单片机

因为单片机有CPU、存储器、IO等等,使他(人性化一点以配合下文)看起来就像一个比较小的计算机,所以,在理解单片机的时候如果能把你之前有的那些也许仅仅是直觉上的对计算机的理解融入进来的话,可能会对你学习单片机的概念有极大的帮助,至少对于我是这样的。

我想在关于单片机的众多让你头晕脑胀、摸不着头脑甚至想撞墙的概念里面,“堆栈”可能是其中最可恶的一个,因为即使单单是从汉语的角度来理解这个词就已经让你很晕了,其实我最初也想不通这是哪位大侠的创意,不过不用担心,这里我们完全不去讨论关于这个词的问题(这个词用得其实很好“堆”和“栈”都有他们各自的意思,准确的概括了这个区域的功能,有兴趣可以Baidu一下),这里我会打一个比较有趣的比方,以此来绕过那些令你想撞墙的概念,并使你在直觉上对“堆栈”这个概念有一个深刻的理解。

你基本上应该清楚,单片机里面是有存储区和CPU的,如果你不清楚,那么我刚刚告诉你了,请记住。现在,请你把单片中的CPU想成一个人(你完全可以把他想成是你宿舍的那个天天和你吵嘴的同学,一会你就会发现这会非常有趣),在这里就叫他C哥吧,不过这个人不同于常人,有一些特点,一会我们会慢慢说清楚,现在要告诉你的关于这个人的第一个特点是:他的记忆能力很差。下面,请你把存储区想象成一个一个排好的小盒子,这些盒子的作用大致可以分成两类:1、保存写有你命令的纸条,比如你在某个盒子里面的纸条上写着:去洗我的袜子!;2、保存你的一些东西,比如你那双正在污染宿舍空气的臭袜子。因为C哥是一个记忆力不怎么好的人,所以,这些盒子都有自己的编号,以方便他查找。

那么,现在,我们可以来说明一下单片机是如何工作的了。首先,你要把所有的命令还有需要处理的东西放进那些小盒子,比如刚才提到的你那双待洗的袜子还有那张纸条,这时你应该发现C哥另一个特点:笨——他只会做你明确告诉他的事情,也就是说,如果你没有在纸条上写“去洗我的袜子!”,那么C哥极有可能会无动于衷地看着你的袜子直到他被熏晕倒,当然,更可能的情况是他根本找不到你的袜子…好了,当你把要做的事情和该怎么做写到盒子里之后,下面的任务就交给C哥了。C哥做事真的很讲原则,他会按照你给定的顺序或者——如果你没有给定的话,根据盒子上面的编号按照从小到大的顺序——一个一个地打开盒子,读取里面的命令、处理相应的事件,直到所有的事情都执行完毕,他就会休息。请你牢记这个简单而有趣的过程,因为其实单片机就是这样工作的,当然,这里忽略了许多细节,但是这对你从直觉上理解单片机的概念以及足够了。

下面,就要开始说明堆栈这个概念了,思来想去,还是觉得如果直接把“堆栈”这个词用到文中来,实在不符合本文的风格,考虑到其实“堆栈”也是存贮区(这一点你要记住,堆栈并不是一个像专用寄存器那样专门的一个区域,它是由你在通用RAM区指定的。),按照本文的说法也就是一些盒子,所以,现在我们把“堆栈”改名叫“记忆盒子”,你可以感觉到,“堆栈”的作用和记忆有极大的关系,不过你也不用在这里纠结这个名字的由来,下面我会说的。

现在,请注意,我要开始解释“记忆盒子”了,也就是“堆栈”。大致上说,“记忆盒子”的作用是当C哥执行某任务到一半的时候突然有了更紧急的是事情要执行的时候用来保存当前任务的(包括盒子的编号和盒子里面的东西)。这么说你肯定晕了,其实,通俗一点,就是当C哥洗袜子洗到一半的时候突然接到你的命令要去打开另一个盒子(那个盒子里的纸条上可能写着“给我换尿布”)并执行里面的命令,因为C哥记忆力很差,以至于他做完那件紧急的事情后记不起要回到哪个盒子来继续执行“洗袜子”这个命令,这时候,他要把现在手头的东西保存到“记忆盒子”里,要保存的东西有:1、放着纸条和袜子的盒子的编号(注意这里其实是两项内容);2、那双袜子。这样,当他执行完紧急任务后会去记忆盒子里,从里面找到两张纸条,和一双袜子(这个时候C哥还是没有想起来他要洗袜子,他必须要到那张写着洗袜子命令的纸条),他按照两张纸条的信息知道自己要去哪个盒子去洗袜子,并在那里继续完成洗袜子的任务。你可能会发现,在这一段的解释里面有一个重要的漏洞,那就是在C哥执行完紧急任务后他是如何知道储存着原来的任务信息的盒子的编号是存储在哪个“记忆盒子”里呢?别着急,下面我会解释的。

从本质来说,“记忆盒子”与普通的盒子是没有区别的,他们都是单片机里面的存储单元,证明这一点的最好证据就是堆栈是需要你来指定的,也就是说,你要预先把一些盒子指定为“记忆盒子”。下面,说明一下是如何指定“记忆盒子”的。其实这个过程很简单,在单片机的专用寄存器里面有一个SP指针(81H),这个指针里面记录着堆栈的开始处的地址。用符合本文的话来解释就是,C哥的衣服上有一个口袋(也就是SP指针),这个口袋里面的“神奇纸条”上记录着第一个“记忆盒子”的编号,而指定“记忆盒子”的过程就是你在这张“神奇纸条”上写上一个盒子的编号(作为第一个“记忆盒子”的编号),这个纸条会自动地将纸条上的编号加1或者减1,所以,某个目前并不确定的区域内盒子具备了成为“记忆盒子”的可能,注意,堆栈的大小是不能规定的,这就是为什么用“生长”这个词来形容堆栈。

