单片机的特点：

(1) 受集成度限制，片内存储器容量较小，一般内ROM：8KB以下；
(2) 内RAM：256KB以内。
(3) 可靠性高
(4) 易扩展
(5) 控制功能强
(6) 易于开发

ARM的特点：

(1)自带廉价的程序存储器（FLASH）和非易失的数据存储器（EEPROM）。这些存储器可多次电擦写，使程序开发实验更加方便，工作更可靠。

(2)高速度，低功耗。在和M51单片机外接相同晶振条件下，AVR单片机的工作速度是M51单片机的30-40倍；并且增加了休眠功能及CMOS技术，使其功耗远低于M51单片机。

(3) 工业级产品。具有大电流输出可直接驱动SSR和继电器，有看门狗定时器，防止程序走飞，从而提高了产品的抗干扰能力。

(4) 超功能精简指令，具有32个通用工作寄存器，相当于M51单片机中32个累加器！从而克服了单一累加器工作的瓶颈效应。

(5)程序下载方便。AVR单片机即可并行下载也可串行下载，无需昂贵的编程器。此外，还可以在线下载！也就是说可以直接在电路板上进行程序修改和烧录。

(6) 具有模拟比较器、脉宽调制器、模数转换功能。使得工业控制中的模拟信号处理更为简单方便。

(7) 并行口、定时计数器、中断系统等单片机内部重要资源的功能进行了大幅度提升，使之更适合工业生产过程的实时控制。

(8) 其时钟频率既可外接也可使用单片机内部自带的振荡器，其频率可在1MHz-8MHz内设置，使得硬件开发制作更为简洁。

(9)强大的通讯功能，内置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、两线串行总线接口TWI(I2C )，使网络控制、数据传送更为方便。

(10)超级保密功能，应用程序可采用多重保护锁功能。可低价快速完成厂家产品商品化等等。 除上述特点外“零外设”也是AVR嵌入式单片机的重要特征。由于该芯片已内置了程序存储器、晶振并增加了在线汇编功能。

所以AVR单片机芯片接上直流电源，下载个程序就可以独立工作。无需附加外部设备，无需使用昂贵的编程器和仿真装置。这给我们学习和开发带来了便利条件。

FPGA的特点：

(1）采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。　
　
(2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。　　

(3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。　　

(4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。　

(5）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。　　

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。　
　
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。　　

加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。

嵌入式系统的特点：

（1）系统内核小
由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核？简直没有可比性。　　

（2）专用性强
嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常 紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也 需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要 对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的 “升级”是完全两个概念。　　

（3）系统精简
嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求 其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。　

（4）高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。　　

（5）嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任 务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS （Real－Time Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、 可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。　　

（6）嵌入式系统开发需要开发工具和环境。
由于其本身不具备自举开发能力， 即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套 开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬 件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的 概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。

1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）

A、方法：根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A），每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差＜=A,则本次值有效。如果本次值与上次值之差＞A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值

B、优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。

C、缺点：无法抑制那种周期性的干扰，平滑度差。

2、中位值滤波法

A、方法：连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。

B、优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液 位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。

C、缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。

3、算术平均滤波法

A、方法：连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高。N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4

B、优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。

C、缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。

4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

A、方法：把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4"12；温度，N=1"4

B、优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。

C、缺点：灵敏度低 ，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合，比较浪费RAM

5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）

A、方法：相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。N值的选取：3"14

B、优点：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

C、缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费RAM。

6、限幅平均滤波法

A、方法：相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”，每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理 。

B、优点：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

C、缺点：比较浪费RAM。

7、一阶滞后滤波法

A、方法：取a=0"1，本次滤波结 果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果。

B、优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合。

C、缺点： 相位滞后，灵敏度低，滞后程度取决于a值大小，不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。

8、加权递推平均滤波法

A、方法：是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权。通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低。

B、优点：适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。

C、缺点：对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。

9、消抖滤波法

A、方法：设置一个滤波计数器将每次采样值与当前有效值比较：如果采样值＝当前有效值，则计数器清零如果采样值＜＞当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否＞=上限N(溢出)，如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器 。

B、优点：对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。

/*
2015.5
单片机滤波示例：

*/

// 读取数据程序：
unsigned int get_ad();


// 1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
#define A 10
char value;
char filter()
{
    char new_value = get_ad();
    if ((new_value - value > A) || (value - new_value > A))
        return value;
    return new_value;
}

// 2、中位值滤波法
#define N  11 
char filter()
{
    char value_buf[N];
    char count, i, j, temp;
    for (count = 0; count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
    // 冒泡排序
    for (j = 0; j < N - 1; j++)   
    {
        for (i = 0; i < N - j; i++)
        {
            if (value_buf[i] > value_buf[i + 1])  
            {
                temp  = value_buf[i];
                value_buf[i] = value_buf[i + 1];
                value_buf[i + 1] = temp;
            }
        }
    }
    return value_buf[(N - 1) / 2];
}

