單片機設計與KeilC編程總結

1基本原則

質(zhì)量是關(guān)鍵。沒(méi)有人會(huì )對很差的工作感到滿(mǎn)足。當完成高質(zhì)量的工作時(shí)，你會(huì )為此而感到驕傲。不管你是否知道，你都會(huì )因為你的高質(zhì)量工作而得到信譽(yù)。因此，要想為自己所做的事感到驕傲，就需要建立個(gè)人標準，并為達到這一標準而努力奮斗。在達到這些標準時(shí)，再提高標準并繼續努力。挑戰自己去完成更優(yōu)良的工作，你將會(huì )為自己的成就而感到驚訝。

1.1 了解單片機的能力

【規則1】設計滿(mǎn)足要求的最精簡(jiǎn)的系統。

正確估計單片機的能力，知道單片機能做什么，最大程度的挖掘單片機的潛力對一個(gè)單片機系統設計者來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。我們應該有這樣一個(gè)認識，即單片機的處理能力是非常強大的。早期的PC 機，其CPU（8086）處理能力和8051 相當，卻能處理相當復雜的任務(wù)。單片機的能力的關(guān)鍵就在軟件設計者編寫(xiě)的軟件上。只有充分地了解到單片機的能力，才不會(huì )做出“冗余”的系統設計。而采用許多的外圍芯片來(lái)實(shí)現單片機能實(shí)現的功能。這樣做即增加了系統成本，也可能會(huì )降低了系統的可靠性。

1.2 系統可靠性至關(guān)重要

【規則2】使用看門(mén)狗。

看門(mén)狗電路通常是一塊在有規律的時(shí)間間隔中進(jìn)行更新的硬件。更新一般由單片機來(lái)完成，如果在一定間隔內沒(méi)能更新看門(mén)狗，那看門(mén)狗將產(chǎn)生復位信號，重新復位單片機。更新看門(mén)狗的具體形式多是給看門(mén)狗芯片相關(guān)引腳提供一個(gè)電平上升沿或讀寫(xiě)它的某個(gè)寄存器。使用看門(mén)狗電路將在單片機發(fā)生故障進(jìn)行死機狀態(tài)時(shí)，重新復位單片機。當前有多種看門(mén)狗的芯片，如MAXIM 公司的MAX802，MAX813等。而且，有好多種單片機中本身就集成有看門(mén)狗。一個(gè)外部的看門(mén)狗是最好的，因為它不依賴(lài)于單片機。如果可能的話(huà)，看門(mén)狗更新程序不應該放在中斷或是子程序中，原則上應該放在主程序中。我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)一個(gè)工程師，他所調試的程序在運行時(shí)偶而會(huì )引起看門(mén)狗的復位動(dòng)作，于是他干脆在每10ms 就中斷一次的時(shí)鐘中斷程序中清看門(mén)狗。我相信他也知道使看門(mén)狗失去作用，可他卻沒(méi)有不是去查明引起這個(gè)現象的真正原因。因此，我想提醒大家：不論什么理由，絕對不要忽略系統故障的真正原因。高質(zhì)量的產(chǎn)品來(lái)自于高素質(zhì)的工程師，高質(zhì)量的產(chǎn)品造就高素質(zhì)的工程師。

【規則3】確定系統的復位信號可靠。

這是一個(gè)很容易忽略的問(wèn)題。當你在設計單片機系統時(shí)，你腦中有這個(gè)概念嗎？什么樣的復位信號才是可靠的嗎？你用示波器查看過(guò)你設計的產(chǎn)品的復位信號嗎？不穩定的復位信號可能會(huì )產(chǎn)生什么樣的后果？你有沒(méi)有發(fā)現過(guò)你所設計的單片機系統，每次重新上電啟動(dòng)后，數據變得亂七八糟，并且每一次現象并不相同，找不出規律，或者有時(shí)候干脆不運行，或者有時(shí)候進(jìn)入一種死機狀態(tài)，有時(shí)候又一點(diǎn)事都沒(méi)有正常運行？在這種情況下，你應該查一下你的系統的復位信號。一般在單片機的數據手冊（Datasheet）中都會(huì )提到該單片機需要的復位信號的要求。一般復位信號的寬度應為。復位電平的寬度和幅度都應滿(mǎn)足芯片的要求，并且要求保持穩定。還有特別重要的一點(diǎn)就是復位電平應與電源上電在同一時(shí)刻發(fā)生，即芯片一上電，復位信號就已產(chǎn)生。不然，由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)復位，單片機中的寄存器的值為隨機值，上電時(shí)就會(huì )按PC 寄存器中的隨機內容開(kāi)始運行程序，這樣很容易進(jìn)行誤操作或進(jìn)入死機狀態(tài)。