现在,关于堆栈的概念基本上都介绍完了,但是,我知道,你可能还是很晕,甚至比看之前还晕,那是因为刚才叙述的这个过程是分开的,而且逻辑上并不是顺序的,下面,顺序的说一下,相信你马上就明白了。

主角仍然是傻傻笨笨但任劳任怨的C哥,他一个一个的打开盒子按照里面的纸条上的说明执行你规定的任务。而你,为了防止他在执行复杂任务时犯傻,把一个盒子指定为“记忆盒子”,并把这个“记忆盒子”的位置写在了一张 “神奇纸条”上放在了C哥的口袋里。现在,C哥正在洗你的袜子,这个时候,他突然接到你的命令要去给你换尿布,而C哥知道自己很笨,所以他自动地掏出了口袋里的纸条,找到了第一个“记忆盒子”,然后拿出一张空白纸条,把装着“给我洗袜子”那张纸条的盒子的编号写在了上面并放进“记忆盒子”。然后,他把“神奇纸条”放回了口袋里。当这个任务完成后“神奇纸条”会自动将写在它上面的编号加1,也就是将一个新的、空的“记忆盒子”的编号写在上面。之后,他会按照刚才的过程把装着袜子的那个盒子的编号以及袜子本身分别放进不同的记忆盒子(现在已经有三个盒子成为“记忆盒子”,堆栈已经长大了,红色下划线的字体就是这三个盒子里的内容,注意是有先后顺序的)。再然后,他就去给你换尿布了…

现在,尿布换完了,不过,果不其然,C哥完全忘记了他要给你洗袜子这件事情了,不过,他记得一件事,那就是看口袋里的纸条。于是,他摸出了口袋里的纸条,上面当然是一个“记忆盒子”的编号,他按照编号找到了第一个“记忆盒子”(按照上一段的顺序应该是第三个“记忆盒子”),里面应该是一双你的袜子,于是他拿到了你的袜子。但是,他还是不知道该干什么,于是他再次摸出了“神奇纸条”,这时,纸条上的编号已经自动减1了,于是,他找到了新的“记忆盒子”,里面的纸条上记录着袜子本来放置的盒子的编号,于是,他把袜子放到了那个盒子里。恩,你可以想到,现在C哥还是不知道要对袜子做些什么,他耐心的又一次摸出了那张“神奇纸条”,这次按照上面的编号,他找到了一张纸条,上面写着的仍然是一个盒子的编号。C哥按照编号找到了那个盒子,发现那个盒子里的纸条上写着“给我洗袜子!”…至此,C哥又回到了原来的任务——洗袜子。

现在,我希望你已经明白了,堆栈其实就是你指定的一个些存储单元,这些存储单元被指定只用来保存一些特殊信息,比如地址(保护断点)或者一些数据(保护现场),如果你一定要说这个存储区有什么特别的话,那就是:1、这些存储单元内的内容都是CPU在执行某任务中途被打断时的一些相关参数;2、这些存储单元的地址被记在了一个叫堆栈指针的地方,也就是C哥口袋里的那张纸条上!

来源:单片机与嵌入式

围观 32

对于初学者而言,对单片机的内存分配往往最让人头疼,很多人学了单片机几年 都不知道单片机内部的内存使用情况是如何分配的。要了解 ROM(flash)、RAM(sram)启动,首先需要对链接器 Linker 如何分配内存有一定的了解。

通常,对于栈生长方向向下的单片机,其内存一般模型是:



一个进程运行时,所占用的内存,可以分为如下几个部分:
1、栈区(stack):由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。
2、堆区(heap):一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS释放。
3、全局变量、静态变量:初始化的全局变量和静态变量放在一块区域,未初始化的全局变量和和未初始化的静态变量在相邻的的另一块区域。程序结束后由系统自动释放。
4、文字常量:常量字符串就是放在这里的。这些数据是只读的,分配在RO-data(只读数据存储区),则被包含在flash中,程序结束后由系统自动释放

5、程序代码(code):存放函数体的二进制代码。

同时,单片机内存被总分为flash(rom)和sram(ram),flash里面的数据掉电可保存,sram中的数据掉电就丢失,sram的执行速度要快于flash,flash容量大于sram

上方的最低内存地址,最高地址,都是在flash和sram中

我们正常下载程序都是下载存储进flash里面,这也是为什么断电可保存的原因

单片机的程序存储分为code(代码存储区)、RO-data(只读数据存储区)、RW-data(读写数据存储区) 和 ZI-data(零初始化数据区)

  • Flash 存储 code和RO-data
  • Sram 存储 RW-data 和ZI-data


在使用MDK编译时可以看到


Code为程序代码部分 = 程序代码区(code)

RO-data 表示 程序定义的常量 = 文字常量区

RW-data 表示 已初始化的全局变量 = 栈区(stack)堆区(heap)全局区(静态区)(static)

ZI-data 表示 未初始化的全局变量

部分参考自:http://blog.chinaunix.net/uid-15473693-id-388637.html

版权声明:
本文为CSDN博主「Z小旋」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接:https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/87608816

围观 169

1. MCU有串口外设的话,在加上电平转换芯片,如MAX232、SP3485就是RS232和RS485接口了。

2. RS485采用差分信号负逻辑,+2~+6V表示0,-6~-2表示1。有两线制和四线制两种接线,四线制是全双工通讯方式,两线制是半双工通讯方式。在RS485一般采用主从通讯方式,即一个主机带多个从机。

3. Modbus是一种协议标准,可以支持多种电气接口,如RS232,RS485,也可以在各种介质上传输,如双绞线,光纤,无线。

4. 很多MCU的串口都开始自带FIFO,收发FIFO主要是为了解决串口收发中断过于频繁而导致CPU的效率不高的问题。

如果没有FIFO,则没收发一个数据都要中断处理一次,有了FIFO,可以在连续收发若干个数据(根据FIFO的深度而定)后才产生一次中断去处理数据,大大提高效率。

5. 有些工程师在调试自己的系统时一出现系统跑飞,就马上引入看门狗来解决问题,而没有思想程序为什么会跑飞?

