MCU最強科普總結【建議收藏】（二）

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2022-03-17 08:03:46 2

單片機的程序編寫

MCU的程序的編寫與PC下的程序的編寫存在很大的區別，雖然現在基于C的MCU開發工具越來越*，但對于一個高效的程序代碼和喜歡使用匯編的設計者來講，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程序設計與PC最大的不同)，主程序循環體和中斷處理程序三大部分，其分別說明如下：
1、初始化：對于所有的MCU程序的設計來講，初始化是最基本也是最重要的一步，一般包括如下內容：
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生。
清除系統的RAM區域和顯示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，特別是對于防止意外的錯誤，還是建議養成*的編程習慣。
IO口的初始化：根據項目的應用的要求，設定相關IO口的輸入輸出方式，對于輸入口，需要設定其上拉或下拉電阻;對于輸出口，則必須設定其初始的電平輸出，以防出現不必要的錯誤。
中斷的設置：對于所有項目需要用到的中斷源，應該給予開啟并設定中斷的觸發條件，而對于不使用的多余的中斷，則必須給予關閉。
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，必須按項目的應用的要求進行相應的設置，如UART的通訊，需要設定Baud Rate，數據長度，校驗方式和Stop Bit的長度等，而對于Programmer Timer，則必須設置其時鐘源，分頻數及Reload Data等。
參數的初始化：完成了MCU的硬件和資源的初始化后，接下來就是對程序中使用到的一些變量和數據的初始化設置，這一部分的初始化需要根據具體的項目及程序的總體安排來設計。對于一些用EEPROM來保存項目預制數的應用來講，建議在初始化時將相關的數據拷貝到MCU的RAM，以提高程序對數據的訪問速度，同時降低系統的功耗（原則上，訪問外部EEPROM都會增加電源的功耗）。
2、主程序循環體：大多數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的方式來設計，對于存在多種工作模式的應用來講，則可能存在多個循環體，相互之間通過狀態標志來進行轉換。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的應用。
3、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和事件，如，外部突發性信號的檢測，按鍵的檢測和處理，定時計數，LED顯示掃描等。
一般情況下，中斷程序應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，可以在中斷中設置觸發的標志，然后由主程序來執行具體的事務――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。
4、對于不同任務體的安排，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)應用，考慮到此類項目均為手持式設備和采用普通的LCD顯示，對按鍵的反應和顯示的反應要求實時性較高，因此一般采用定時中斷的方式來處理按鍵的動作和數據的顯示；而對于高速的MCU，如Fosc》1MHz的應用，由于此時MCU有足夠的時間來執行主程序循環體，因此可以只在相應的中斷中設置各種觸發標志，并將所有的任務放在主程序體中來執行。
5、在MCU的程序設計中，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置同一個變量或數據的情況。有效的預防方法是，將此類數據的處理安排在一個模塊中，通過判斷觸發標志來決定是否執行該數據的相關操作；而在其他的程序體中(主要是中斷)，對需要進行該數據的處理的地方只設置觸發的標志。――這可以保證數據的執行是可預知和*的。

工程師對單片機編程的總結

1、要養成總結的好習慣，總結不僅是對自己學習的一個總結，還是對學習過程的一個回顧與加深，還可避免第二次犯錯。

2、編寫程序之前先要有一個對該項目熟悉的了解，做到心中有數，列一個大致框架。仔細推敲該怎么布局，怎樣布局最合理，該步驟很重要。要分析先做哪個模塊，具體到該模塊的具體步驟，各個函數怎么命名，與其他模塊的銜接等。最好拿張紙記下重要過程。
3、對于c語言的模塊化編程，要先分好各個模塊，一個模塊一個模塊的編程，確定一個順序，按順序來，該模塊成功之后再編寫下一個。對于頭文件，當該模塊編寫好之后再編寫該模塊的頭文件。
4、出現警告不要忽視，說明該程序一定有不合理之處，要弄清其來源，找到解決辦法。找來源時要有針對性，可上網搜一下該方面的資料，或向別人請教。例如，居然把另一個工程內的main函數加入了這個工程。還有居然函數命名重復。還有根據實驗現象分析原因，層層遞進。還有端口定義時居然選錯了接口。有時，實在解決不了就休息一下，在想也挺好的。再簡單的地方也要注意一下，都有可能出錯。
在單片機應用開發中，代碼的使用效率問題、單片機抗干擾性和可靠性等問題仍困擾著?，F歸納出單片機開發中應掌握的幾個基本技巧。

單片機開發技巧

1.如何減少程序中的bug

對于如何減少程序的bug，應該先考慮系統運行中應考慮的超范圍管理參數如下。

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。
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、存儲單元長度、堆疊深度。
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。過程參數：指系統運行中的有序變化的參數。

2.如何提高C語言編程代碼的效率

用C語言進行單片機程序設計是單片機開發與應用的必然趨勢。如果使用C編程時，要達到最高的效率，最好熟悉所使用的C編譯器。先試驗一下每條C語言編譯以后對應的匯編語言的語句行數，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。各家的C編譯器都會有一定的差異，故編譯效率也會有所不同，優秀的嵌入式系統C編譯器代碼長度和執行時間僅比以匯編語言編寫的同樣功能程度長5-20%。

