單片機編程基礎知識問(wèn)答

21. 在車(chē)載DVD系統中，如何設計電子防震系統?

答：在車(chē)載DVD系統，最好選擇高檔DVD機，因為高檔DVD機都采用電子防震系統(ADVANCEDESP)，當記憶緩沖區內的讀數降低，先進(jìn)的電子防震設計會(huì )以雙速讀數系統，做出比正常速度快兩倍的讀數速率，以減低噪聲，即使連續震蕩仍可避免跳線(xiàn)情況出現，現在就說(shuō)說(shuō)什幺叫電子防震。簡(jiǎn)單地說(shuō)：電子防震就是一個(gè)信號的儲存--釋放過(guò)程，首先CD要先把信號進(jìn)行提前讀取，也就是我們見(jiàn)到機子的加速，再把信號儲存在RAM中，而我們在開(kāi)防震的時(shí)候所聽(tīng)到的就是經(jīng)過(guò)RAM的聲音，這樣就是它的過(guò)程。當沒(méi)有防震時(shí)是由于信號是1比1讀取的，所以當受到?jīng)_擊后，就會(huì )出現跳音。而當開(kāi)了防震時(shí)，機子受到?jīng)_擊后，由RAM釋放出來(lái)的聲音使音樂(lè )不停地播放，而與此同時(shí)，光頭迅速進(jìn)行復位檢索，當檢索到信號后立即補充，所以不會(huì )出現跳音。大概的情況就是這樣。但是這樣還沒(méi)有滿(mǎn)足用家的要求，由于這種的方法帶來(lái)的時(shí)間短，通常只有3秒，所以跳音的機會(huì )還是蠻高，如果增大RAM又帶來(lái)造價(jià)的增高因為RAM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)之一要數是RAM技術(shù)，而一直以來(lái)都是因為它的成本問(wèn)題，所以防震時(shí)間都一直不能增加，也就是說(shuō)RAM本身就有限制，RAM的容量越大，造價(jià)就越高。而許多廠(chǎng)家就如何在RAM的限制里得到最大限度的記憶時(shí)間展開(kāi)了開(kāi)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，因系統中實(shí)際運行的參數都是有范圍的。系統運行中要考慮的超范圍管理參數有：

物理參數。這些參數主要是系統的輸入參數，它包括激勵參數、采集處理中的運行參數和處理結束的結果參數。合理設定這些邊界，將超出邊界的參數都視為非正常激勵或非正?；貞M(jìn)行出錯處理。

資源參數。這些參數主要是系統中的電路、器件、功能單元的資源，如記憶體容量、存儲單元長(cháng)度、堆迭深度。在程序設計中，對資源參數不允許超范圍使用。

應用參數。這些應用參數常表現為一些單片機、功能單元的應用條件。如E2PROM的擦寫(xiě)次數與資料存儲時(shí)間等應用參數界限。

過(guò)程參數。指系統運行中的有序變化的參數。

在上述參數群對一程序編寫(xiě)者而言，須養成良好習慣，在程序的開(kāi)頭，有順序的用自己喜歡文字參數對應列表來(lái)替代，然后用自己定義的文字參數來(lái)編寫(xiě)程序，這樣在做程序的修改及維護時(shí)只在程序的開(kāi)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。

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

答：因為8位單片機與嵌入式系統的ARM在功能結構和單價(jià)的差異，故應用層次上就有很大的不同。 ARM適用于系統復雜度較大的高級產(chǎn)品，如PDA、手機等應用。 而8位單片機因架構簡(jiǎn)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(huì )給ARM取代，要觀(guān)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(kāi)關(guān)。當然，如果兩者單價(jià)相同也無(wú)不可，但現實(shí)是有很大的單價(jià)差距。

至于將來(lái)，因芯片制造成本會(huì )不斷下降，上述的成本差異影響愈來(lái)愈少!但我估計在往后5年單片機仍有價(jià)格優(yōu)勢，仍能存活!但ARM是否會(huì )精簡(jiǎn)架構，降低成本，搶奪低階市場(chǎng)?我想可能性不大，ARM應該會(huì )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(jìn)步太快。壓迫芯片設計往高集成發(fā)展。

25. 在單片機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(yǔ)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(yǔ)言命令要被硬件識別并執行，必須通過(guò)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(yǔ)言寫(xiě)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(yǔ)言編譯以后對應的匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句行數，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(yǔ)句，這樣就能確保單片機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C編譯器代碼長(cháng)度和執行時(shí)間僅比以匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的同樣功能程度長(cháng)5-20%，所以不同廠(chǎng)家的C編譯器的編譯效率也會(huì )有所不同。

