單片機(jī)應(yīng)用編程基礎(chǔ)知識(shí)問題

16. 能否利用單片來檢測(cè)手機(jī)電池的充放電時(shí)間及充放電時(shí)的電壓電流變化，并利用一個(gè)I/O端口使檢測(cè)結(jié)果在電腦上顯示出來?

答：目前市場(chǎng)上的各類智能充電器，大部分都采用MCU進(jìn)行充電電流和電壓的控制。至于要在電腦上顯示，好象并不實(shí)用，可能只有在一些專門的電池檢測(cè)儀器中才會(huì)用到;對(duì)于一般的手機(jī)用戶來說，誰會(huì)在充電時(shí)還需要用一臺(tái)電腦來做顯示呢?要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電腦的連接，最簡(jiǎn)單的方式就是采用串口通訊，但需要加一顆RS-232芯片。

17. 在ARM編程中又應(yīng)當(dāng)如何?

答：就以嵌入式系統(tǒng)觀念為例，一般嵌入式處理器可以分為三類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP(Digital Signal Processor)。

嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理器對(duì)應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中，一般是將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。目前的嵌入式處理器主要包括：PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。

嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲(chǔ)器(少量的RAM、ROM或兩者都有)和其它接口I/O封裝在同一片集成電路里。常見的有HOLTEK MCU系列、Microchip MCU系列及8051等。

嵌入式DSP專門用來處理對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT(Fast Fourier Transform)、頻譜分析、圖像處理的分析等領(lǐng)域，DSP正在大量進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)。

18. MCU在射頻控制時(shí)，MCU的時(shí)鐘(晶振)、數(shù)據(jù)線會(huì)輻射基頻或基頻的倍頻，被低噪放LNA放大后進(jìn)入混頻，出現(xiàn)帶內(nèi)的Spur，無法濾除。除了用layout、選擇低輻射MCU的方法可以減少一些以外，還有什么別的方法?

答：在設(shè)計(jì)高頻電路用電路板有許多注意事項(xiàng)，尤其是GHz等級(jí)的高頻電路，更需要注意各電子組件pad與印刷pattern的長(zhǎng)度對(duì)電路特性所造成的影響。最近幾年高頻電路與數(shù)位電路共享相同電路板，構(gòu)成所謂的混載電路系統(tǒng)似乎有增加的趨勢(shì)，類似如此的設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)造成數(shù)位電路動(dòng)作時(shí)，高頻電路卻發(fā)生動(dòng)作不穩(wěn)定等現(xiàn)象，其中原因之一是數(shù)位電路產(chǎn)生的噪訊，影響高頻電路正常動(dòng)作所致。為了避免上述問題除了設(shè)法分割兩電路block之外，設(shè)計(jì)電路板之前充分檢討設(shè)計(jì)構(gòu)想，才是根本應(yīng)有的手法，基本上設(shè)計(jì)高頻電路用電路板必需掌握下列三大原則：

? 高質(zhì)感。

? 不可取巧。

? 不可倉(cāng)促搶時(shí)間。

以下是設(shè)計(jì)高頻電路板的一些建議：

(1)印刷pattern的長(zhǎng)度會(huì)影響電路特性。尤其是傳輸速度為GHz高速數(shù)位電路的傳輸線路，通常會(huì)使用strip line，同時(shí)藉由調(diào)整配線長(zhǎng)度補(bǔ)正傳輸延遲時(shí)間，其實(shí)這也意味著電子組件的設(shè)置位置對(duì)電路特性具有絕對(duì)性的影響。

(2)Ground作大better。銅箔面整體設(shè)置ground層，而連接via的better ground則是高頻電路板與高速數(shù)位電路板共同的特征，此外高頻電路板最忌諱使用幅寬細(xì)窄的印刷pattern描繪ground。

(2)電子組件的ground端子，以最短的長(zhǎng)度與電路板的ground連接。具體方法是在電子組件的ground端子pad附近設(shè)置via，使電子組件能以最短的長(zhǎng)度與電路板的ground連接。

