单片机

首先，“嵌入式”这是个概念，准确的定义没有，各个书上都有各自的定义。但是主要思想是一样的，就是相比较PC机这种通用系统来说，嵌入式系统是个专用系统，结构精简，在硬件和软件上都只保留需要的部分，而将不需要的部分裁去。所以嵌入式系统一般都具有便携、低功耗、性能单一等特性。

然后，MCU、DSP、FPGA这些都属于嵌入式系统的范畴，是为了实现某一目的而使用的工具。

MCU俗称”单片机“经过这么多年的发展，早已不单单只有普林斯顿结构的51了，性能也已得到了很大的提升。因为MCU必须顺序执行程序，所以适于做控制，较多地应用于工业。而ARM本是一家专门设计MCU的公司，由于技术先进加上策略得当，这两年单片机市场份额占有率巨大。

ARM的单片机有很多种类，从低端M0(小家电)到高端A8、A9(手机、平板电脑)都很吃香，所以也不是ARM的单片机一定要上系统，关键看应用场合。

DSP叫做数字信号处理器，它的结构与MCU不同，加快了运算速度，突出了运算能力。可以把它看成一个超级快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在电机控制上，不过TI公司好像称其为DSC(数字信号控制器)一个介于MCU和DSP之间的东西。高端的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做视频图像处理和通信设备这些需要大量运算的地方。

FPGA叫做现场可编程逻辑阵列，本身没有什么功能，就像一张白纸，想要它有什么功能完全靠编程人员设计(它的所有过程都是硬件，包括VHDL和Verilog HDL程序设计也是硬件范畴，一般称之为编写“逻辑”。)。

如果你够NB，你可以把它变成MCU，也可以变成DSP。由于MCU和DSP的内部结构都是设计好的，所以只能通过软件编程来进行顺序处理，而FPGA则可以并行处理和顺序处理，所以比较而言速度最快。

那么为什么MCU、DSP和FPGA会同时存在呢?那是因为MCU、DSP的内部结构都是由IC设计人员精心设计的，在完成相同功能时功耗和价钱都比FPGA要低的多。而且FPGA的开发本身就比较复杂，完成相同功能耗费的人力财力也要多。

所以三者之间各有各的长处，各有各的用武之地。但是目前三者之间已经有融合的态势，ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核，TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之间的关系是越来越像三基色的三个圆了。

一言以蔽之“你中有我，我中有你”。

硬件工程师学习从何开始?

单片机:通常

dsp:用于复杂的计算，像离散余弦变换、快速傅里叶变换，常用于图像处理，在数码相机等设备中使用。

arm:一个英国的芯片设计公司，但是不生产芯片。只卖知识产权。

fpga:现场可编程门阵列，以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。

嵌入式 是相对于台式电脑而言，系统可裁剪，形态各异，可能体积、功耗、成本受限、实时性要求高，如示波器，手机，平板电脑，全自动洗衣机，路由器、数码相机，这些设备中，虽然看不到台式机的存在，但是都有一个或多个嵌入式系统在工作。

根据对象体系的功能复杂性和计算处理复杂性，提供的不同选择。对于简单的家电控制嵌入式系统，采用简单的8位单片机就足够了，价廉物美，对于手机和游戏机等，就必须采用32位的ARM和DSP等芯片了。FPGA是一种更偏向硬件的实现方式。

所以要通过学习成为硬件工程师，要从单片机开始，然后学习ARM和DSP之类。

市面上七大主流单片机的详细介绍

单片机现在可谓是铺天盖地，种类繁多，让开发者们应接不暇，发展也是相当的迅速，从上世纪80年代，由当时的4位8位发展到现在的各种高速单片机。

各个厂商们也在速度、内存、功能上此起彼伏，参差不齐~~同时涌现出一大批拥有代表性单片机的厂商：Atmel、TI、ST、MicroChip、ARM…国内的宏晶STC单片机也是可圈可点…

下面为大家带来51、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR、STC单片机之间的优缺点比较及功能体现……

51单片机

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应用最广泛的8位单片机当然也是初学者们最容易上手学习的单片机，最早由Intel推出，由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“经典”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。

51单片机之所以成为经典，成为易上手的单片机主要有以下特点：

特性：

  • 从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。
  • 同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，
  • 乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。很多的八位单片机都不具备乘法功能，做乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便

缺点：(虽然是经典但是缺点还是很明显的)

  • AD、EEPROM等功能需要靠扩展,增加了硬件和软件负担
  • 虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，这也是51系列单片机的最大软肋
  • 运行速度过慢，特别是双数据指针，如能改进能给编程带来很大的便利
  • 51保护能力很差，很容易烧坏芯片

应用范围：

目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用。

使用最多的器件：8051、80C51。

MSP430单片机

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MSP430系列单片机是德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器，给人们留下的最大的亮点是低功耗而且速度快,汇编语言用起来很灵活,寻址方式很多,指令很少,容易上手。

主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。其迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点…

特性：

  • 强大的处理能力，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式( 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序
  • 在运算速度方面，能在 8MHz 晶体的驱动下，实现 125ns 的指令周期。16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合，能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等)。
  • 超低功耗方面，MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在 200~400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA

缺点：

  • 个人感觉不容易上手，不适合初学者入门，资料也比较少，只能跑官网去找
  • 占的指令空间较大,因为是16位单片机,程序以字为单位,有的指令竟然占6个字节。虽然程序表面上简洁, 但与pic单片机比较空间占用很大

应用范围：

在低功耗及超低功耗的工业场合应用的比较多

使用最多的器件：MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列

TMS单片机

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这里也提一下TMS系列单片机，虽不算主流。由TI推出的8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合。虽然没STM32那么优秀，也没MSP430那么张扬，但是TMS370C系列单片机提供了通过整合先进的外围功能模块及各种芯片的内存配置，具有高性价比的实时系统控制。

同时采用高性能硅栅CMOS EPROM和EEPROM技术实现。低工作功耗CMOS技术，宽工作温度范围，噪声抑制，再加上高性能和丰富的片上外设功能，使TMS370C系列单片机在汽车电子，工业电机控制，电脑，通信和消费类具有一定的应用。

STM32单片机

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由ST厂商推出的STM32系列单片机，行业的朋友都知道，这是一款性价比超高的系列单片机，应该没有之一，功能及其强大。其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核。

