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 3-8 所示。

图 3-8 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 3-9 中两个电路之间的对比。

图 3-9 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 3-10 所示。

图 3-10 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 3-11 所示。

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 3-11 中现在需要讲解的这部分单独摘出来看，如图 3-12 所示。

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 3-13 所示。

从图 3-13 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 3-13 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 3-14 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。

在单片机系统里，按键是常见的输入设备，在本文江介绍几种按键硬件、软件设计方面的技巧。一般的在按键的设计上，一般有四种方案：
一是GPIO口直接检测单个按键，如图1.1所示;
二是按键较多则使用矩阵键盘，如图1.2所示;
三是将按键接到外部中断引脚上，利用按键按下产生的边沿信号进行按键检测，如图1.3所示;
四是利用单片机的ADC，在不同的按键按下后，能够使得ADC接口上的电压不同，根据电压的不同，则可以识别按键，如图1.4所示。

在以上四种设计上，各有优点和不足。第一种是最简单和最基础的，对于单片机初学者很容易理解和使用，但是缺点是，需要在主循环中不断检测按键是否按下，并且需要做消抖处理。若主循环中某个函数任务占用时间较长，则按键会有不同程度的“失灵”。第二种，优点是能够在有限的GPIO情况下，扩展尽可能多的按键。但缺点同上，需要不停检测按键是否按下。第三种方式是效率最高，不需要循环检测按键是否按下，但是缺点是，需要单片机有足够的外部中断接口以供使用;第四种的优点是，只需要单片机的一个ADC接口，一根线，就能对多个按键进行识别，缺点是按键一旦内部接触不良，则可能按键串位，且按键产生的抖动，会造成一定的识别错误。

在以上的三种常见按键设计的基础上，现在分享我学习和工作中总结的按键方案。

改进一：在原方案一的基础上，加上与门电路，使得任何一个按键按下，都能产生中断，然后在中断里面识别是哪个按键被按下。因此不需要循环扫描，大大提高了效率。方案如图1.5所示。只需要每个按键对应地增加一个二极管，利用二极管的线与特性，可以实现按下任何按键，都能产生中断信号，但是按键之间互不影响。二极管选用普通整流二极管即可，本人亲测可行。

改进二：在原有的ADC按键的基础上，也可用增加二极管的方式，实现按键中断，并在中断服务程序里进行AD转换，从而识别按键。电路如图1.6所示。

改进三：因为按键不可避免的有抖动，因此按键消抖可以通过硬件消痘和软件消抖。现在分享一个十分简单且有效的硬件消痘方法：给按键并联一个104左右的电容。软件上基本不用处理即可避免抖动。
改进四：在按键扫描检测的方案下，如果主循环中有某个函数占用时间较长，则按键会发生或长或短的“失灵”，现分享我的一个解决方案。将按键扫描放到定时器中断里面，这样就可周期性地检测按键按下情况，不受主循环的影响。并且，能解析出按键的不同状态，即按下、按住、弹起、为按下这四种状态，用以实现更丰富的功能。但需注意两点，一是定时器的定时时间，不可过长也不可过短，过长容易检测不到按下，过短会占用大量时间资源。二是中断服务程序需简单明了，只做检测用，通过全局变量传递，在主循环内完成按键响应，中断服务函数内尽量不要占用太多时间。

1 引言

现在，人们对工作和生活环境不仅要求舒适健康、可靠便利，而且更加看重安全性，并利用安防系统来提高家庭抵御各种意外情况的能力。现在的安防系统可借助计算机技术、IC 卡技术、通信技术等来实现，CAN总线应用于安防系统对家居智能化发展起到了良好的促进作用。CAN总线是一种应用较为广泛的现场总线，它支持多主节点，有完善的错误处理机制，通信速率快，传送距离远，可挂接控制设备多。而把DTMF 技术应用于安防系统，不需要专门的布线，不占用无线电频率资源，没有电磁污染。文中设计了一种基于CAN 总线和DTMF技术的以AT89S52单片机为核心的新型智能家居安防系统，使原来小区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。本系统可以对整个家居的安全环境进行实时监控，监控的范围包括室内防盗、火灾报警、煤气泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故发生，该报警系统就会发出相应的报警信息，用语音播出警情类别，向远方用户和相关部门提供警情语音。