(3)信號(hào)線作短配線設(shè)計(jì)。不可任意加大配線長(zhǎng)度，盡量縮短配線長(zhǎng)度。

(4)減少電路之間的結(jié)合。尤其是filter與amplifier輸出入之間作電路分割非常重要，它相當(dāng)于audio電路的cross talk對(duì)策。

(5)MCU回路Layout考量：震蕩電路僅可能接近IC震蕩腳位;震蕩電路與VDD VSS保持足夠的距離;震蕩頻率大于1MHz時(shí)不需加 osc1 osc2 電容;電源與地間要最短位置并盡量拉等寬與等距的線，于節(jié)點(diǎn)位置加上104/103/102等陶瓷電容。

19. Intel系列的96單片機(jī)80c196KB開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，都有那些注意事項(xiàng)?

答：一個(gè)即時(shí)系統(tǒng)的軟體由即時(shí)操作系統(tǒng)加上應(yīng)用程序構(gòu)成。應(yīng)用程序與作業(yè)系統(tǒng)的接口通過系統(tǒng)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。用80C196KB作業(yè)系統(tǒng)的MCU，只能用內(nèi)部RAM作為TCB和所有系統(tǒng)記憶體(含各種控制表)以及各個(gè)任務(wù)的工作和資料單元。因此一定要注意以下幾點(diǎn)：

(1)對(duì)各個(gè)任務(wù)分配各自的堆迭區(qū)，該堆迭區(qū)既作為任務(wù)的工作單元，也作為任務(wù)控制塊的保護(hù)單元。

(2)系統(tǒng)的任務(wù)控制塊只存放各任務(wù)的堆迭指標(biāo)，而任務(wù)的狀態(tài)均存放于任務(wù)椎棧中。在一個(gè)任務(wù)退出運(yùn)行時(shí)，通過中斷把它的狀態(tài)進(jìn)棧，然后把它的堆迭指標(biāo)保存于系統(tǒng)的TCB中;再根據(jù)優(yōu)先取出優(yōu)先順序最高的已就緒任務(wù)的堆迭指標(biāo)SP映象值送入SP中;最后執(zhí)行中斷返回指令轉(zhuǎn)去執(zhí)行新任務(wù)。

(3)各任務(wù)的資料和工作單元盡量用堆迭實(shí)現(xiàn)，這樣可以允許各任務(wù)使用同一個(gè)子程序。使用堆迭實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞并作為工作單元，而不使用絕對(duì)地址的RAM，可實(shí)現(xiàn)可重入子程序。該子程序既可為各個(gè)任務(wù)所調(diào)用，也可實(shí)現(xiàn)遞回調(diào)用。

20. 在demo板上采樣電壓時(shí)，不穩(wěn)定，采樣結(jié)果有波動(dòng)，如何消除?

答：一般來說，仿真器都是工作在一個(gè)穩(wěn)壓的環(huán)境(通常為5V)。如果用仿真器的A/D時(shí)，要注意其A/D參考電壓是由仿真器內(nèi)部給出，還是需要外部提供。A/D轉(zhuǎn)換需要一個(gè)連續(xù)的時(shí)鐘周期，所以在仿真時(shí)不能用單步調(diào)試的方法，否則會(huì)造成A/D采樣值不準(zhǔn)。至于A/D采樣不穩(wěn)定，可以在A/D輸入口加一電容，起到濾波作用;在軟件處理時(shí)采用中值濾波的方法。

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

答：在車載DVD系統(tǒng)，最好選擇高檔DVD機(jī)，因?yàn)楦邫nDVD機(jī)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(jìn)的電子防震設(shè)計(jì)會(huì)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(jiǎn)單地說：電子防震就是一個(gè)信號(hào)的儲(chǔ)存--釋放過程，首先CD要先把信號(hào)進(jìn)行提前讀取，也就是我們見到機(jī)子的加速，再把信號(hào)儲(chǔ)存在RAM中，而我們?cè)陂_防震的時(shí)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(shí)是由于信號(hào)是1比1讀取的，所以當(dāng)受到?jīng)_擊后，就會(huì)出現(xiàn)跳音。而當(dāng)開了防震時(shí)，機(jī)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(shí)，光頭迅速進(jìn)行復(fù)位檢索，當(dāng)檢索到信號(hào)后立即補(bǔ)充，所以不會(huì)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(shí)間短，通常只有3秒，所以跳音的機(jī)會(huì)還是蠻高，如果增大RAM又帶來造價(jià)的增高因?yàn)镽AM這東西價(jià)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?yàn)樗某杀締栴}，所以防震時(shí)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(jià)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(shí)間展開了開發(fā)研究。