程序跑飞可能是程序本身的bug,也可能是硬件电路的问题(本身就是易受干扰或自己就是干扰源)。通常建议在调试自己的系统时,先不加看门狗,等完全调试稳定了,在补上(危机产品安全,人身安全的除外)。

6. 如何区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器?

从外观上看,如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时,可以看出绿色电路板的一种是源蜂鸣器,没有电路板而用黑胶密封的一种是有源蜂鸣器。

有源蜂鸣器直接接上额定电源就可以连续发声,而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样,需要接在音频输出电路上才能发声。

7. 电压比较器的用途主要是波形的产生和变换,模拟电路到数字电路的接口。

8. 低功耗唤醒的常用方式:处理器进入低功耗后就停止了很多活动,当出现一个中断时,可以唤醒处理器,使其从低功耗模式返回到正常运行模式。

因此在进入低功耗模式之前,必须配置莫个片内外设的中断,并允许其在低功耗模式下继续工作。如果不这样,只有复位和重新上电才能结束低功耗模式。处理器唤醒后首先执行中断服务程序,退出后接着执行主程序中的代码。

9. 注册中断服务函数:中断服务函数已经编写好,但当中断事件发生时,CPU还是无法找到它,因为我们还缺少最后一步:注册中断服务函数。

注册有两种方法:一是直接利用中断注册函数,优点是操作简单,可移植性好,缺点是由于把中断向量表重新映射到SRAM中而导致执行效率下降;还有一种是需要修改启动文件,优点效率很高,确定可移植性不高。

10. 很多的MCU提供数字电源VDD/GND和模拟电源VDDA/GNDA。通常建议是采用两路不同的3.3V电源供电。但为了节省成本,也可以采用单路3.3V电源,但VDDA/GNDA要通过电感从VDD/GND分离出来。

一般GNDA和GND最终还是要连接在一起的,建议用一个绕线电感连接并且接点尽可能靠近芯片(电感最好放置在PCB背面)。

本文转自网络,版权归原作者。

围观 35

随机数在单片机的应用中也是很多的,当然产生随机数的方法有很多,当中有一个就是利用单片机定时器,取出未知的定时器THX和TLX的值,再加以运算得到一个规定范围内的随机数值。这做法也是可行的。或者预先写好一个随机数表,然后进行取数据。也是可以的。

KEIL里面产生随机数的函数确实是rand(),但头文件是stdlib.h,不是time.h。C语言提供了一些库函数来实现随机数的产生。

C语言中有三个通用的随机数发生器,分别为 rand函数、random函数、randomize 函数,但是rand函数产生的并不是真意正义上的随机数,是一个伪随机数,是根据一个数,称之为种子,为基准以某个递推公式推算出来的一系数,当这系列数很大的时候,就符合正态公布,从而相当于产生了随机数。

但这不是真正的随机数,当计算机正常开机后,这个种子的值是定了的,除非破坏了系统,为了改变这个种子的值,C提供了srand()函数,它的原形是void srand( int a)。在调用rand函数产生随机数前,必须先利用srand()设好随机数种子,如果未设随机数种子,rand()在调用时会自动设随机数种子为1。一般用for语句来设置种子的个数。

单片机产生随机数的两种方法:

方法一:定时器直接随机取值

每按一次按键生成一个随机数,这个随机数实际是把定时器的值给取出来了,并不能算绝对的随机、方法二才是真正意义上的随机。
  
方法二:用定时器加rand()随机函数来实现

单片机上电之后通过按键去启动取随机数,若是单片机上电就立即取随机数的话,那每次上电随机的结果都是一样的。然后是0 到9不重复的随机数,程序中用了循环来判断是否和前面取的随机数相同,相同则进入,下次取随机数,不同则存入数组。

来源:EDN电子技术设计

围观 589

单片机应用中,常常会遇到这种情况~~在用单片机制作电子钟或要求根据时钟启控的控制系统时,会突然发现当初校准了的电子时钟的时间竟然变快或是变慢了。于是,尝试用各种方法来调整它的走时精度,但是最终的效果还是不尽人意,只好每过一段时间手动调整一次。那么,是否可使时钟走时更精确些呢?

现探讨如下:

一、误差原因分析

1. 单片机电子时钟的计时脉冲基准,是由外部晶振的频率经过12分频后提供的,采用内部的定时,计数器来实现计时功能。所以,外接晶振频率的精确度直接影响电子钟计时的准确性。

2. 单片机电子时钟利用内部定时,计数器溢出产生中断(12MHz晶振一般为50ms)再乘以相应的倍率,来实现秒、分、时的转换。大家都知道,从定时,计数器产生中断请求到响应中断,需要3_8个机器周期。定时中断子程序中的数据人栈和重装定时,计数器的初值还需要占用数个机器周期。此外。从中断人口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。例如:

从上述程序可以看出,从中断人口到定时/计数器初值的低8位装入需要占用2+2+2=6个机器周期。所以,在编程时一般会把这6个机器周期加入定时/计数器的初值中。但是,从定时,计数器溢出中断请求到执行中断需要几个机器周期(3~8个机器周期)。就很难确定准确值,正是这一原因导致了电子时钟计时的不准。

二、解决方法

1、采用高精度晶振方案

虽然采用高精度的晶振可以稍微提高电子钟计时的精确度,但是晶振并不是导致电子钟计时不准的主要因素,而且高精度的晶振价格较高,所以不必采用此方案。

2、动态同步修正方案

从程序人手,采用动态同步修正方法给定时,计数器赋初值。动态同步修正方法如下:由于定时,计数器溢出后,又会从O开始自动加数,故在给定时/计数器再次赋值前,先将定时,计数器低位(TLO)中的值和初始值相加,然后送人定时,计数器中,此时定时,计数器中的值即为动态同步修正后的准确值。