【規則4】確定系統的初始化有效。

系統程序開(kāi)始應延時(shí)一段時(shí)間。這是很多單片機程序設計中的常用方法，為什么呢？因為系統中的芯片以及器件從上電開(kāi)始到正常工作的狀態(tài)往往有一段時(shí)間，程序開(kāi)始時(shí)延時(shí)一段時(shí)間，是讓系統中所有器件到達正常工作狀態(tài)。究竟延時(shí)多少才算合適？這取決于系統的各芯片中到達正常工作狀態(tài)的時(shí)間，通常以最慢的為準。一般來(lái)說(shuō)，延時(shí)20-100 毫秒已經(jīng)足夠。對于系統中使用嵌入式MODEM 等“慢熱”型的器件來(lái)說(shuō)，則應更長(cháng)。當然，這都需要在系統實(shí)際運行中進(jìn)行調整。

【規則5】上電時(shí)對系統進(jìn)行檢測。

上電時(shí)對系統中進(jìn)行檢測是單片機程序中的一個(gè)良好設計。在硬件設計時(shí)也應該細細考慮將各個(gè)使用到的芯片、接口設計成容易使用軟件進(jìn)行測試的模式。很多有經(jīng)驗的單片機設計者都會(huì )在系統上電時(shí)（特別是第一次上電時(shí)）進(jìn)行全面的檢測，或者更進(jìn)一步，將系統的運行狀態(tài)中分為測試模式和正常運行模式，通過(guò)加入測試模式對系統進(jìn)行詳細的檢測，使得系統的批量檢測更為方便容易。另外要注意的是，一個(gè)簡(jiǎn)單明了的故障顯示界面也是頗要費得心思的。比如：系統的外部RAM（數據存儲器）是單片機系統中常用的器件。外部RAM 如果存在問(wèn)題，程序通常都會(huì )成為一匹脫韁的野馬。因此，程序在啟動(dòng)時(shí)（至少在第一次上電啟動(dòng)時(shí)）一定要對外部RAM 進(jìn)行檢測。檢測內容包括：1）檢測RAM 中的單元。這主要通過(guò)寫(xiě)入和讀出的數據保持一致。

2）檢測單片機與RAM 之間的地址數據總線(xiàn)?？偩€(xiàn)即沒(méi)有互相短路，也沒(méi)有連接到“地”上。另外，很多芯片，都提供了測試的方法。如串行通信芯片UART，都帶環(huán)路測試的功能。

【規則6】按EMC 測試要求設計硬件。

EMC 測試要求已經(jīng)成為產(chǎn)品的必需。有很多的文章關(guān)于這方面的。

1.3 軟件編程和調試

【規則7】盡可能使用Small 模式編譯

對比起Large 模式和Compact 模式，Small 模式能生成更為緊湊的代碼。在Small模式下，C51 編譯器將沒(méi)有使用關(guān)鍵詞，如idata、pdata、xdata 特殊聲明的變量通通放在data 單元中。在編程中，對于在的數據區，可以指定放在外部存儲器中。

【規則8】在仿真前做好充分的準備

單片機硬件仿真器給單片機開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了極大的方便，同時(shí)也很容易造成人的依賴(lài)性。很多時(shí)候，沒(méi)有仿真器卻能促使工程師寫(xiě)出更高質(zhì)量的程序。也許在硬件仿真調試之前，下面準備工作將會(huì )對你有用：

1）程序編完后，對代碼仔細逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經(jīng)常易錯的地方進(jìn)行檢查。檢查代碼是否符合編程規范。

2）對各個(gè)子程序進(jìn)行測試。測試的方法：用程序測試程序，編制一個(gè)調用該子程序的代碼，建立要測試子程序的入口條件，再看看它是否按預期輸出結果。

3）如果代碼有修改，再次對代碼進(jìn)行檢查。

4）有可能的話(huà)，進(jìn)行軟件仿真——Keil C 的軟件仿真功能十分強大。軟件仿真可以防止因硬件的錯誤，如器件損壞、線(xiàn)路斷路或短路，而引起調試的錯誤。

5）開(kāi)始硬件仿真。

【規則9】使用庫函數

重用代碼，尤其是是標準庫的代碼，而不是手工編寫(xiě)你自己的代碼。這樣更快、更容易也更安全。KeilC 中提供了多個(gè)庫函數，這些庫函數的用法在KeilC 的幫助文件中有詳細的描述。

【規則10】使用const。

這一點(diǎn)在很多經(jīng)典的關(guān)于C 和C++的書(shū)籍中是必談的要點(diǎn)。在《Exceptional C++》一書(shū)中，對這點(diǎn)有很精彩的描述，現摘錄如下：“沒(méi)有正確的安全意識的槍手在世界上是不可能活的很長(cháng)的。const 觀(guān)念不正確的程序員也是一樣和沒(méi)有時(shí)間戴緊帽子的正確，沒(méi)有時(shí)間檢查帶電電線(xiàn)的電工一樣不會(huì )活的很長(cháng)。”在C 語(yǔ)言中，const 修飾符表示告訴編譯器此函數將不會(huì )改變被修飾的變量的指向的任何值（除了強制類(lèi)型轉換）。當把指針作為參數傳遞時(shí)，總是合適地使用const，不僅可以防止你無(wú)意中錯誤的賦值，而且還可以防止在作為參數將指針傳遞給函數時(shí)可能會(huì )修改了本不想改變的指針所指向的對象的值。如：