同时具有一流的外设：1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等等，在功耗和集成度方面也有不俗的表现，当然和MSP430的功耗比起来是稍微逊色的一些，但这并不影响工程师们对它的热捧程度，由于其简单的结构和易用的工具再配合其强大的功能在行业中赫赫有名…

特性：

  • 内核：单周期乘法和硬件除法
  • 存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器
  • 时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振
  • 调试模式：串行调试(SWD)和JTAG接口。最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口
  • 使用最多的器件：STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列

PIC单片机

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PIC单片机系列是美国微芯公司(Microship)的产品，共分三个级别,即基本级、中级、高级，是当前市场份额增长最快的单片机之一，CPU采用RISC结构,分别有33、35、58条指令,属精简指令集。

同时采用Harvard双总线结构,运行速度快，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令。这样总的看来每条指令只需一个周期，这也是高效率运行的原因之一，此外PIC单片机之所以成为一时非常热的单片机不外乎以下特点：

特点：

  • 具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机的I/O口是双向的,其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器,从而解决了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状态。
  • 当置位1时为输入状态,且不管该脚呈高电平或低电平,对外均呈高阻状态;置位0时为输出状态,不管该脚为何种电平,均呈低阻状态,有相当的驱动能力,低电平吸入电流达25mA,高电平输出电流可达20mA。相对于51系列而言,这是一个很大的优点。
  • 它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。它的A/D为10位,能满足精度要求。具有在线调试及编程(ISP)功能。

不足之处：

其专用寄存器(SFR)并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80～FFH),而是分散在四个地址区间内。只有5个专用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4个存储体内同时出现，但是在编程过程中,少不了要与专用寄存器打交道,得反复地选择对应的存储体,也即对状态寄存器STATUS的第6位(RP1)和第5位(RP0)置位或清零。

数据的传送和逻辑运算基本上都得通过工作寄存器W(相当于51系列的累加器A)来进行,而51系列的还可以通过寄存器相互之间直接传送,因而PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严重,这在编程中的朋友应该深有体会。

使用最多的器件：PIC16F873、PIC16F877

AVR单片机

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AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令周期,实行流水作业。

AVR单片机指令以字为单位,且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能,同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用4～8MHz,故最短指令执行时间为250～125ns。

特点：

  • AVR系列没有类似累加器A的结构,它主要是通过R16～R31寄存器来实现A的功能。在AVR中,没有像51系列的数据指针DPTR,而是由X(由R26、R27组成)、Y(由R28、R29组成)、Z(由R30、R31组成)三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR)。

    • 而且还能作后增量或先减量等的运行，而在51系列中,所有的逻辑运算都必须在A中进行;而AVR却可以在任两个寄存器之间进行,省去了在A中的来回折腾,这些都比51系列出色些

  • AVR的专用寄存器集中在00～3F地址区间,无需像PIC那样得先进行选存储体的过程,使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为0～00DF(AT90S2313) 和0060～025F(AT90S8515、AT90S8535),它们占用的是数据空间的地址,这些片内RAM仅仅是用来存储数据的,通常不具备通用寄存器的功能。

    • 当程序复杂时,通用寄存器R0～R31就显得不够用;而51系列的通用寄存器多达128个(为AVR的4倍),编程时就不会有这种感觉。

  • AVR的I/O脚类似PIC,它也有用来控制输入或输出的方向寄存器,在输出状态下,高电平输出的电流在10mA左右,低电平吸入电流20mA。这点虽不如PIC,但比51系列还是要优秀的…

缺点：

  • 没有位操作，都是以字节形式来控制和判断相关寄存器位。
  • C语言与51的C语言在写法上存在很大的差异，这让从开始学习51单片机的朋友很不习惯。
  • 通用寄存器一共32个(R0～R31),前16个寄存器(R0～R15)都不能直接与立即数打交道,因而通用性有所下降。而在51系列中,它所有的通用寄存器(地址00～7FH)均可以直接与立即数打交道,显然要优于前者。

使用最多的器件：ATUC64L3U、ATxmega64A1U、AT90S8515

STC单片机

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说到STC单片机有人会说到，STC也能算主流，估计要被喷了~~我们基于它是国内还算是比较不错的单片机来说。

STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，说白了STC单片机是51与AVR的结合体，有人说AVR是51的替代单片机，但是AVR单片机在位控制和C语言写法上存在很大的差异。而STC单片机恰恰结合了51和AVR的优点，虽然功能不及AVR那么强大，但是在AVR能找到的功能，在STC上基本都有，同时STC单片机是51内核，这给以51单片机为基础的工程师们提供了极大的方便，省去了学习AVR的时间，同时也不失AVR的各种功能…

STC单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机51单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM 、8路高速10位A、D转换，针对电机电机 的供应商控制，强干扰场合，成为继51单片机后一个全新系列单片机…

特性：

  • 下载烧录程序用串口方便好用，容易上手，拥有大量的学习资料及视频，最著名的要属于杜老师的那个视频了，好多对单片机有兴趣的朋友都是通过这个视频入门的，同时具有宽电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V, 低功耗设计：空闲模式，掉电模式(可由外部中断唤醒)
  • STC单片机具有在应用编程，调试起来比较方便;带有10位AD、内部EEPROM、可在1T/机器周期下工作，速度是传统51单片机的8~12倍，价格也较便宜
  • STC12C2052AD系列为2通道，也可用来再实现4个定时器或4个外部中断，2个硬件16位定时器，兼容普通8051的定时器。4路PCA还可再实现4个定时器，具有硬件看门狗、高速SPI通信端口、全双工异步串口,兼容普通8051的串口，同时还具有先进的指令集结构，兼容普通8051指令集。

PS：STC单片机功能虽不及AVR、STM32强大，价格也不及51和ST32便宜，但是这些并并不重要，重要的是这属于国产单片机比较出色的单片机，但愿国产单片机能一路长虹…

使用最多的器件：STC12C2052AD

Freescale单片机

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主要针对S08,S12这类单片机，当然Freescale单片机远非于此。Freescale系列单片机采用哈佛结构和流水线指令结构，在许多领域内都表现出低成本，高性能的的特点，它的体系结构为产品的开发节省了大量时间。此外Freescale提供了多种集成模块和总线接口，可以在不同的系统中更灵活的发挥作用!Freescale单片机的特有的特点如下：