具体程序如下:

采用此种方法后,相信制作的电子时钟的精度已有提高了。

3、自动调整方案

采用同步修正方案后,电子时钟的精度虽然提高了很多,但是由于晶振频率的偏差和一些其他未知因素的影响(同一块电路板、同样的程序换了一片单片机后,走时误差不一样,不知是何原因),时间长了仍然会有积累误差。为此,可采用自动调整方案。实际上是一种容错技术。其自动调整原理为:实测出误差Is所需的时间,然后每隔这样一段时间后就对秒进行加“1”或减“1”调整。例如:电子钟每过50小时就慢1秒,其自动调整程序如下:

以下是一个完整实例:

来源:畅学电子,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 110

介绍UART

最早的串行通讯设备可以追溯到电报机,它使用长度可变的脉冲信号进行数据传输。要说早期的芯片级UART,不得不提一下DEC,该公司的PDP系列计算机用上了第一个UART。当时的UART的线路占据了整个电路板,体积巨大!可以联想一下早期计算机的样子,如下图。


如今PC机上的串口早已被USB取代,对RS-232(也称标准串口)有需求的用户通常使用USB转串口线,这里常见的有CH340串口驱动程序。在UART通信中,两个UART直接通信。

发送端的UART将来自控制设备(如CPU)的并行数据转换为串行数据,以串行方式将其发送到接收端的UART,然后由接收端的UART将串行数据转换为并行数据以用于接收设备的正常处理。这里只需要两条线RX/TX即可在两个UART之间传输数据,如下图所示。


UART传输的数据被封装成数据包。每个数据包包含1个起始位,5~9个数据位(取决于UART的具体设置),一个可选的奇偶校验位以及1个或2个停止位,如下图所示。


起始位

UART数据传输线通常在不传输数据时保持在高电平。为了开始数据传输,发送端UART在一个时钟周期内将传输线从高电平拉低到低电平。当接收端UART检测到高电压到低电压转换时,它开始以波特率的频率读取数据位中的每一位数据。

数据

数据位包含正在传输的实际数据。如果使用奇偶校验位,则可以是5位,最多8位。如果不使用奇偶校验位,则数据帧的长度可以为9位。在大多数情况下,数据首先以低有效位发送。

校验位

在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式:
偶校验
奇校验
高校验
低校验

对于偶和奇校验的情况,串口会设置校验位(数据位后面的一位),用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。

停止位

发送端UART将数据传输线从低电压驱动到高电压至少持续两位数据的时间宽度来表示整个数据包的传输已经结束。由于数据是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容错性越好,但是数据传输率同时也越慢。

波特率

波特率是串口数据的传输速度,即Bit/s,常见的波特率比如:9600,19200,38400,57600,115200等。假设目前UART的配置为,1个起始位,8个数据位,0个校验位,1个停止位,那么9600的波特率,可以计算出每一位数据的时间宽度为:


那么传输一个字节(也就是10 bit 数据)需要的时间为 1.04 毫秒。

UART传输过程

①发送端UART从数据总线转换并行数据。

②发送端UART将起始位,奇偶校验位和停止位添加到数据包中,示意图如下。


③整个数据包从发送端UART串行发送到接收端UART,接收端UART按照预先配置好的波特率对数据线进行采样,示意图如下。


④接收端UART解析接收的数据,丢弃数据包中的起始位,奇偶校验位和停止位。

⑤接收UART将串行数据转换回并行数据,并将其传输到接收端的数据总线。

本文转自: STM32嵌入式开发(微信号:c-stm32),作者:acket,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 59

对于搞单片机的特别用8051系列工程师来说,谈到单片机的RTOS,很多时候会问一句:“为什么要用RTOS?单片机就这一点资源,使用RTOS能保证效率吗?”

对于这个问题,我会反问:“你用单片机的目的是什么?是为了用单片机的C编程,单片机的汇编编程甚至于用单片机的二进制指令编程?”上个世纪80年代,工程师用二进制指令给Z80编程,现在还有谁在用?现在还有人死抱着汇编不放,但越来越多的人工程师使用C编程(我起初也是使用汇编的),为什么?因为我们的目的是在有限的时间甚至是不充足的时间内把项目保质保量的完成!使用什么工具和方法是次要的(如果你的项目以成本放在第一位,则另当别论,这时,也是要考虑开发时间的)。时间就是金钱啊,一个产品在单片机上增加些许成本是可以接受的。况且,使用8051系列单片机时,单片机资源也常有富余,CPU一般情况也只是空转,这就为它使用RTOS创造了条件。

那么,使用RTOS的好处呢?我举一个例子吧。假设我们编一个串行通讯程序,通讯协议如下:

数据包长度为NBYTE,起始字节为STARTBYTE1,STARTBYTE2,最后一个字节为检验和,中间字节不可能出现连续出现STARTBYTE1,STARTBYTE2。

第一种方法,在中断中处理协议:

unsigned char Buf[NBYTE-2];bit GetRight=0;
void comm(void) interrupt 4//"串行口中断"{
static unsigned char Sum,Flag=0,i;
unsigned char temp;
if(RI==1)
{
RI=0;
temp=SBUF;
switch(Flag)
{
case 0:
if(temp==STARTBYTE1)
{
Flag=1;
}
break;
case 1:
if(temp==STARTBYTE2)
{
Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
i=0;
Flag=2;
break;
}
if(temp==STARTBYTE1) break;
Flag=0;
break;
case 2:
if(temp==STARTBYTE1)
{
Flag=3;
break;
}
Sum+=temp;
if((i>=(NBYTE-3))&&Sum==0)
{
GetRight=1;
Flag=0;
break;
}
Buf[i++]=temp;
break;
case 3:
if(temp==STARTBYTE2)
{
Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
Flag=2;
i=0;
break;
}
Sum+=STARTBYTE1;
if((i>=(NBYTE-3))&&Sum==0)
{
GetRight=1;
Flag=0;
break;
}
Buf[i++]=STARTBYTE1;
if(temp==STARTBYTE1)
{
break;
}
Sum+=temp;
if((i>=(NBYTE-3))&&Sum==0)
{
GetRight=1;
Flag=0;
break;
}
Buf[i++]=temp;
Flag=2;
break;
}
}}