// 3、算术平均滤波法
#define N 12 
char filter()
{
    int sum = 0;
    for (count = 0; count < N; count++) 
    { 
        sum + = get_ad(); 
        delay(); }
    return (char)(sum / N);
}

// 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
#define N 12  
char value_buf[N]; 
char i = 0;
char filter()
{
    char count;
    int sum = 0;
    value_buf[i++] = get_ad(); 
    if (i == N )  
        i = 0;
    for (count = 0; count < N; count++)
    { 
        sum = value_buf[count]; 
    } 
    return (char)(sum / N);
}

// 5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
#define N 12 
char filter()
{
    char count, i, j;
    char value_buf[N];    
    int sum = 0;
    for (count = 0; count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
    for (j = 0; j < N - 1; j++)
    {
        for (i = 0; i < N - j; i++)
        {
            if (value_buf[i] > value_buf[i + 1])    
            {
                temp  = value_buf[i];
                value_buf[i] = value_buf[i + 1];                 
                value_buf[i + 1] = temp;
            }
        }
    }
    for (count = 1; count < N - 1; count++)
    { 
        sum += value[count]; 
    } 
    return (char)(sum / (N - 2));
}

// 6、限幅平均滤波法


// 7、一阶滞后滤波法
#define a 50 
char value; 
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    return (100 - a)*value + a*new_value;
}

// 8、加权递推平均滤波法
#define N 12 
char code coe[N] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 };
char code sum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12; 
char filter()
{
    char count;
    char value_buf[N];
    int sum = 0;
    for (count = 0, count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad(); delay();
    }
    for (count = 0, count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count] * coe[count];
    }
    return (char)(sum / sum_coe);
}

// 9、消抖滤波法
#define N 12 
char filter()   
{
    char count = 0;    
    char new_value = get_ad();
    while (value != new_value) 
    {
        count++;
        if (count >= N)   
            return new_value;        
        delay();
        new_value = get_ad();      
    }
    return value;
}

在最近一个项目中，急急忙忙把功能完成就给了客户，完全没有安全意识，现在用烧录器把Flash里的程序一读，我就慌了，完全没有加密，随随便便就把程序读出来了，那我干了一个月的活，被人家花几秒钟读出来了，我这不是白干吗。因此，在这里普及一下安全意思，顺便介绍几种常见的加密方法。

一、打磨或更改芯片型号丝印

打磨或更改芯片型号丝印可以迷惑破解者，使破解者不知从何入手。当然，这是需要成本的，根据产品价格考虑是否需要打磨。

二、使用加密芯片

使用加密芯片的成本更加高，同时对于加密芯片可靠度无法掌握，风险很大。

三、开启单片机Flash保护

大部分有价值的单片机都有Flash保护功能，使能对应的标志位，烧录器就无法通过通讯脚读取Flash里的数据，唯有全部擦除数据。如图1-1新塘单片机

也有一些单片机通过程序直接把通讯线路物理意义上的断开，这种方法保护更有效，但从此不能再对单片机写入程序，对于售后服务来说是一种风险。如图1-2ST单片机

四、使用唯一ID号

对于一些高端的单片机，在出厂的时候芯片内部就给予了一个唯一的ID号。我们可以添加一个存储器（有的单片机内部有），然后组织一种特殊的算法，利用这个唯一的ID号，产生一组数据，把这个数据预先烧录到存储器里。单片机上电初始化的时候，先读出存储器里的这个数据X，然后读出自身的ID号通过加密算法算出一个值Y，然后比较XY值是否一样，如果一样则继续工作，否则停止工作。这种方法是最实用的一种。如图1-3ST单片机的唯一ID号

五、利用外部电路参数校正

对于一些非纯数字电路，电路自身存在有较大的参数偏差，这时候可以利用软件校正参数偏差，这使得每一块电路板的程序电路一样，但Flash数据不一样。破解者即使破解出程序和电路，如果无法理解电路的含义，则无法校正Flash数据，产品运行结果就会有偏差。

1.按键分类与输入原理

按键按照结构原理科分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关灯;另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。

在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其他按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入时与软件结构密切相关的过程。

对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将按键输入，并检查是哪一个按键按下，将该键号送人累加器，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完成后再返回主程序。

2.按键结构与特点

微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能式把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便于通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定的时间触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如下图1所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5-10ms。在触点抖动期间检测按键的通与断，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放错误的被认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服你、按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取消抖措施。按键较少时，可采用硬件消抖;按键较多式，采用软件消抖。

(1)按键编码

一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。

(2)键盘程序

一个完整的键盘控制程序应具备以下功能：

a.检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施消抖。

b.有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，期间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。

c.准确输出按键值(或键号)，以满足跳转指令要求。

3.独立按键与矩阵键盘

(1)独立按键

单片机控制系统中，如果只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。

独立按键式直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点式每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立按键的典型应用如图所示。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一个I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。独立按键如图2所示。