  • 全系列：从低端到高端，从8位到32位全系列应有尽有，其推出的8位/32位管脚兼容的QE128，可以从8位直接移植到32位,弥补单片机业界8/32 位兼容架构中缺失的一环
  • 多种系统时钟模块：三种模块，七种工作模式。多种时钟源输入选项，不同的mcu具有不同的时钟产生机制，可以是RC振荡器，外部时钟或晶振，也可以是内部时钟，多数CPU同时具有上述三种模块!可以运行在FEI，FEE，FBI，FBILP，FBE，FBELP，STOP这七种工作模式
  • 多种通讯模块接口：Freescale单片机几乎在内部集成各种通信接口模块：包括串行通信接口模块SCI，多主I2C总线模块,串行外围接口模块 SPI，MSCAN08控制器模块，通用串行总线模块(USB/PS2)
  • 具有更多的可选模块：具有LCD驱动模块，带有温度传感器，具有超高频发送模块，含有同步处理器模块，含有同步处理器的MCU还具有屏幕显示模块OSD，还有少数的MCU具有响铃检测模块RING和双音多频/音调发生器DMG模块
  • 可靠性高，抗干扰性强，多种引脚数和封装选择
  • 低功耗、也许Freescale系列的单片机的功耗没有MSP430的低，但是他具有全静态的“等待”和“停止”两种模式，从总体上降低您的功耗!新近推出的几款超低功耗已经与MSP430的不相上下!

使用最多的器件：MC9S12G系列

如果真要在这些单片机中分个一二三等，那么如果你想跟随大众，无可厚非51单片机还是首选;如果你追求超高性价比，STM32将是你理想选择;如果你渴望超低功耗，MSP430肯定不会让你失望;如果你想支持国产，STC会让你兴奋…

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单片机是可编程器件，开发者把程序写好、编译完之后，需要烧录到单片机中，单片机才能按照开发者的逻辑去执行。在这个烧录的过程中需要用到专用的烧录工具。比如51单片机的USB/TTL、STM单片机的STlink等。使用过单片机开发板的同学都清楚，程序编写完了后，在调试的过程中可能会烧录很多次程序，尽管照这样，单片机还是能一直烧录，那么单片机的烧写次数是不是无限的呢？

单片机烧写程序的次数是一定的，不是无限次，这取决于单片机的程序存储器ROM。有的单片机只能烧写一次，有的可以烧写1k次，还有的可以烧写100k次，不同的ROM类型了导致了烧写次数的不同。

固定不可烧写的掩膜ROM

这类单片机在出厂的时候，单片机厂家根据用户提供的程序文件一次性写入，即客户收到的就是烧写好程序的单片机，用户无法修改。这种一般是低成本的解决方案，而且需求数量非常大。

只能烧写一次的PROM

这种PROM类型的单片机只能烧写一次，其存贮器内部默认全0或者全1，用户只能烧写一次，烧写完毕后，保险丝熔断。这种方案价格也非常便宜，适合大量出货，国内很多单片机厂商提供这种单片机。

紫外线可擦除的EPROM

EPROM采用的是浮栅技术，用户如果需要修改程序，需要用紫外线擦除，这类单片机一般会有一个窗口用于接受紫外线的照射，照射的过程大概20-30分钟作用，用起来不方便，这种单片机在市场上很少看到了。

可多次烧录的EEPROM和Flash型ROM

这两种类型的ROM都可以很多次擦除，其中flash型的烧录次数可以多达100万，完全满足了人们的使用，目前市面上出货的单片机多数是这种。相对而言，Flash型的烧写速度更快，容量更大，烧录次数更多。

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作为一名电子技术从业人员，你学过单片机吗？你会运用单片机吗？我想你一定学过，但不一定会运用。

因为学习单片机比学习其他学科需要付出更多的努力和代价，不仅要学习理论知识还要练习实际操作，而且主要是在实际操作中才能真正学到单片机技术。

因主修专业的不同以及电子基础的深浅不同，对于不同的人可能采用不同的学习方法，根据笔者的亲身学习经验，提出笔者的学习方法和步骤。

Part 1、基础理论知识学习

基础理论知识包括模拟电路、数字电路和C语言知识，模拟电路和数字电路属于抽象学科，要把它学好还得费点精神。

在你学习单片机之前，觉得模拟电路和数字电路基础不好的话，不要急着学习单片机，应该先回顾所学过的模拟电路和数字电路知识，为学习单片机加强基础。

否则，你的单片机学习之路不仅会很艰难和漫长，还可能半途而废。笔者始终认为，扎实的电子技术基础是学好单片机的关键，直接影响单片机学习入门的快慢。

单片机属于数字电路，其概念、术语、硬件结构和原理都源自数字电路，如果数字电路基础扎实，对复杂的单片机硬件结构和原理就能容易理解，就能轻松地迈开学习的第一步，自信心也会树立起来。