第二种方法,使用队列中断函数:

void comm(void) interrupt 4//"串行口中断"{
if(RI==1)
{
RI=0;
SBUF 入队;
}}

主程序不断调用的函数:

unsigned char Buf[NBYTE-2];
unsigned char ReadSerial(unsigned char *cp){
unsigned char i;
unsigned char temp,Sum;
temp=队列中数据个数;
if(temp<(NBYTE)) return 0;
出队 temp;
if(temp!=STARTBYTE1) return 0;
temp=队列首字节;
if(temp!=STARTBYTE2) return 0;
出队 temp;
sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
for(i=0;i
{
temp=队列首字节;
if(temp==STARTBYTE1)
{
temp=队列次首字节;
if(temp==STARTBYTE2) return 0;
}
出队 temp;
*cp++=temp;
Sum+=temp;
}
temp=队列首字节;
Sum+=temp;
if(Sum!=0) return 0;
出队 temp;
return 1;}

第三种方法,使用RTOS中断函数:

void comm(void) interrupt 4//"串行口中断"{
OS_INT_ENTER();
if(RI==1)
{
RI=0;
OSIntSendSignal(RECIVE_TASK_ID);
}
OSIntExit();}
ID为RECIVE_TASK_ID的任务
void Recuve(void){
unsigned char temp,temp1,Sum,i;
OSWait(K_SIG,0);
temp=SBUF;
while(1)
{
while(1)
{
OSWait(K_SIG,0);
temp1=SBUF;
if((temp==STARTBYTE1)&&(temp1==STARTBYTE2)) break;
temp=temp1;
}
Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
OSWait(K_SIG,0);
temp=SBUF;
for(i=0;i
{
OSWait(K_SIG,0);
temp1=SBUF;
if((temp==STARTBYTE1)&&(temp1==STARTBYTE2))
{
OSWait(K_SIG,0);
temp=SBUF;
i=-1;
Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
continue;
}
Buf[i]=temp;
Sum+=temp;
temp=temp1;
}
Sum+=temp1;
if(Sum==0) OSSendSignal(命令解释任务 ID);
}}

以下为这几种方法的比较:

可读性和编程容易性方面,第三钟方法最好(如果允许使用goto语句,程序更加简单易读),第二种次之(因为要编队列程序),第一种最差。如果协议更加复杂,这方面更加明显。程序简单易读,自然出错机会小了。

RAM占用方面,第三种方法较少,第二种最多(因为队列占用大量空间),第一种最少。

中断执行时间方面,第三种方法最长,第二种最短,第一种较长。

从功能方面,第三种方法最强,它还可以进行超时处理(虽然例子程序没有),其它方法均不行。

如果数据来的太快,命令处理程序来不及处理,三种方法处理方式不太一样,第一种和第三种方法类似:丢弃以前数据,第二种则是丢弃后到的数据。而且,第二种方法必须等命令处理程序完成后才处理下一个数据包,而第一种和第三种方只需命令处理程序将数据收取后就可处理下一个数据包。也就是说,第一种和第三种与命令处理程序并行处理,第二种方法为串行处理。

现在,一般情况下,开发的效率第一,执行的效率(包括执行时间和资源占用)第二。在这种情况下,降低些许效率换取开发的效率的较大提高,何乐而不为?何况,单个模块的执行的效率高不等于整个程序执行效率高。例如,如果程序需要等待一段时间,一般用程序延时或定时器延时。无论何种方法,CPU不再处理其它工作,效率很低。而用RTOS,等待的时候CPU可以处理其它工作,效率得到提高。

以下摘自《uC/OS-II--源码公开的实时嵌入式操作系统》

“实时内核也称为实时操作系统或RTOS。使用它使得实时应用程序的设计和扩展变得容易。不需要大的改动就可以增加新的功能。通过应用程序分割为若干独立的任务,RTOS使得应用程序的设计过程大为简化。使用可剥夺性的内核时,所有时间要求苛刻的事件都得到了尽可能快捷、有效的处理。通过有效的服务;如信号量、邮箱、队列、延时、超时等;RTOS使得资源得到更好的利用。

“如果应用项目对额外的需求可以承受,应该考虑使用实时内核。这些额外的需求是:内核的价格,额外ROM/RAM开销,2至4百分点的CPU额外负担。

“还有没提到的一个因素是使用实时内核增加的价格成本。在一些应用中,价格就是一切,以至于对使用RTOS连想都不敢想。”

总而言之,适用的就是最好的,不要拒绝RTOS,在它适用的情况下,它工作得很好

本文转自:单片机与嵌入式

围观 22

单片机是控制电子产品的大脑

现如今,我们生活中的许多电器都使用了单片机。例如:手机、电视机、冰箱、洗衣机、以及按下开关,LED就闪烁的儿童玩具。那么,单片机在这些电器中究竟做了些什么呢?