23. 如何進(jìn)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(shí)際運(yùn)行的參數(shù)都是有范圍的。系統(tǒng)運(yùn)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(lì)參數(shù)、采集處理中的運(yùn)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(lì)或非正常回應(yīng)進(jìn)行出錯(cuò)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(chǔ)單元長(zhǎng)度、堆迭深度。在程序設(shè)計(jì)中，對(duì)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(jī)、功能單元的應(yīng)用條件。如E2PROM的擦寫次數(shù)與資料存儲(chǔ)時(shí)間等應(yīng)用參數(shù)界限。

? 過程參數(shù)。指系統(tǒng)運(yùn)行中的有序變化的參數(shù)。

在上述參數(shù)群對(duì)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(duì)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(hù)時(shí)只在程序的開頭做變動(dòng)即可，不用修改到程序段，才比較容易且不會(huì)出錯(cuò)。

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

答：因?yàn)?位單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的ARM在功能結(jié)構(gòu)和單價(jià)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(jí)產(chǎn)品，如PDA、手機(jī)等應(yīng)用。 而8位單片機(jī)因架構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件資源相對(duì)較少，適用于一般的工業(yè)控制，消費(fèi)性家電……等等。評(píng)估單片機(jī)近期是否會(huì)給ARM取代，要觀察兩個(gè)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(jī)工作頻率相對(duì)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(jī)強(qiáng)，但兩者定位不同。就如現(xiàn)階段不會(huì)有人用ARM去作一個(gè)簡(jiǎn)單的工業(yè)定時(shí)開關(guān)。當(dāng)然，如果兩者單價(jià)相同也無不可，但現(xiàn)實(shí)是有很大的單價(jià)差距。

至于將來，因芯片制造成本會(huì)不斷下降，上述的成本差異影響愈來愈少!但我估計(jì)在往后5年單片機(jī)仍有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，仍能存活!但ARM是否會(huì)精簡(jiǎn)架構(gòu)，降低成本，搶奪低階市場(chǎng)?我想可能性不大，ARM應(yīng)該會(huì)向上發(fā)展。同樣，單片機(jī)也只能向上發(fā)展，如16位，高功能……等。 原因就是因?yàn)樾酒圃旃に囘M(jìn)步太快。壓迫芯片設(shè)計(jì)往高集成發(fā)展。

25. 在單片機(jī)C編成時(shí)，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(shí)，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(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)，要達(dá)到最高的效率，最好能夠很了解所使用的C編譯器。先試驗(yàn)一下每條C語言編譯以后對(duì)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(shí)候，使用編譯效率最高的語句，這樣就能確保單片機(jī)C編程的時(shí)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(huì)有一定的差異，優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)C編譯器代碼長(zhǎng)度和執(zhí)行時(shí)間僅比以匯編語言編寫的同樣功能程度長(zhǎng)5-20%，所以不同廠家的C編譯器的編譯效率也會(huì)有所不同。

26. ARM單片機(jī)和哪種內(nèi)核的單片機(jī)比較接近?

答：嚴(yán)格的說，ARM不是單片機(jī)，是一個(gè)嵌入式的實(shí)時(shí)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(jì)了大量高性能、廉價(jià)、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(gè)廠商得到的都是一套獨(dú)一無二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。所以市場(chǎng)上像Intel、IBM、LG半導(dǎo)體、NEC、SONY、菲利浦和國(guó)半這樣的大公司都有ARM系列，現(xiàn)在不存在什幺ARM單片機(jī)和哪種內(nèi)核的單片機(jī)比較接近的問題。而且由于廠家購(gòu)買內(nèi)核后會(huì)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。