對于復雜而開發時間緊的項目時，可以采用C語言，但前提是要求你對該MCU系統的C語言和C編譯器非常熟悉，特別要注意該C編譯系統所能支持的數據類型和算法。雖然C語言是最普遍的一種*語言，但由于不同的MCU廠家其C語言編譯系統是有所差別的，特別是在一些特殊功能模塊的操作上。所以如果對這些特性不了解，那么調試起來問題就會很多，反而導致執行效率低于匯編語言。

3.如何解決單片機的抗干擾性問題防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到，所以只能看單片機抗干擾能力夠不夠強了。在提高硬件系統抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設計靈活、節省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。
單片機干擾最常見的現象就是復位，至于程序跑飛，其實也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態，所以單片機軟件抗干擾最重要的是處理好復位狀態。
一般單片機都會有一些標志寄存器，可以用來判斷復位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些標志。在每次程序復位時，通過判斷這些標志，可以判斷出不同的復位原因；還可以根據不同的標志直接跳到相應的程序。這樣可以使程序運行有連續性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復位過。
4.如何測試單片機系統的可靠性當一個單片機系統設計完成，對于不同的單片機系統產品會有不同的測試項目和方法，但是有一些是必須測試的：

測試單片機軟件功能的完善性
上電、掉電測試
老化測試
ESD和EFT等測試

有時候，我們還可以模擬人為使用中，可能發生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機系統的接觸端口，由此測試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機系統工作，由此測試抗電磁干擾能力等。
綜上所述，單片機已成為計算機發展和應用的一個重要方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。
從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。
此外在開發和應用過程中我們更要掌握技巧，提高效率，以便于發揮它更加廣闊的用途。

芯片操作總結

對芯片的操作主要是對芯片內寄存器的操作，芯片內寄存器在存儲器上映射的都有自己的*地址，這也就是對相應的地址的操作。看芯片，首先看時序圖，再了解相應的寄存器，了解是如何操作的，定義需要的端口（程序可以識別），編寫寫操作程序和讀操作程序。

如何往芯片內寫入數據，如何讀出數據，通過哪個端口輸入或讀出（最主要的地方）。
通過總線連接芯片時，首先要了解該總線的協議。I2c總線連接的芯片，主要通過該總線去控制該芯片。
1、點陣中一個74hc595用于列的選擇，令外兩個用于顏色的選擇，點陣相當于二極管的集合，
一端給高電平，另一端給低電平，二極管才能亮。只是一端選擇不同時，亮不同的顏色。
定時器工作模式的選擇：高四位是設置定時器T1，低四位設置T0。然后各模式的后兩位設置工作模式。當設置兩個定時器時，注意使用或（|）。當用中斷時，注意進入中斷后，該清零的要清零。
2、串口收發：波特率的設置一般用模式2（自動重裝初值），因為不同的裝置，處理數據的能力不同，設置波特率主要為了照顧低速裝置及為了彼此間的通訊。中斷標志位要軟件清零。設置串口中斷時，收發無論哪一個產生都能進入中斷函數，因此要注意設置中斷函數。（自我感覺一般設置一種功能，當做上位機或下位機）。
發送用中斷的話，要解決*次該怎么進入中斷，因此首先要發送一次，此后就可以進入中斷了。一次只能發一字節，而且只有在TI置一之后才能發送下一位。
3、Pcf8591ad轉換，有四個通道的輸入，讀pcf8591時，選通哪一個通道，讀的就是那個通道輸入的電壓，轉換后的數據存儲在該芯片內，再讀出。讀時先寫芯片的地址，在寫器件的子地址（0x40|通道號），然后就是讀出的數據。
4、Da轉換是先向芯片內寫入器件地址，在寫子地址（0x40），在寫要轉換的數字量。器件地址芯片資料有介紹。
5、對于液晶顯示，寫入數據顯示后，他會一直顯示，不用持續刷新，要想改變，只有重新輸入。
6、對于ds1302時鐘芯片，讀數據時是在寫入數據時的第八個時鐘下降沿就讀出*位數據的的，然后再為下次輸出做準備，注意程序的寫法，還要注意返回值放的位置。
7、Ds1302中先指明寄存器，再向其中寫入數據。芯片資料上的寄存器標出的是地址。（寫保護處程序還不大明白，不是一直都有寫入嗎？為什么還打開寫保護？）
（根據前面的大俠，可以在初始化時間后設一標志，有此標志則不用再初始化時間。但是如果斷電后，MCU的RAM是無法保存這個標志的，因此可以用DS1302的RAM保存該標志，待上電后讀取該標志。我也是初學者，最近也打算用DS1302。不知說法對不，我也還沒具體實施，多交流）
8、初始化最好還要寫一下，以防以后忘記。有時注意讀出或寫入時，首先操作的是最低位還是最高位，可根據時序圖判斷出。
9、對于紅外收發，接收時，他是根據兩個下降沿之間的時間長短來確定是高電平還是低電平，寫程序時，先用定時器確定時間長短，保存，然后再轉化成二進制（該程序寫法多看看，很好）。
10、步進電機：主要做開關用，步進電機的力矩隨轉速的升高而降低。主要用在機床上零部件加工的自動進給。對有較高精度的控制場所都可也使用。
步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
11、伺服電機：（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。直流電機：范圍較大，小車上都是。

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