2 系统总体构成

系统框图如图1所示。单片机控制DTMF收发电路、数字语音电路、摘挂机控制电路。探测器能够快速、准确地监测到住宅的异常状况，经确认后及时通知控制器，再由单片机来控制电话接口电路，实现模拟摘机，自动拨打预先设置的电话号码进行语音报警并通知管理中心。当监测到对方回应后，自动恢复警戒状态。

3 硬件设计

系统主控部分采用AT89S52单片机，无需扩展外部存储器。看门狗电路采用具有可编程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存储了标志字段、话机号码、警情代号、系统设置等数据信息。数字语音电路采用数字语音芯片ISD1420。系统中ISD1420仅作为基本录放音电路，所以所有的地址线全部置为0， 因此放音的起始地址是0。语音信号由驻极话筒拾取，从M IC和M IC REF两端输入芯片内部的放大器放大，经过功放后的音频信号从SP+ 被用来与通话电路相连，以送出语音信号。

3. 1 振铃检测及模拟摘挂机单元

系统并于电话线两端，时刻处于监控状态，不会影响电话的正常工作。当系统接收到振铃信号时，会进行振铃检测。振铃信号经三个反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若5次振铃后无人接听，则系统进入自动摘机状态。单片机P1. 2 引脚输出高电平，三极管V501导通则继电器K1动作，将负载电阻接入电路实现模拟摘机。此后电话线上就会出现大于10mA的电流，交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通电话。如果振铃信号没有达到预设值就消失，则单片机的计数值清零，控制器不动作。

3. 2 DTMF收发单元

DTMF收发电路采用DTMF信号编/解码芯片MT8880[ 5] 芯片，单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警，DTMF收发电路如图2所示。

MT8880提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。它的接收部分采用单端输入，由R27、R28和C16 组成，其输入电压增益为1， 通过改变R28可调节输入信号的增益。它的发送部分由R29、C17、C18和XTAL2构成。它的控制部分由R30 和C19 构成。IRQ /CP与单片机P3. 5 脚相连。当MT8880接收到有效的双音多频信号时，单片机进行中断处理。MT8880的IN - 端和通话电路TEA 1062 的QR 端相连，MT8880的TONE端和TEA1062的DTMF端相连。

3. 3 通话单元

通话电路使用电话机专用通话集成电路TEA1062。送话时，语音信号(来自ISD1420)通过M IC + 引脚输入，DTMF信号(来自MT8880)通过DTMF引脚输入，经过TEA1062 放大后从LN 引脚一起送到电话外线上。受话时，信号通过消侧音网络，从IR 引脚输入，放大后从引脚QR 输出，分两路：一路送到ISD1420的ANA IN端供语音录制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信号。

3. 4 CAN 总线数据传输单元

CAN 总线数据传输单元由两部分构成，一部分是CAN控制器，实现对总线数据的交互与控制，另一部分是CAN 数据收发器，实现数据的网络传输。

单片机AT89S52通过控制CAN控制器来实现对总线的访问，同时还负责功能单元的测量和控制， CAN 总线接口电路如图3所示。

AT89S52通过中断方式访问CAN控制器SJA1000，为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000通过高速光耦6N137与CAN总线驱动器PCA82C50相连。PCA82C50的CANH和CANL引脚各自接了一个5的电阻与CAN总线相连，可以起到限流作用，以免PCA82C50受到过电流冲击。