一般是先学习模拟电路再去学习数字电路。扎实的模拟电路基础不仅让你容易看懂别人设计的电路，而且让你的设计的电路更可靠，提高产品质量。

C语言知识并不难，没有任何编程基础的人都可以学，在我看来，初中生、高中生、中专生、大学生都能学会，当然，数学基础好、逻辑思维好的人学起来相对轻松一些。

当基础打好以后，你会感觉到单片机不再难学了，而且越学越起劲。

当单片机乖乖的依照你的逻辑思维和算法去执行指令，实现预期控制效果的时候，成就感会让你信心十足、夜以继日、废寝忘食的投入到单片机的世界里。

可以这么说，扎实的电子技术基础和C语言基础能增强学习单片机信心，较快掌握单片机技术。

Part 2、单片机实践

1.有刻苦学习的决心

首先，明确学习目的，先认真回答两个问题：我学单片机来做什么？需要多长时间把它学会？这是你学单片机的动力，没有动力，我想你坚持不了多久。

其次，端正学习心态，单片机学习过程是枯燥乏味、孤独寂寞的过程，要知道，学习知识没有捷径，只有循序渐进，脚踏实地，一步一个脚印，才能学到真功夫。

再次，要多动脑勤动手，单片机的学习具有很强的实践性，是一门很注重实际动手操作的技术学科，不动手实践你是学不会单片机的。

最后，虚心交流，在单片机学习过程中每个人都会遇到无数不能解决的问题，需要你向有经验的过来人虚心求教，否则，一味的自己埋头摸索会走许多弯路，浪费很多时间。

2.有一套完整的学习开发工具

学习单片机是需要成本的，必须有一台电脑、一块单片机开发板（如果开发板不能直接下载程序代码的话还得需要一个编程器）、一套视频教程、一本单片机教材和一本C语言教材。

电脑是用来编写和编译程序，并将程序代码下载到单片机上；开发板用来运行单片机程序，验证实际效果；视频教程就是手把手教你单片机开发环境的使用、单片机编程和调试。

对于单片机初学者来说，视频教程必须要看，尤其是院校里的单片机教材，学了之后，面对真正的单片机时可能还是束手无策；单片机教材和C语言教材是理论学习资料，备忘备查。

不要为了节约成本不用开发板而光用Protur软件仿真调试，这和纸上谈兵没什么区别。

3. 要注重理论和实践相结合

单片机C语言编程理论知识并不深奥，光看书不动手也能明白，但在实际编程的时候就没那么简单了，一个程序的形成不仅需要有C语言知识，更多需要融入你个人的编程思路和算法。

编程思路和算法决定一个程序的优劣，是单片机编程的大问题，只有在实际动手编写的时候才会有深切的感悟，一个程序能否按照你的意愿正常运行就要看你的思路和算法是否正确、合理。

如果程序不正常则要反复调试(检查、修改思路和算法)，直到成功，这个过程耗时、费脑、疲精神，意志不坚强者往往被绊倒在这里半途而废。

学习编写程序应该按照以下过程学习，效果会更好，看到例程题目先试着构思自己的编程思路，然后再看教材或视频教程里的代码，研究人家的编程思路，注意与自己思路的差异。

接下来就照搬人家的思路亲自动手编写这个程序，领会其中每一条语句的作用；对有疑问的地方试着按照自己的思路修改程序，比较程序运行效果，领会其中的奥妙。

每一个例程都坚持按照这个过程学习，你很快会找到编程的感觉，取其精华去其糟粕，久而久之会形成你独特的编程思想。

当然，刚开始，看别人的程序源代码就像看天书一样，只要硬着头皮看，看到不懂的关键字和语句就翻书查阅、对照，只要能坚持下来，学习收获会事半功倍。

在实践过程中不仅要学会别人的例程，还要在别人的程序上改进和拓展，让程序产生更强大的功能。

同时，还要懂得通过查阅芯片数据手册里有关芯片命令和数据的读写时序来核对别人例程的可靠性，如果你觉得例程不可靠就把它修改过来，成为是你自己的程序。

Part 3、单片机硬件设计

当编写自己的程序信手拈来、阅读别人的程序能够发现问题的时候，说明你的单片机编程水平相当不错了。

接下来就应该研究的硬件了，硬件设计包括电路原理设计和PCB板设计，学习做硬件要比学习做软件麻烦，成本更高，周期更长。

但是，学习单片机的最终目的是做产品开发----软件和硬件相结合形成完整的控制系统，所以，做硬件也是学习单片机技术的一个必学内容。

电路原理设计涉及到各种芯片的应用，而这些芯片外围电路的设计、典型应用电路和与单片机的连接等在芯片数据手册都能找到答案，前提是要看得懂全英文的数据手册。

否则，照搬别人的设计永远落在别人的后面，你做的产品就没有创意，电子技术领域的第一手资料都是英文，从第一手资料里你所获得的知识可能是在教科书、网络文档和课外读物等所没有的知识。

虽然有些资料也都是在DATASHEET的基础上撰写的，但内容不全面，甚至存在翻译上的遗漏和错误。
当然，阅读DATASHEET需要具备一定的英文阅读能力，这也是阻碍单片机学习者晋级的绊脚石，良好的英文阅读能力能让你在单片机技术知识的海洋里自由遨游。

做PCB板就比较简单了，只要懂得使用Protel软件或 AltimDesigner软件就没问题了。但要想做的板子布局美观、布线合理还得费一番功夫了。

娴熟的单片机C语言编程、会使用Protel软件或 AltimDesigner软件设计PCB板和具备一定的英文阅读能力，你就是一个遇强则强的单片机高手了。

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单片机主要作用是控制外围的器件，并实现一定的通信和数据处理。但在某些特定场合，不可避免地要用到数学运算，尽管单片机并不擅长实现算法和进行复杂的运算。

下面主要是介绍如何用单片机实现数字滤波。

在单片机进行数据采集时，会遇到数据的随机误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的结果符合统计规律。
为克服随机干扰引起的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。滤波算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强。

1、采用数字滤波算法克服随机干扰的误差具有以下优点：

数字滤波无需其他的硬件成本，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题。尤其是数字滤波可以对频率很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。

数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低系统开支。

只要适当改变滤波器的滤波程序或运算，就能方便地改变其滤波特性，这对于滤除低频干扰和随机信号会有较大的效果。

在单片机系统中常用的滤波算法有限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波等。

2、限幅滤波算法

该运算的过程中将两次相邻的采样相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值A进行比较。

A的大小由被测对象的具体情况而定，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效;否则取上次采样值作为本次数据的样本。

算法的程序代码如下：

1#define A //允许的最大差值
 2
 3char data; //上一次的数据
 4
 5char filter()
 6
 7{
 8
 9    char datanew; //新数据变量
10
11    datanew=get_data(); //获得新数据变量
12
13    if((datanew-data)>A||(data-datanew>A))
14
15        return data;
16
17    else
18
19        return datanew;
20
21}

说明：

限幅滤波法主要用于处理变化较为缓慢的数据，如温度、物体的位置等。使用时，关键要选取合适的门限制A。通常这可由经验数据获得，必要时可通过实验得到。

3、中值滤波算法

该运算的过程是对某一参数连续采样N次(N一般为奇数)，然后把N次采样的值按从小到大排列，再取中间值作为本次采样值，整个过程实际上是一个序列排序的过程。

算法的程序代码如下：

 1#define N 11 //定义获得的数据个数
 2 
3char filter()
4
5{
6 
7    char value_buff[N]; //定义存储数据的数组 
8 
9    char count,i,j,temp;
10
11    for(count=0;count<N;count++)
12
13    {
14
15        value_buf[count]=get_data();
16
17        delay(); //如果采集数据比较慢，那么就需要延时或中断
18
19    }
20
21    for(j=0;j<N;j++)
22
23    {
24
25        if(value_buff[i]>value_buff[i+1])
26
27        {
28
29            temp=value_buff[i];
30
31            value_buff[i]=value_buff[i+1];
32
33            value_buff[i+1]=temp;
34
35        }
36
37    }
38
39return value_buff[(N-1)/2];
40
41}