const int num= 7;
num = 9; //有/可能得到編譯器的警告。
const char *ptr，則表示該指針所指向的內容不會(huì )被改變，如果在程序中被發(fā)生對其賦值的操作，編譯時(shí)將出錯誤提示。如：
const char *ptr = “hello”;
*ptr = `H`;//錯誤，所指內容不可改變也可將const 放在星號后面來(lái)聲明指針本身不可改變。如:
char* const ptr;
ptr++; //錯誤，指針本身不可改變
也可同時(shí)禁止改變指針和它所引用的內容，其形式如下： const char* const ptr;

【規則11】使用static

static 是一個(gè)能夠減少命名沖突的有用工具。將只在一個(gè)模塊文件中的變量和函數使用static 修飾，將不會(huì )和其他模塊可能具有相同名稱(chēng)的函數和變量在模塊連接時(shí)不會(huì )產(chǎn)生名稱(chēng)沖突。一般來(lái)說(shuō)，只要不是提供給其它模塊使用的函數，和非全局變量，均應使用static 修飾。將子程序中的變量使用static 修飾時(shí)，表示這個(gè)變量在程序開(kāi)始時(shí)分配內存，在程序結束時(shí)釋放，它們在程序執行期間保持它們的值。如：
void func1(void)
{
static int time = 0;
time++
}
void func2(void)
{
static int time = 0;
time++;
}

兩個(gè)子程序中的time 變量使用static 修飾，所以它們是靜態(tài)變量，每調用一次time將進(jìn)行加1，并保持這個(gè)值。它們的功能與下面程序相似：
int time1 = 0;
int time2 = 0;
void func1(void)
{
time1++
}
void func2(void)
{
time2++;
}
我們可以看出，使用static 修飾后，模塊中的全局變量減少，使得程序的更為簡(jiǎn)單。

【規則12】不要忽視編譯器的警告。

編譯器的給出的警告都是有的放矢，在沒(méi)有查清引起警告的真正原因之前，不要忽視它。

【規則13】注意溢出問(wèn)題，寫(xiě)安全的代碼。

1.4 KeilC 編程

【規則14】深入了解你所用的工具。

仔細查看KeilC 附帶的幫助文件，你能找到你期待已久的東西。KeilC 是當前最好用的單片機開(kāi)發(fā)軟件。要充分利用該軟件的功能，就必須對它深入的進(jìn)行了解。

【規則15】不要使用語(yǔ)言的冷僻特性，并且記住，耍小聰明會(huì )貽害無(wú)窮。最重要的是編寫(xiě)你理解的代碼，理解你編寫(xiě)的代碼，你就可能會(huì )做得很好。

2 推薦書(shū)目

要成為一個(gè)優(yōu)秀的單片機系統產(chǎn)品設計工程師，興趣、熱情、責任心至關(guān)重要。

2.1 單片機技術(shù)學(xué)習

《微機原理及應用(從16 位到32 位) 》戴梅萼等著(zhù)清華大學(xué)出版社。學(xué)校教材，也是當年我學(xué)習單片機的啟蒙書(shū)。

2.2 C51 編程學(xué)習

《單片機高級語(yǔ)言C51 Windows 環(huán)境編程與應用》作者:徐愛(ài)鈞彭秀華電子工業(yè)出版社。這本書(shū)幾乎覆蓋了C51 編程的方方面面，最新版本對當前使用最廣的keilC 也有很詳細的講述。對于剛學(xué)C51 編程的同志，本書(shū)是上上之選，強力推薦。比起現今書(shū)市上的所謂什么“C51 編程圣經(jīng)”之類(lèi)的書(shū)強得多。

2.3 C 語(yǔ)言編程必讀

《C 陷阱與缺陷》Andrew Koenig 著(zhù)

《C 專(zhuān)家編程》Peter Van Der Linden 著(zhù)

C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)技術(shù)經(jīng)典之作，C 程序員必讀之書(shū)，數十年來(lái)經(jīng)久不衰。如果你想對C語(yǔ)言全面的掌握，真正了解C 語(yǔ)言的精髓，這兩本書(shū)是必讀之作。由人民郵電出版社出版的中文譯本也還不錯。

2.4 程序設計技術(shù)方面

《數據結構》 嚴蔚敏 清華大學(xué)出版社。清華大學(xué)出版社的教材質(zhì)量穩定，中規中矩，價(jià)格相對來(lái)說(shuō)也便宜一點(diǎn)。

《程序設計實(shí)踐》Brian W. Kernighan Rob Pike 著(zhù)；《代碼大全》（網(wǎng)上有下載）。這兩本是能讓你看后，感覺(jué)有大突破的那種書(shū)籍，千萬(wàn)別吝惜銀子。