单片机是这些电器动作的关键,是指挥硬件运行的。例如:接收按钮或按键的输入信号,按照事先编好的程序,指挥马达和LCD的外围功能电路动作。

那么,单片机是如何构成的呢?如图1所示。

单片机是由CPU、内存、外围功能等部分组成的。如果将单片机比作人,那么CPU是负责思考的,内存是负责记忆的,外围功能相当于视觉的感官系统及控制手脚动作的神经系统。

图1:单片机的构成要素

尽管我们说CPU相当于人的大脑,但是它却不能像人的大脑一样,能有意识的、自发的思考。CPU只能依次读取并执行事先存储在内存中的指令组合(程序)。当然CPU执行的指令并不是“走路”、“讲话”等高难度命令,而是一些非常简单的指令,象从内存的某个地方“读取数据”或把某个数据“写入”内存的某个地方,或做加法、乘法和逻辑运算等等。然而这些简单指令的组合,却能实现许多复杂的功能。

会思考的CPU

让我们从CPU的构成来了解它的作用吧,如图2所示。

图2:CPU的作用

◇程序计数器
CPU读取指令时需要知道要执行的指令保存在内存的什么位置,这个位置信息称为地址(相当于家庭住址)。程序计数器(PC)就是存储地址的寄存器。通常,PC是按1递增设计的,也就是说,当CPU执行了0000地址中的指令后,PC会自动加1,变成0001地址。每执行一条指令PC都会自动加1,指向下一条指令的地址。可以说,PC决定了程序执行的顺序。

◇指令解码电路
指令解码电路是解读从内存中读取的指令的含义。运算电路是根据解码结果操作的。确切地讲,指令解码电路就是我们在“数字电路入门(2)”中学过的解码电路,只不过电路结构稍微复杂些,所以,指令解码电路的工作原理就是从被符号化(被加密)的指令中,还原指令。

◇运算电路
运算电路也称为ALU(Arithmetic and Logic Unit),是完成运算的电路。能进行加法、乘法等算术运算、也能进行AND、OR 、BIT-SHIFT等逻辑运算。运算是在指令解码电路的控制下进行的。通常运算电路的构成都比较复杂。

◇CPU内部寄存器
CPU内部寄存器是存储临时信息的场所。有存储运算值和运算结果的通用寄存器,也有一些特殊寄存器,比如存储运算标志的标志寄存器等。也就是说,运算电路进行运算时,并不是在内存中直接运算的,而是将内存中的数据复制到通用寄存器,在通用寄存器中进行运算的。

CPU的工作原理

让我们通过一个具体运算3+4,来说明CPU的操作过程吧。

假设保存在内存中的程序和数据如下。


◇步骤1:当程序被执行时,CPU就读取当前PC指向的地址0000中的指令(该操作称为指令读取)。经过解码电路解读后,这条指令的意思是“读取0100地址中的内容,然后,保存到寄存器1”。于是CPU就执行指令,从0100地址中读取数据,存入寄存器1。

寄存器1:0→3(由0变为3)
由于执行了1条指令,因此,PC的值变为0001

◇步骤2:由于PC的值为0001,因此CPU就读取0001地址中的指令,经解码电路解码后,CPU执行该指令。然后PC再加1。

寄存器2:0→4(由0变为4)
PC:0001→0000

◇步骤3:由于PC的值为0002,因此CPU从0002地址中读取指令,送给指令解码电路。解码结果是:将寄存器1和寄存器2相加,然后将结果存于寄存器1。

寄存器1:3→7
PC:2→3

于是3+4的结果7被存于寄存器1,加法运算结束。CPU就是这样,依次处理每一条简单的指令。

能记忆的内存

内存是单片机的记忆装置,主要记忆程序和数据,大体上分为ROM和RAM两大类。

◇ROM
ROM(Read Only Memory)是只读内存的简称。保存在ROM中的数据不能删除,也不会因断电而丢失。ROM主要用于保存用户程序和在程序执行中保持不变的常数。

大多数瑞萨(Renesas)的单片机都用闪存作为ROM。这是因为闪存不仅可以象ROM一样,即使关机也不会丢失数据,而且还允许修改数据。

◇RAM
RAM(Random Access Memory)是可随机读/写内存的简称。可以随时读写数据,但关机后,保存在RAM中的数据也随之消失。主要用于存储程序中的变量。

在单芯片单片机中(*1),常常用SRAM作为内部RAM。SRAM允许高速访问,但是,内部结构太复杂,很难实现高密度集成,不适合用作大容量内存。

除SRAM外,DRAM也是常见的RAM。DRAM的结构比较容易实现高密度集成,因此,比SRAM的容量大。但是,将高速逻辑电路和DRAM安装于同一个晶片上较为困难,因此,一般在单芯片单片机中很少使用,基本上都是用作外围电路。

(*1)单芯片单片机是指:将CPU,ROM,RAM,振荡电路,定时器和串行I/F等集成于一个LSI的微处理器。单芯片单片机的基础上再配置一些系统的主要外围电路,而形成的大规模集成电路称为系统LSI。

“为何要使用单片机……”

为什么很多电器设备都要使用单片机呢?

让我们用一个点亮LED的电路为例,来说明。如图3所示,不使用单片机的电路是一个由LED,开关和电阻构成的简单电路。

图3:不安装单片机的LED电路

使用单片机的电路如图4所示。

图4:安装单片机的LED电路图

很显然,使用单片机的电路要复杂得多,而且设计电路还要花费精力与财力。好象使用单片机并没有什么优点。但是,现在下结论还为时尚早。

如果我们让这个电路做一些比较复杂的操作,会怎么样呢。例如:如果希望LED在按下开关后,经过一段时间再点亮或熄灭,那么,对于安装有单片机的电路来说,只需更改单片机中的程序就可以了,并不需更改原电路。另一方面,对于没有单片机的电路来说,就必须在元电路中加入定时器IC,或者用标准逻辑IC和FPGA构成逻辑电路,才能实现这个功能。

也就是说,在更改和添加新功能时,带有单片机的电路显然更加容易实现。这正是电器设备使用单片机的原因。单片机可真是个方便的东西哦!

