的波形占空比、周期。了解頭碼的特性。

第二部分確定接收方式。一般我們可以用I/O口查詢方法或者INT口中斷響應(yīng)方法來接收編碼。這兩者的區(qū)別是I/O口查詢方式比較耗費單片機的運行時間資源，需要不斷的去偵測I/O的電平變化，以免漏掉有效的碼值;而INT口中斷接收方式則比較節(jié)省資源，當(dāng)外部有電平變化時，單片機才需要去處理，不需要時刻進行偵測。但是INT口中斷接收方式不能辨別相同周期不同占空比的波形特性，當(dāng)編碼所攜帶的邏輯“1”和邏輯“0”具有這種特性時，就無法通過INT口中斷接收方式來辨別了，因為INT中斷只是在上升沿或者下降沿的時候才觸發(fā)。

第三部分將接收的碼值存儲并分析執(zhí)行。根據(jù)判斷高低電平的寬度(定時器或者延時)，可以得到碼值，也就是我們所說的*。一般我們連續(xù)收到3個相同的完整碼值，就確認此碼的確被發(fā)出，并接收成功。當(dāng)*結(jié)束，根據(jù)碼值我們可以判斷出是哪個按鍵被按下，由此去執(zhí)行相對的按鍵功能。

HOLTEK公司的HT48以及HT49(帶LCD)系列單片機，都可以符合大多數(shù)*的任務(wù)。

32. 在學(xué)習(xí)單片機的過程中，如何理解預(yù)分頻，12時鐘模式(6時鐘模型)等概念?

答：預(yù)分頻器的英文是prescaler。它就是將輸入的頻率信號分頻，然后再輸出。HOLTEK公司有一款最基本的8位I/O型單片機HT48R05A-1，我們就以這款單片機為例說明。HT48R05A-1有一個8位向上計數(shù)的定時器Counter。系統(tǒng)時鐘Fsys(4MHz)進入八階預(yù)分頻器(8-stage Prescaler)進行分頻，再進入定時計數(shù)器Counter計數(shù)。根據(jù)軟件設(shè)置，預(yù)分頻器可以將Fsys進行2的n次方分頻(n=1~8)。舉例來說，如果軟件設(shè)置為預(yù)分頻器2分頻，那幺預(yù)分頻器輸出的頻率就是Fsys/2=2MHz，這個2MHz信號再進入定時計數(shù)器Counter。

12時鐘模式(6時鐘模型)應(yīng)該就是在MCS51系列中，12個系統(tǒng)時鐘為一個機器周期，2個系統(tǒng)時鐘為一個狀態(tài)，即一個機器周期有6個狀態(tài)。

33. A/D、D/A的采樣速率與其它單片機相比有什么優(yōu)勢?

答：HOLTEK A/D Tyep MCU內(nèi)嵌逐位逼近的A/D轉(zhuǎn)換電路，精度有8bit/9bit/10bit，A/D轉(zhuǎn)換時間最快為76us。

至于D/A，一般是指PWM輸出，HOLTEK A/D Type MCU都帶有8bit的PWM輸出，但HOLTEK PWM的特點是其輸出頻率由系統(tǒng)頻率決定(既系統(tǒng)頻率選定后，PWM頻率也就定了)，其占空比通過對[PWM]寄存器賦值進行控制，不需要占用定時/計數(shù)器資源。

34. 采用AT89S51時，出現(xiàn)了按了復(fù)位按鈕，RAM中的數(shù)據(jù)被修改了。這是怎么回事?注：數(shù)據(jù)放在特殊寄存器之外。

答：如果是RESET腳的復(fù)位按鈕：一般MCU的RESET復(fù)位，其特殊寄存器會被重新初始化，而通用寄存器的值保持不變。

如果復(fù)位按鈕是電源復(fù)位：那就是MCU的上電復(fù)位，其特殊寄存器會被初始化，而通用寄存器的值是隨機數(shù)。

35. 將P2.7用來驅(qū)動一個NPN三極管，中間串接了一個1K的電阻。問題是：當(dāng)我嘗試向P2.7寫’1’時，發(fā)現(xiàn)管腳只能輸出大約0.5V的一個電平。這個電路的使用得妥當(dāng)么?如何正確的使用IO功能?

答：是在仿真時遇到的問題，還是燒錄芯片后遇到的問題?

可以先將P2.7的外部電路斷開，測量輸出電壓是否正常。如果斷開后輸出電壓正常，那就說明P2.7的驅(qū)動能力不夠，不能驅(qū)動NPN三極管，應(yīng)該改用PNP三極管(一般在MCU應(yīng)用中，都采用PNP方式驅(qū)動)。如果斷開后輸出電壓還不正常，那有可能是仿真器(或芯片)已經(jīng)損壞。

36. 在做充電管理的時候，提高pwm的頻率往往以犧牲精度為代價，如果用的AT90S4433(avr)、78P458(elan)頻率分別做到16kHz(8bit)和32kHz(8bit)，而希望做到的是100kHz(8bit以上)，諸如atiny15那樣。怎么辦?

答：你所說的PWM是通過定時/計數(shù)器來控制其頻率和占空比的，所以要提高頻率，必然會降低精度。如果要提高PWM的頻率，只能通過提高系統(tǒng)振蕩頻率來解決。