独立按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询没跟I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。

(2)矩阵键盘

单片机系统中，若使用按键较多时如电子密码锁、电话机键盘等一般都至少有12到16个按键，通常采用矩阵键盘。

矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

矩阵键盘的工作原理

最常见的键盘布局如图3所示。一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，4*4矩阵键盘的内部电路如图4所示。

当无按键闭合时，P3.0~P3.3与P3.4~P3.7之间开路。当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。判断有无按键按下的方法是：第一步，置列线P3.4~P3.7为输入状态，从行线P3.0~P3.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。第二步，行线轮流输出低电平，从列线P3.4~P3.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。综合一二两步的结果，可确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。

识别按键的方法很多其中，最常见的方法是扫描法

按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无按键按下时处在高电平。如果所有的列线都处在高电平，则按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此必须使所有列线处在电平。这样，当有按键按下时，改键所在的行电平才回由高变低。才能判断相应的行有键按下。

独立按键数量少，可根据实际需要灵活编码。矩阵键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可以分别对行号和列号进行二进制编码，然后两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。

4.键盘的工作方式

对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中的CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常键盘的工作方式有三种，编程扫描、定时扫描和中断扫描。

(1)编程扫描方式

编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。

(2)定时扫描方式

定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间(例如10ms)的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有按键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。

(3)中断扫描方式

上述两种键盘扫描方式，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。

为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无按键按下时，CPU处理自己的工作，当有按键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。

排阻的阻值读取

在三位数字中，从左至右的第一、第二位为有效数字，第三位表示前两位数字乘10的N次方（单位为Ω）。如果阻值中有小数点，则用“R”表示，并占一位有效数字。例如：标示为“103”的阻值为10&TImes;10=10kΩ；标示为“222”的阻值为2200Ω即2.2kΩ；标示为“105”的阻值为1MΩ。需要注意的是，要将这种标示法与一般的数字表示方法区别开来，如标示为220的电阻器阻值为22Ω，只有标志为221的电阻器阻值才为220Ω。

标示为“0”或…000”的排阻阻值为OΩ，这种排阻实际上是跳线（短路线）。

一些精密排阻采用四位数字加一个字母的标示方法（或者只有四位数字）。前三位数字分别表示阻值的百位、十位、个位数字，第四位数字表示前面三个数字乘10的N次方，单位为欧姆；数字后面的第一个英文字母代表误差（G=2％、F=1％、D=0.25％、B=O.1％、A或W=0.05％、Q=0.02％、T=0.01％、V=0.005％）。如标示为“2341”的排阻的电阻为234&TImes;10=2340Ω。

排阻的作用

内存芯片下方均匀分布的“芝麻粒”，实际上是位于内存颗粒和金手指之间的“排阻”。排阻，是一排电阻的简称。我们知道，内存在处理、传输数据时会产生大小不一的工作电流。而在内存颗粒走线的必经之处安装一排电阻，则能够帮助内存起到稳压作用，让内存工作更稳定。从而提升内存的稳定性，增强内存使用寿命。而你说的内存右边角上的“小绿豆”。我们一般称之为SPD。SPD是一存储体，它存储了厂商对内存的详细配置信息：如内存的工作电压，位宽，操作时序等。每次开机后自检时，系统都会首先读取内存SPD中的相关信息，来自动配置硬件资源，以避免出错。上拉、限流。和普通电阻一样，相比而言简化了PCB的设计、安装，减小空间，保证焊接质量。

排阻引脚说明

有的还有一个公脚，就是为了方便使用，拿万用表量一下就会发现所有脚对公共脚的阻值均是标称值，除公共脚外其它任意两脚阻值是标称值的两倍，很明显任意两脚通过公共脚脚串联的嘛！用在有很多上下拉电阻的场合应用特方便，比如并行通讯线上，还节省空间。

51单片机最小系统排阻作用

起上拉作用：

上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，电阻同时起限流作用，下拉同理。上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流，弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分，对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

另外其他I/O口都是准双向口且都有驱动能力，P0口也是准双向口但是驱动能力小，加排阻说白了就是给P0加驱动电路，电源通过排阻向P0口供电，使其能够驱动与P0口相连的元件。

先找出排阻的公共端。公共端在排阻标有小白点的一侧。也可以用万用表电阻档测量一下，任意选择一端，测量该端与其余引脚的电阻，若个引脚的电阻相等，该端为公共端，否则，另一端为公共端。公共端连接单片机电源，其它引脚分别连接单片机IO口。具体焊接方法与焊接普通电阻一样，只是引脚多一点而已。可先焊接两端，定位后，再焊接中间引脚。

如图：带点的一端为排阻的公共端。