26. ARM單片機和哪種內核的單片機比較接近?

答：嚴格的說(shuō)，ARM不是單片機，是一個(gè)嵌入式的實(shí)時(shí)操作系統。ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、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)授權給世界上許多著(zhù)名的半導體、軟件和OEM廠(chǎng)商，每個(gè)廠(chǎng)商得到的都是一套獨一無(wú)二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。所以市場(chǎng)上像Intel、IBM、LG半導體、NEC、SONY、菲利浦和國半這樣的大公司都有ARM系列，現在不存在什幺ARM單片機和哪種內核的單片機比較接近的問(wèn)題。而且由于廠(chǎng)家購買(mǎi)內核后會(huì )根據自己芯片應用方向的不同，自行添加不同的外掛功能模塊，所以，同樣內核的芯片其提供的功能是不同的。

27. 從51轉到ARM會(huì )有困難嗎?

答：從51轉到ARM，其實(shí)編程之類(lèi)的原理都是一樣的，但是要注意的是ARM是一個(gè)RISC的架構，在A(yíng)RM的應用開(kāi)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(guò)MCS51單片機教材，很有興趣，但缺乏實(shí)踐經(jīng)驗，手頭沒(méi)有任何道具可供演練，資金又有限，請問(wèn)該怎么辦?

答：在沒(méi)有任何條件進(jìn)行實(shí)踐時(shí)，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(jìn)行一些編程，像一些做得比較好的51仿真軟件應該具有這種功能。HOLTEK的仿真軟件HT-IDE3000也具有相應的功能，同時(shí)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(shí)現的某個(gè)算法，保持框架不變，對核心的部分用匯編優(yōu)化，有沒(méi)有一些比較通用的原則?

答：每個(gè)人的編程都有自己的風(fēng)格與習慣，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(méi)有很好的模塊化的話(huà)，建議最好不要這幺做，否則本來(lái)預期達到事倍功半，說(shuō)不定反而事半功倍了。要參考他人的程序當然可以，但是首要是要看懂并理解他人程序的算法精髓，而不是在他的基礎上打補丁。而關(guān)于算法方面的優(yōu)化，可以購買(mǎi)一些數據結構的書(shū)籍，上面有比較詳細的說(shuō)明。

30. 如果準備估計一個(gè)算法的MIPS，有什么好的途徑?

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

一種是事后統計的方法。因為很多計算機內部都有計時(shí)功能，不同算法的程序可通過(guò)一組或若干組相同的統計數據以分辨優(yōu)劣。但這種方法有兩個(gè)缺陷：一是必須先運行依據算法編制的程序;二是所得時(shí)間的統計量依賴(lài)于計算機的硬件、軟件等環(huán)境因素，有時(shí)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(gè)程序在計算機上運行時(shí)所消耗的時(shí)間取決于下列因素：

(1)依據的算法選用何種策略;

(2)問(wèn)題的規模。例如求100以?xún)冗€是1000以?xún)鹊乃財?

(3)書(shū)寫(xiě)程序的語(yǔ)言。對于同一個(gè)算法，實(shí)現語(yǔ)言的級別越高，執行效率就越低;

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

(5)機器執行指令的速度。

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

一個(gè)算法是由控制結構(順序、分支和循環(huán)三種)和原操作(指固有數據類(lèi)型的操作)構成的，則算法時(shí)間取決于兩者的綜合效果。為了便于比較同一問(wèn)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(wèn)題(或算法類(lèi)型)來(lái)說(shuō)是基本運算的原操作，以該基本操作重復執行的次數作為算法的時(shí)間度量。

算法的MIPS有專(zhuān)門(mén)的一門(mén)學(xué)問(wèn)，可以去好好參考相關(guān)的數據結構書(shū)籍。

31. 遙控的編*思路和設計流程是怎樣的?

