如何快速掌握一款新的MCU
* 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)為的長度、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。
* 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(yīng)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。
MCU程序的編寫:
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(見圖1 a 和 b),其分別說明如下:
* 初始化:對于所有的MCU程序的設(shè)計來講,出世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,對與輸入口,需要設(shè)定其上拉或下拉電阻;對于輸出口,則必須設(shè)定其出世的電平輸出,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)的出世化:完成了MCU的硬件和資源的出世化后,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(yù)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)。
* 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;
* 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)。
* 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,應(yīng)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;
* 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(yù)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(yù)知和唯一的。
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