来源:EDN电子技术设计
原文链接:
https://mp.weixin.qq.com/s/U56Zj1ObMCnb6AZyFf238w
声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有,如涉及侵权,请联系小编邮箱 demi@eetrend.com 进行处理。

围观 19

全新AC-DC控制器采用已向Würth Elektronik eiSos授权的Inde-Flux™变压器技术,简化设计,减小尺寸并降低成本

在现代离线AC-DC电源解决方案中,可编程性和自适应控制提供了智能家居设备所需的灵活性和智能性,以便更好地与电源系统连接。在这些系统中,次级侧单片机(MCU)通常无法在不使用独立偏置电源的情况下启动系统。Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)推出一款全新参考设计,利用MCP1012高压辅助AC-DC控制器解决了这一问题,可在许多应用中取消独立偏置电源。MCP1012离线辅助器件使系统能将功率和占空比的控制转移到次级侧单片机上。通过简化设计、减小尺寸和成本,系统与负载之间的控制可以实现更加精确和有目的地耦合。

参考设计采用专利隔离技术用于隔离反馈。这项专利隔离技术称为Inde-Flux变压器技术,已向Würth Elektronik eiSos公司授权。Inde-Flux变压器(部件编号750318659)是Würth Elektronik eiSos利用该专利制造的第一款变压器,将作为Microchip 15W MCP1012离线参考设计的组件出售。这款变压器将信号功率和信号通信结合到一个器件中,无需光反馈或独立的信号变压器。全新参考设计还可以选择采用更传统的方法,使用平面脉冲变压器,与更传统的光耦合器和信号变压器一起工作。通过使用该变压器和Microchip新推出的MCP1012 AC-DC控制器以及SAM D20系列32位单片机组合,可实现次级侧控制。

MPC1012初级侧辅助控制器为次级侧单片机提供了系统启动、门控和保护离线反激转换器的功能。该器件具有一系列功能,如直接测量和主动稳压或稳流,通过直接闭环实现高环路带宽,以及简化负载参考系统的通信。

15W MCP102离线参考设计为15W离线电源设计提供了主要工作元素,并配备了必要固件,以消除初级侧辅助电源。这可以降低系统的复杂性,包括消除许多应用中对光耦的需求,如家电和智能音箱。在Würth Elektronik eiSos的支持下,Inde-Flux变压器技术可根据需要扩展到不同电压和功率水平的标准和定制变压器设计。

Microchip模拟、电源和接口业务部高级副总裁Rich Simoncic表示:“将采用Inde-Flux技术的Würth Elektronik eiSos变压器与我们的MCP1012 AC-DC控制器和SAM D20系列32位单片机相结合,为离线电源管理创造了一个独特的解决方案。这些器件能够更简单、更可靠地实现主元件和辅助元件之间的复杂双向通信,这些元件用于许多利用离线电源的隔离应用中。当解决方案用于具有次级侧单片机的系统时,客户可节省高达60%的偏置电源面积,并将偏置电源物料清单成本降低3美元以上。”

开发工具

15W MCP1012 离线参考设计包括用户指南,并附带原理图和物料清单、设计文件、固件和一个演示装置。Microchip还为MCP1012 AC-DC控制器提供了基础款1W评估板DT100118。

供货与定价

15W MCP1012离线参考设计,部件编号为EV37F82A,现已上市,每件售价225美元。DT100118 1W参考设计现已上市,每件售价115美元。MCP1012-V/EKA现已上市,5000件起售的单价是0.40美元起。

如需了解更多信息,请联系Microchip销售代表、全球授权分销商或访问Microchip网站。欲购买本新闻稿提及的产品,请访问 Microchip直销网站或联系Microchip授权分销商。

Microchip Technology Inc. 简介

Microchip Technology Inc.是致力于智能、互联和安全的嵌入式控制解决方案的领先供应商。 其易于使用的开发工具和丰富的产品组合让客户能够创建最佳设计,从而在降低风险的同时减少系统总成本,缩短上市时间。Microchip的解决方案为工业、汽车、消费、航天和国防、通信以及计算市场中12万多家客户提供服务。Microchip总部位于美国亚利桑那州Chandler市,提供出色的技术支持、可靠的产品交付和卓越的质量。详情请访问公司网站www.microchip.com

围观 17

三极管在数字电路里的开关特性,最常见的应用有 2 个:一个是控制应用,一个是驱动应用。

所谓的控制就是如图 3-7 里边介绍的,我们可以通过单片机控制三极管的基极来间接控制后边的小灯的亮灭,用法大家基本熟悉了。还有一个控制就是进行不同电压之间的转换控制,比如我们的单片机是 5V 系统,它现在要跟一个 12V 的系统对接,如果 IO 直接接 12V电压就会烧坏单片机,所以我们加一个三极管,三极管的工作电压高于单片机的 IO 口电压,用 5V 的 IO 口来控制 12V 的电路,如图1 所示。

图1 三极管实现电压转换

图1 中,当 IO 口输出高电平 5V 时,三极管导通,OUT 输出低电平 0V,当 IO 口输出低电平时,三极管截止,OUT 则由于上拉电阻 R2 的作用而输出 12V 的高电平,这样就实现了低电压控制高电压的工作原理。

所谓的驱动,主要是指电流输出能力。我们再来看如图 2 中两个电路之间的对比。

图2 LED 小灯控制方式对比

图 2 中上边的 LED 灯,和我们第二课讲过的 LED 灯是一样的,当 IO 口是高电平时,小灯熄灭,当 IO 口是低电平时,小灯点亮。那么下边的电路呢,按照这种推理,IO 口是高电平的时候,应该有电流流过并且点亮小灯,但实际上却并非这么简单。

单片机主要是个控制器件,具备四两拨千斤的特点。就如同杠杆必须有一个支点一样,想要撑起整个地球必须有力量承受的支点。单片机的 IO 口可以输出一个高电平,但是他的输出电流却很有限,普通 IO 口输出高电平的时候,大概只有几十到几百 uA 的电流,达不到1mA,也就点不亮这个 LED 小灯或者是亮度很低,这个时候如果我们想用高电平点亮 LED,就可以用上三极管来处理了,我们板上的这种三极管型号,可以通过 500mA 的电流,有的三极管通过的电流还更大一些,如图 3 所示。