答：一般來(lái)說(shuō)完整的遙控碼分為頭碼、地址碼、數據碼和校驗碼四個(gè)組成部分。頭碼根據不同的廠(chǎng)家各不相同，地址碼和數據碼都由邏輯“1”和邏輯“0”組成。編碼的設計目的，就是按照編碼規則發(fā)送不同的碼值。我們最常見(jiàn)的碼型有SONY、松下、NEC等廠(chǎng)家型號。遙控編碼芯片最常用的是在空調、DVD、車(chē)庫門(mén)等遙控器上。

設計編碼程序可以分為三個(gè)部分。

第一部分是了*型的特性。遙控碼的頭碼和地址碼(也稱(chēng)為客戶(hù)碼)是固定不變的，數據碼和校驗碼根據不同的鍵值而改變。

第二部分是計算發(fā)碼時(shí)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(shí)間上計算的比較精確。所以選擇發(fā)碼單片機型號的時(shí)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(shí)間夠不夠。

第三部分就是程序的編寫(xiě)。選定單片機型號之后，開(kāi)始設計程序流程。一般來(lái)說(shuō)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(gè)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，首先調用頭碼子程序，然后根據客戶(hù)碼和鍵值調用邏輯1子程序或者邏輯0子程序，最后調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(zhuān)為遙控器設計的單片機，它們具有專(zhuān)門(mén)紅外輸出口，可以實(shí)現絕大部分發(fā)碼的要求。

設計*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(xún)方法或者INT口中斷響應方法來(lái)接收編碼。這兩者的區別是I/O口查詢(xún)方式比較耗費單片機的運行時(shí)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省資源，當外部有電平變化時(shí)，單片機才需要去處理，不需要時(shí)刻進(jìn)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，當編碼所攜帶的邏輯“1”和邏輯“0”具有這種特性時(shí)，就無(wú)法通過(guò)INT口中斷接收方式來(lái)辨別了，因為INT中斷只是在上升沿或者下降沿的時(shí)候才觸發(fā)。

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

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

32. 在學(xué)習單片機的過(guò)程中，如何理解預分頻，12時(shí)鐘模式(6時(shí)鐘模型)等概念?

答：預分頻器的英文是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(shuō)明。HT48R05A-1有一個(gè)8位向上計數的定時(shí)器Counter。系統時(shí)鐘Fsys(4MHz)進(jìn)入八階預分頻器(8-stage Prescaler)進(jìn)行分頻，再進(jìn)入定時(shí)計數器Counter計數。根據軟件設置，預分頻器可以將Fsys進(jìn)行2的n次方分頻(n=1~8)。舉例來(lái)說(shuō)，如果軟件設置為預分頻器2分頻，那幺預分頻器輸出的頻率就是Fsys/2=2MHz，這個(gè)2MHz信號再進(jìn)入定時(shí)計數器Counter。

12時(shí)鐘模式(6時(shí)鐘模型)應該就是在MCS51系列中，12個(gè)系統時(shí)鐘為一個(gè)機器周期，2個(gè)系統時(shí)鐘為一個(gè)狀態(tài)，即一個(gè)機器周期有6個(gè)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內嵌逐位逼近的A/D轉換電路，精度有8bit/9bit/10bit，A/D轉換時(shí)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(diǎn)是其輸出頻率由系統頻率決定(既系統頻率選定后，PWM頻率也就定了)，其占空比通過(guò)對[PWM]寄存器賦值進(jìn)行控制，不需要占用定時(shí)/計數器資源。

34. 采用AT89S51時(shí)，出現了按了復位按鈕，RAM中的數據被修改了。這是怎么回事?注：數據放在特殊寄存器之外。

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

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

35. 將P2.7用來(lái)驅動(dòng)一個(gè)NPN三極管，中間串接了一個(gè)1K的電阻。問(wèn)題是：當我嘗試向P2.7寫(xiě)’1’時(shí)，發(fā)現管腳只能輸出大約0.5V的一個(gè)電平。這個(gè)電路的使用得妥當么?如何正確的使用IO功能?

答：是在仿真時(shí)遇到的問(wèn)題，還是燒錄芯片后遇到的問(wèn)題?

可以先將P2.7的外部電路斷開(kāi)，測量輸出電壓是否正常。如果斷開(kāi)后輸出電壓正常，那就說(shuō)明P2.7的驅動(dòng)能力不夠，不能驅動(dòng)NPN三極管，應該改用PNP三極管(一般在MCU應用中，都采用PNP方式驅動(dòng))。如果斷開(kāi)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(shí)候，提高pwm的頻率往往以犧牲精度為代價(jià)，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(shuō)的PWM是通過(guò)定時(shí)/計數器來(lái)控制其頻率和占空比的，所以要提高頻率，必然會(huì )降低精度。如果要提高PWM的頻率，只能通過(guò)提高系統振蕩頻率來(lái)解決。