说明：中值滤波比较适用于去掉由偶然因素引起的波动和采样器不稳定而引起的脉动干扰。若被测量值变化比较慢，采用中值滤波法效果会比较好，但如果数据变化比较快，则不宜采用此方法。

4、算术平均滤波算法

该算法的基本原理很简单，就是连续取N次采样值后进行算术平均。

算法的程序代码如下：

 1char filter()
 2
 3{
 4
 5    int sum=0;
 6
 7    for(count=0;count<N;count++)
 8
 9    {
10
11        sum+=get_data();
12
13        delay():
14
15    }
16
17    return (char)(sum/N);
18
19}

说明：算术平均滤波算法适用于对具有随机干扰的信号进行滤波。这种信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值附近上下波动。

信号的平均平滑程度完全到决于N值。当N较大时，平滑度高，灵敏度低;当N较小时，平滑度低，但灵敏度高。为了方便求平均值，N一般取4、8、16、32之类的2的整数幂，以便在程序中用移位操作来代替除法。

4、加权平均滤波算法

由于前面所说的“算术平均滤波算法”存在平滑度和灵敏度之间的矛盾。为了协调平滑度和灵敏度之间的关系，可采用加权平均滤波。

它的原理是对连续N次采样值分别乘上不同的加权系数之后再求累加，加权系数一般先小后大，以突出后面若干采样的效果，加强系统对参数变化趋势的认识。

各个加权系数均小于1的小数，且满足总和等于1的结束条件。这样加权运算之后的累加和即为有效采样值。其中加权平均数字滤波的数学模型是：

式中：D为N个采样值的加权平均值：XN-i为第N-i次采样值;N为采样次数;Ci为加权系数。加权系数Ci体现了各种采样值在平均值中所占的比例。

一般来说采样次数越靠后，取的比例越大，这样可增加新采样在平均值中所占的比重。

加权平均值滤波法可突出一部分信号抵制另一部分信号，以提高采样值变化的灵敏度。

样例程序代码如下：

1char codejq[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; //code数组为加权系数表，存在程序存储区
 2
 3char codesum_jq=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
 4
 5char filter()
 6
 7{
 8
 9    char count;
10
11    char value_buff[N];
12
13    int sum=0;
14
15    for(count=0;count<N;count++)
16
17    {
18
19        value_buff[count]=get_data();
20
21        delay();
22
23    }
24
25    for(count=0;count<N;count++)
26
27        sum+=value_buff[count]*jq[count];
28
29    return (char)(sum/sum_jq);
30
31}

6、滑动平均滤波算法

以上介绍和各种平均滤波算法有一个共同点，即每获取一个有效采样值必须连续进行若干次采样，当采速度慢时，系统的实时得不到保证。

这里介绍的滑动平均滤波算法只采样一次，将一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，得到的有效采样值即可投入使用。

如果取N个采样值求平均，存储区中必须开辟N个数据的暂存区。

每新采集一个数据便存入暂存区中，同时去掉一个最老数据，保存这N个数据始终是最新更新的数据。采用环型队列结构可以方便地实现这种数据存放方式。

程序代码如下：

1char value_buff[N];
 2
 3char i=0;
 4
 5char filter()
 6
 7{
 8
 9    char count;
10
11    int sum=0;
12
13    value_buff[i++]=get_data();
14
15    if(i==N)
16
17        i=0;
18
19    for(count=0;count<N;count++)
20
21        sum=value_buff[count];
22
23    return (char)(sum/N);
24
25}

7、低通滤波

将普通硬件RC低通滤波器的微分方程用差分方程来表求，变可以采用软件算法来模拟硬件滤波的功能，经推导，低通滤波算法如下：

1Yn=a* Xn+(1-a) *Yn-1
2
3式中 Xn——本次采样值
4
5Yn-1——上次的滤波输出值;
6
7a——滤波系数，其值通常远小于1;
8
9Yn——本次滤波的输出值。

由上式可以看出，本次滤波的输出值主要取决于上次滤波的输出值(注意不是上次的采样值，这和加权平均滤波是有本质区别的)，本次采样值对滤波输出的贡献是比较小的，但多少有些修正作用，这种算法便模拟了具体有教大惯性的低通滤波器功能。滤波算法的截止频率可用以下式计算：

1fL=a/2Pit pi为圆周率3.14…
2
3式中 a——滤波系数;
4
5t——采样间隔时间;
6
7例如：当t=0.5s(即每秒2次)，a=1/32时;
8
9fL=(1/32)/(2*3.14*0.5)=0.01Hz

当目标参数为变化很慢的物理量时，这是很有效的。另外一方面，它不能滤除高于1/2采样频率的干搅信号，本例中采样频率为2Hz，故对1Hz以上的干搅信号应采用其他方式滤除，低通滤波算法程序于加权平均滤波相似，但加权系数只有两个：a和1-a。为计算方便，a取一整数，1-a用256-a，来代替，计算结果舍去最低字节即可，因为只有两项，a和1-a，均以立即数的形式编入程序中，不另外设表格。

虽然采样值为单元字节(8位A/D)。为保证运算精度，滤波输出值用双字节表示，其中一个字节整数，一字节小数，否则有可能因为每次舍去尾数而使输出不会变化。

设Yn-1存放在30H(整数)和31H(小数)两单元中，Yn存放在32H(整数)和33H(小数)中。

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01、设计满足要求的最精简的系统

正确估计单片机的能力，知道单片机能做什么，最大程度的挖掘单片机的潜力对一个单片机系统设计者来说是至关重要的。我们应该有这样一个认识，即单片机的处理能力是非常强大的。

“”