图3 三极管驱动 LED 小灯

图 3 中,当 IO 口是高电平,三极管导通,因为三极管的电流放大作用,c 极电流就可以达到 mA 以上了,就可以成功点亮 LED 小灯。

虽然我们用了 IO 口的低电平可以直接点亮 LED,但是单片机的 IO 口作为低电平,输入电流就可以很大吗?这个我想大家都能猜出来,当然不可以。单片机的 IO 口电流承受能力,不同型号不完全一样,就 STC89C52 来说,官方手册的 81 页有对电气特性的介绍,整个单片机的工作电流,不要超过 50mA,单个 IO 口总电流不要超过 6mA。即使一些增强型 51 的IO 口承受电流大一点,可以到 25mA,但是还要受到总电流 50mA 的限制。那我们来看电路图的 8 个 LED 小灯这部分电路,如图 4 所示。

图4 LED 电路图(一)

这里我们要学会看电路图的一个知识点,电路图右侧所有的 LED 下侧的线最终都连到一根黑色的粗线上去了,大家注意,这个地方不是实际的完全连到一起,而是一种总线的画法,画了这种线以后,表示这是个总线结构。而所有的名字一样的节点是一一对应的连接到一起,其他名字不一样的,是不连在一起的。比如左侧的 DB0 和右侧的最右边的 LED2 小灯下边的DB0 是连在一起的,而和 DB1 等其他线不是连在一起的。

那么我们把图 4 中现在需要讲解的这部分单独摘出来看,如图 5 所示。

图5 LED 电路图(二)

现在我们通过 3-12 的电路图来计算一下,5V 的电压减去 LED 本身的压降,减掉三极管e 和 c 之间的压降,限流电阻用的是 330 欧,那么每条支路的电流大概是 8mA,那么 8 路 LED如果全部同时点亮的话电流总和就是 64mA。这样如果直接接到单片机的 IO 口,那单片机肯定是承受不了的,即使短时间可以承受,长时间工作就会不稳定,甚至导致单片机烧毁。

有的同学会提出来可以加大限流电阻的方式来降低这个电流。比如改到 1K,那么电流不到 3mA,8 路总的电流就是 20mA 左右。首先,降低电流会导致 LED 小灯亮度变暗,小灯的亮度可能关系还不大,但因为我们同样的电路接了数码管,后边我们要讲数码管还要动态显示,如果数码管亮度不够的话,那视觉效果就会很差,所以降低电流的方法并不可取。其次,对于单片机来说,他主要是起到控制作用,电流输入和输出的能力相对较弱,P0 的 8 个口总电流也有一定限制,所以如果接一两个 LED 小灯观察,可以勉强直接用单片机的 IO 口来接,但是接多个小灯,从实际工程的角度去考虑,就不推荐直接接 IO 口了。那么我们如果要用单片机控制多个 LED 小灯该怎么办呢?

除了三极管之外,其实还有一些驱动 IC,这些驱动 IC 可以作为单片机的缓冲器,仅仅是电流驱动缓冲,不起到任何逻辑控制的效果,比如我们板子上用的 74HC245 这个芯片,这个芯片在逻辑上起不到什么别的作用,就是当做电流缓冲器的,我们通过查看其数据手册,74HC245 稳定工作在 70mA 电流是没有问题的,比单片机的 8 个 IO 口大多了,所以我们可以把他接在小灯和 IO 口之间做缓冲,如图 6 所示。

图6 74HC245 功能图

从图6 我们来分析,其中 VCC 和 GND 就不用多说了,细心的同学会发现这里有个0.1uF 的去耦电容哦。

74HC245 是个双向缓冲器,1 引脚 DIR 是方向引脚,当这个引脚接高电平的时候,右侧所有的 B 编号的电压都等于左侧 A 编号对应的电压。比如 A1 是高电平,那么 B1 就是高电平,A2 是低电平,B2 就是低电平等等。如果 DIR 引脚接低电平,得到的效果是左侧 A 编号的电压都会等于右侧 B 编号对应的电压。因为我们这个地方控制端是左侧接的是 P0 口,我们要求 B 等于 A 的状态,所以 1 脚我们直接接的 5V 电源,即高电平。图 6 中还有一排电阻 R10 到 R17 是上拉电阻,这个电阻的用法我们在后边介绍。

还有最后一个使能引脚 19 脚 OE,叫做输出使能,这个引脚上边有一横,表明是低电平有效,当接了低电平后,74HC245 就会按照刚才上边说的起到双向缓冲器的作用,如果 OE接了高电平,那么无论 DIR 怎么接,A 和 B 的引脚是没有关系的,也就是 74HC245 功能不能实现出来。

从下面的图 7 可以看出来,单片机的 P0 口和 74HC245 的 A 端是直接接起来的。这个地方,有个别同学有个疑问,就是我们明明在电源 VCC 那地方加了一个三极管驱动了,为何还要再加 245 驱动芯片呢。这里大家要理解一个道理,电路上从正极经过器件到地,首先必须有电流才能正常工作,电路中任何一个位置断开,都不会有电流,器件也就不会参与工作了。其次,和水流一个道理,从电源正极到负极的电流水管的粗细都要满足要求,任何一个位置的管子过细,都会出现瓶颈效应,电流在整个通路中细管处会受到限制而降低,所以在电路通路的每个位置上,都要保证通道足够畅通,这个 74HC245 的作用就是消除单片机IO 这一环节的瓶颈。

图7 单片机与 74HC245 的连接

免责声明:本文系网络转载,版权归原作者所有。如有不妥请联系删除!

围观 47

页面

订阅 RSS - 单片机