早期的PC机，其CPU（8086）处理能力和8051相当，却能处理相当复杂的任务。单片机的能力的关键就在软件设计者编写的软件上。只有充分地了解到单片机的能力，才不会做出“冗余”的系统设计。而采用许多的外围芯片来实现单片机能实现的功能。这样做,即增加了系统成本，也可能会降低了系统的可靠性。

02、使用看门狗

看门狗电路通常是一块在有规律的时间间隔中进行更新的硬件。更新一般由单片机来完成，如果在一定间隔内没能更新看门狗，那看门狗将产生复位信号，重新复位单片机。更新看门狗的具体形式多是给看门狗芯片相关引脚提供一个电平上升沿或读写它的某个寄存器。使用看门狗电路将在单片机发生故障进行死机状态时，重新复位单片机。

当前有多种看门狗的芯片，如MAXIM 公司的MAX802，MAX813等。而且，有好多种单片机中本身就集成有看门狗。一个外部的看门狗是最好的，因为它不依赖于单片机。如果可能的话，看门狗更新程序不应该放在中断或是子程序中，原则上应该放在主程序中。

我曾经见过一个工程师，他所调试的程序在运行时偶而会引起看门狗的复位动作，于是他干脆在每10ms就中断一次的时钟中断程序中清看门狗。我相信他也知道使看门狗失去作用，可他却没有不是去查明引起这个现象的真正原因。因此，我想提醒大家：不论什么理由，绝对不要忽略系统故障的真正原因。高质量的产品来自于高素质的工程师，高质量的产品造就高素质的工程师。

03、确定系统的复位信号可靠

这是一个很容易忽略的问题。当你在设计单片机系统时，你脑中有这个概念吗？什么样的复位信号才是可靠的吗？你用示波器查看过你设计的产品的复位信号吗？不稳定的复位信号可能会产生什么样的后果？你有没有发现过你所设计的单片机系统，每次重新上电启动后，数据变得乱七八糟，并且每一次现象并不相同，找不出规律，或者有时候干脆不运行，或者有时候进入一种死机状态，有时候又一点事都没有正常运行？在这种情况下，你应该查一下你的系统的复位信号。

一般在单片机的数据手册（Datasheet）中都会提到该单片机需要的复位信号的要求。一般复位信号的宽度应为。复位电平的宽度和幅度都应满足芯片的要求，并且要求保持稳定。还有特别重要的一点就是复位电平应与电源上电在同一时刻发生，即芯片一上电，复位信号就已产生。不然，由于没有经过复位，单片机中的寄存器的值为随机值，上电时就会按PC寄存器中的随机内容开始运行程序，这样很容易进行误操作或进入死机状态。

04、确定系统的初始化有效

系统程序开始应延时一段时间。这是很多单片机程序设计中的常用方法，为什么呢？因为系统中的芯片以及器件从上电开始到正常工作的状态往往有一段时间，程序开始时延时一段时间，是让系统中所有器件到达正常工作状态。究竟延时多少才算合适？这取决于系统的各芯片中到达正常工作状态的时间，通常以最慢的为准。

一般来说，延时20-100毫秒已经足够。对于系统中使用嵌入式MODEM等“慢热”型的器件来说，则应更长。当然，这都需要在系统实际运行中进行调整。

05、上电时对系统进行检测

上电时对系统中进行检测是单片机程序中的一个良好设计。在硬件设计时也应该细细考虑将各个使用到的芯片、接口设计成容易使用软件进行测试的模式。很多有经验的单片机设计者都会在系统上电时（特别是第一次上电时）进行全面的检测，或者更进一步，将系统的运行状态中分为测试模式和正常运行模式，通过加入测试模式对系统进行详细的检测，使得系统的批量检测更为方便容易。另外要注意的是，一个简单明了的故障显示界面也是颇要费得心思的。

比如：系统的外部RAM（数据存储器）是单片机系统中常用的器件。外部RAM如果存在问题，程序通常都会成为一匹脱缰的野马。因此，程序在启动时（至少在第一次上电启动时）一定要对外部RAM进行检测。

检测内容包括：

1）检测RAM 中的单元。这主要通过写入和读出的数据保持一致。

2）检测单片机与RAM 之间的地址数据总线。总线即没有互相短路，也没有连接到“地”上。

另外，很多芯片，都提供了测试的方法。如串行通信芯片UART，都带环路测试的功能。

06、按EMC测试要求设计硬件

EMC 测试要求已经成为产品的必需。

07、尽可能使用Small 模式编译

对比起Large模式和Compact 模式，Small 模式能生成更为紧凑的代码。在Small 模式下，C51 编译器将没有使用关键词，如idata、pdata、xdata特殊声明的变量通通放在data单元中。在编程中，对于在的数据区，可以指定放在外部存储器中。

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一、振荡器停止振荡

又可以分为电源电压不稳，或者强干扰引起的振荡器停振。

二、PC指针跑飞

电源电压不稳或强干扰引起PC跑飞，如果看门狗不好，也会引起死机。

三、设计上对长引出线的IO没有保护，静电打在IO口上引起单片机死锁，破坏了硬件逻辑功能，导致死机。

四、复位收到干扰，引起反复复位，在反复复位当中有可能会导致死机。

综上所述：

设计电路时，应该注意：

1.电源稳定
2.IO保护
3.振荡器PCB布线要注意
4.复位电路设计和PCB布线
5.电源，信号线干扰路径的保护，加滤波TVS等
6.高速信号输出远离信号输入端，如SPI总线，I2C总线布线要远离ADC，复位，时钟等布线处，以及其他模拟前端。

一家之言，欢迎纠正

电源电压的地不稳定造成电源电压瞬间负电压导致单片机故障程序不发运行。

我的理解：

1、"跑飞"是因为程序隐患或外部干扰引起的误动作，致使PC被写入"出界"数据，跑到了RAM区，或者跑到了FLASH的空白区。如果PC指向了RAM区，哪情况就不好说了!因为程序译码器可能得到任意译码结果。如果PC指向了FLASH空白区，则可以事先将所有FLASH空白区填入某个你想要的数据，迫使程序译码器在这里翻译出你想要的指令，从而进行相应的处理。在IAR Workbench中好象有在空白区填充数据的设置。

2、"死机"是指PC进入了"死循环"，或者是MCLK等于近似为零的值。此时，要想救活MCU，非外狗不可。

*程序运行过程中，如果MCU电源出现问题(电源供电问题，或其它外部电路引起的电源扰动)，比较容易出现"跑飞"现象。程序跑飞应该是PC出错；软件和硬件都可能出这样的问题。

死机应该是CPU根本没有运行，多是硬件方面的问题造成的，比如POR复位不成功，430比较容易出现掉电不完全后重新上电。

有了看门狗就不会死机？

死机是指CPU的程序指针进入一个死循环，无法执行正常的程序流程。其外在表现常常是：正常功能丧失，按键无响应，显示凝固。单片机死机后，只有复全才能走出死循环，执行正常的程序流程。众所属知，克服死机的最有效手段是加看门狗(WatchDog)。

目前用得最广泛的看门狗实际上是一个特殊的定时器DogTimer。DogTimer按固定速率计时，计满预定时间就发出溢出脉冲使单片机复位。如果每次在DogTimer溢出前强行让DogTimer清零，就不会发出溢出脉冲。清零脉冲由CPU发出，在单片机程序中每隔一段语句放一个清DogTimer的语句--FeedDog语句，以保证程序正常运行时DogTimer不会溢出。一旦程序进入一个不含FeedDog语句的死循环，DogTimer将溢出，导致单片机复位，跳出这个死循环。本文称这种看门狗为典型看门狗，典型看门狗已被集成比，如MAX706、MAX791等[1];还有许多单片机本身集成了这种看门狗，如PIC16C57、MC68HC705等。

有一个错误观点：加了看门狗，单片机就不会死机。实际上，看门狗有时间会完全失效。当程序进入某个死循环，而这个死循环中又包含FeedDog语句，这时DogTimer始终不会溢出，单片机始终得不到复位信号，程序也就始终跳不出这个死循环。针对这一弊端，笔者设计了双对限看门狗和定时复位看门狗。

双时限看门狗有两个定时器;一个为短定时器，一个为长定时器。短定时器定时为T1，长定时器定时为T2,0

这样，当程序进入某个死循环，如果这个死循环包含短定时器FeedDog语句而不包含长定时器FeedDog语句，那么长定时顺终将溢出，使单片机复位。巧妙安排长定时器FeedDog语句的位置，可保证出现死机的概率根低。在水轮发电机组微机控制装置中的对比应用证明了这一点。

目前几乎所有的看门狗都是依赖于CPU(依赖于CPU FeedDog)。这可以比作：一个保险设备能否起到保险作用还依赖于被它保护的对象的行为。显然，依赖于CPU的看门狗是不能保证单片机在分之百不死机的。

在绝对不允许死机的装置中，笔者设计了一种完全不依赖于CPU的看门狗--定时复位看门狗。定时复位看门狗的主体也是一个定时器，到预定时间就发出溢出脉冲，此溢出脉冲使单片机强行复位。定时复位看门狗不需要CPU FeedDog。

简言之，定时复位看门狗就是定时地让单片机强行复位。这样，即使装置死机，其最大死机时间也不会大于定时器定时时间。显然，只要硬件完好，这种看门狗百分之百地保证了单片机不会长时间死机。在智能电表(包括IC卡电能表、复费率电能表、多功能电能表)中采用了定时复位看门狗，每1秒让CPU强行复位，迄今数十万电表运行了近五年，无一例死机报告。

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电源技术的发展方向之一是并联运行分布电源系统，以便通过N+1 冗余获得故障容错及冗余功率，并且建立模块式分布电源系统，以增大总负载电流。

采用双端驱动集成芯片TL494 输出PWM 脉冲控制主开关的导通来控制电压输出，以ATmega128 单片机为核心，实现大电流时自动由单电源供电投切到双电源并联均流供电，增强了开关电源的带负载能力和提高电源的供电效率。

模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展，使整个电源体积重量下降，模块中半导体器件的电流应力小，提高了系统的可靠性。

本研究的开关电源在带小负载时为单电源供电，带大负载时（电流超过1.7A）自动投切为双电源并联供电，采用外特性下垂方法实现各电源均流，增强了开关电源的带负载能力和提高电源的供电效率。

1、系统设计

1.1 DC-DC 变换器电路拓扑结构

本设计选择了升压斩波电路， 其电路原理图如图1所示。选择升压轨波电路作为DC -DC 变换的主拓扑结构。

“图1
图1 升压斩波电路原理

1.2 系统性能指标

本设计采用双端驱动集成芯片TL494 输出PWM 脉冲控制主开关的导通来控制电压输出，以ATmega128 单片机为核心，实现大电流时自动由单电源供电投切到双电源并联均流供电，增强了开关电源的带负载能力和提高电源的供电效率。系统硬件主要由单片机最小系统，PWM 控制芯片TL494, 开关电源升压主电路，电流检测回路，D/A 转换电路组成。系统输出直流电压18~45V 可调，可通过键盘设定调整，最大输出电流达到4A,能对输出电压和输出电流进行测量和显示，具有调节速度快、电压调整率低、负载调整率低、效率高，输出纹波小等优点。

“”

1.3 系统实现结构框图

综合方案比较， 最终选择以ATmega128 为主控芯片，经D/A 转换后提供参考电压，与输出反馈电压进行比较，使TL494产生相应PWM 方波， 采用图腾柱驱动对Boost 升压电路进行控制，实现输出电压可调。利用INA169 进行电流采样、光耦和IRF9540 组成自动投切电路。系统设计总框图如图2。

“图2
图2 系统设计结构框图

2、理论分析与计算

2.1 储能元件电感的选择

计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要。本设计采用的电感是铁硅铝双线绕电感，它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，具有低磁致伸缩（低噪音）的特点，是低成本的储能材料，在高温下性能稳定。

2.2 开关管的选择

本课题设计系统选用MOSFET 的型号是IRF540,使用沟渠工艺封装的N 通道增强型场效应功率晶体管，常用于DC 到DC转换器、开关电源、电视及电脑显示器电源等领域中，具有低导通内阻、快速开关、低热敏电阻等显着优点，其漏源电压V_DSS 最大可达100V, 导通电流I_D 最大可达23A, 其导通电阻R_DS（on）<77mΩ，允许最大管耗PCM 可达50W,满足电路要求。

2.3 续流二极管的选择

开关电源输出整流二极管通常采用肖特基二极管或者快速恢复二极管。因为它正向压降低，又几乎没有反向恢复时间，所以在本设计中选用的整流二极管是SS35,是低功耗肖特基二极管，其反向电压达到50V,正向压降只有0.6V 左右，具有高浪涌电流能力。

2.4 PWM 脉宽调制电路

PWM 控制器电路其核心采用专用集成芯片TL494,通过适当的外接电路，不但可以产生PWM 信号输出，而且还有多种保护功能。TL494 含有振荡器、误差放大器、PWM 比较器及输出级电路等部分。本设计外接电路如图3 所示。

“图3
图3 TL494 外接电路

TL494 引脚1、2 脚是误差放大器1 的同相和反相输入端，1接输出电压反馈端IN1,引脚2 接D/A 端口，反馈信号与预设信号经误差放大器进行比较放大，控制脉冲宽度，由8 脚输出，再经图腾柱电路，控制开关管IRF540 导通。为保护TL494 的输出三极管，经R30 和R31 分压，在4 脚加接近0.3V 的间歇调整电压，整机电源取16V 单电源。

2.5 MOSFET 驱动电路

系统中开关管选用N 沟道MOSFET 型号为IRF540N,其开启电压为2~4V.但为了保证它的充分导通，一般要提供10V左右的栅极电压。为此，本设计采用一个简单可靠、成本低廉的图腾柱电路作为MOSFET 的驱动电路（如图4 所示）。PWM 信号经过第一个三极管9014 放大，再经后级NPN 型三极管9014和PNP 型三极管9015 组成的互补电路保持后可给MOS 管的栅极G 极提供11V 左右电压。该电路在开关管的导通和关断期间有较好的性能：能快速可靠开通， 且不存在上升沿的高频振荡；在关断瞬间，驱动电路能提供一个低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放。该电路输入和输出刚好反向。即当PWM 为低电平时，栅极得到高电压，MOS 管充分导通；当PWM 为高电平时，栅极电压几乎为0,MOS管关断。

“图4
图4 图腾柱驱动电路

2.6 电源投切开关电路

电路如图5 所示，Q5 型号为IRF9540, 是P 沟道MOSFET,U2 为光耦，型号为P521.当光耦不工作时，Q5 的源极电位比栅极电位高，Q5 导通，电源导通；当光耦工作时，源极的电位拉到了栅极，Q5 截止，电源截止。光耦不仅起到开关的作用，而且其光电隔离的特性能够很好地保护单片机的IO 端口。

3、软件设计及其功能

ATmega128单片机能够根据键盘的输入值而输送不同的D/A 值给TL494 控制芯片，以实现键盘控制电源系统输出电压的大小；对输出电流进行A/D 采集，并且能够根据电流的大小判断是否投切为双电源供电和显示相应的工作状态；在液晶5110上显示输出电压和输出电流。具体软件流程图如图6 所示。

4、实验数据测试及分析

4.1 效率及负载调整率测试（单电源供电）

当Uin=16V 时， 改变负载， 测量输出电流Io,输出电压Uo,输入电流Iin,输入电压Uin.计算其效率η，负载调整率SI。

数据可以计算出负载调整率为：SI =（20.00-19.27）/20.00*100%=2.65%, 电源具有比较强的带负载能力，最大电流接近2A,具有比较高的转换效率，平均效率达到84.34%。

4.2 双电源供电效率测试（负载10Ω）

由表2的数据可以看出，并联供电时电源的转换效率得到了明显的提高，功率也达到了92W,大大地提高了电源的供电能力。

来源：畅学单片机
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01、双路232通信电路

3线连接方式，对应的是母头，工作电压5V，可以使用MAX202或MAX232。

“”

02、三极管串口通信

本电路是用三极管搭的，电路简单，成本低，但是问题，一般在低波特率下是非常好的。

“”

03、单路232通信电路

三线方式，与上面的三级管搭的完全等效。

“”

04、USB

采用的是PL2303HX，价格便宜，稳定性还不错。

“”

05、SP706S复位电路

带看门狗和手动复位，价格便宜（美信的贵很多），R4为调试用，调试完后焊接好R4。

“”

06、SD卡模块电路（带锁）

本电路与SD卡的封装有关，注意与封装对应。此电路可以通过端口控制SD卡的电源，比较完善，可以用于5V和3.3V。但是要注意，有些器件的使用，5V和3.3V是不一样的。

“”

07、LCM12864液晶模块（ST7920）

本电路是常见的12864电路，价格便宜，带中文字库。可以通过PSB端口的电平来设置其工作在串口模式还是并行模式，带背光控制功能。

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08、LCD1602字符液晶模块(KS0066)

最常用的字符液晶模块，只能显示数字和字符，可4位或8位控制，带背光功能。

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09、全双工RS485电路（带保护功能）

带有保护功能，全双工4线通信模式，适合远距离通信用。

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10、RS485半双工通信模块

可以通过选择端口选择数据的传输方向，带保护功率。此模块只能工作在5V.

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11、ARM JTAG仿真接口电路

比较完善，可以应用在常规的ARM芯片下，具有有自动下载功能，可以用JLINK或ULINK。

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MPLAB® Harmony v3 是一款软件框架，包含兼容且可互操作的模块，包括外设库（Peripheral Library，PLIB）、驱动程序、系统服务、中间件和第三方库。MPLAB Harmony 配置器（MPLAB Harmony Configurator，MHC）是一款基于GUI 的工具，它提供一种简便方法来使能和配置各种 MPLAB Harmony 模块。MHC 是 MPLAB X 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）中的一款插件。

本文档介绍如何使用 MHC 通过 MPLAB Harmony v3 模块在 32 位 PIC32 单片机（MCU）上创建应用程序。该应用程序将向计算机上运行的控制台发送“Hello World!”字符串。本演示通过 MHC 使用并配置以下 MPLAB Harmony v3 模块：

• 时钟 PLIB，使用时钟管理器配置单片机时钟
• GPIO PLIB，使用引脚管理器配置单片机 I/O
• UART PLIB，用于将 UART 外设配置为串口

详阅请点击下载《使用 MPLAB® Harmony v3 的 MPLAB Harmony 配置器 （MHC）在 PIC32 单片机上创建“Hello World”应用程序》

来源：Microchip工程师社区

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