4 软件设计

系统的软件采用模块化设计，主要包括主程序模块、CAN通信模块、振铃检测模块、语音报警模块、DTMF收发模块等，这里主要介绍主程序和CAN通信模块设计。

4. 1 主程序设计

主程序主要完成各功能模块的调用，检测系统输入，然后根据系统状态进行判断处理。程序进行主循环之前还要进行必要的初始化，如MT8880、ISD1420、SJA1000相关标志位等。主程序流程如图4所示。

4. 2 CAN通信模块设计

CAN通信模块包括控制器初始化、数据接收和发送子程序。SJA1000有复位模式和工作模式两种状态，两种状态下寄存器配置不同。当参数设置完后，CPU发出命令，SJA1000处于工作状态，进行正常通信。如果通信出错，CPU会使SJA1000回到复位模式。接收模块负责节点报文的接收及相关处理。接收过程中CPU会读数据，根据命令字判断数据帧的类型进行不同处理。发送模块负责报文的发送，SJA1000发送数据前，要判断是否满足发送条件，如果满足，则把报文帧信息、标识符和要发送的数据写入缓冲区，即可发送。JA 1000的收发流程图如图5所示。

5 结束语

本系统以AT89S52单片机为核心，不用对电话网进行任何改造，实现对家居设防点进行自动检测和语音报警。设计中用CAN总线结构组成安防系统，有较好的灵活性和扩展性，同时利用CAN 总线引入实时的数据处理，提高了系统的可靠性。可对楼宇可视对讲、智能小区管理、门禁管理等有较大的应用推广价值。

一、五大内存分区：

内存分成5个区，它们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

1、栈区(stack)：FIFO就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

2、堆区(heap)：就是那些由new分配的内存块，它们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。

3、自由存储区：就是那些由malloc等分配的内存块，它和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命。

4、全局/静态存储区：全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

5、常量存储区：这是一块比较特殊的存储区，它们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多）

code/data/stack
内存主要分为代码段，数据段和堆栈。代码段放程序代码，属于只读内存。数据段存放全局变量，静态变量，常量等，堆里存放自己malloc或new出来的变量，其他变量就存放在栈里，堆栈之间空间是有浮动的。数据段的内存会到程序执行完才释放。调用函数先找到函数的入口地址，然后计算给函数的形参和临时变量在栈里分配空间，拷贝实参的副本传给形参，然后进行压栈操作，函数执行完再进行弹栈操作。字符常量一般放在数据段，而且相同的字符常量只会存一份。

二、C语言程序的存储区域

1、由C语言代码（文本文件）形成可执行程序（二进制文件），需要经过编译-汇编-连接三个阶段。编译过程把C语言文本文件生成汇编程序，汇编过程把汇编程序形成二进制机器代码，连接过程则将各个源文件生成的二进制机器代码文件组合成一个文件。

2、C语言编写的程序经过编译-连接后，将形成一个统一文件，它由几个部分组成。在程序运行时又会产生其他几个部分，各个部分代表了不同的存储区域：

1）代码段（Code或Text）
代码段由程序中执行的机器代码组成。在C语言中，程序语句执行编译后，形成机器代码。在执行程序的过程中，CPU的程序计数器指向代码段的每一条机器代码，并由处理器依次运行。

2）只读数据段(RO data)
只读数据段是程序使用的一些不会被更改的数据，使用这些数据的方式类似查表式的操作，由于这些变量不需要更改，因此只需要放置在只读存储器中即可。

3）已初始化读写数据段(RW data)
已初始化数据是在程序中声明，并且具有初值的变量，这些变量需要占用存储器的空间，在程序执行时它们需要位于可读写的内存区域内，并且有初值，以供程序运行时读写。

4）未初始化数据段(BBS)
未初始化数据是在程序中声明，但是没有初始化的变量，这些变量在程序运行之前不需要占用存储器的空间。

5）堆(heap)
堆内存只在程序运行时出现，一般由程序员分配和释放。在具有操作系统的情况下，如果程序没有释放，操作系统可能在程序(例如一个进程)结束后会后内存。

6）栈（statck）
堆内存只在程序运行时出现，在函数内部使用的变量，函数的参数以及返回值将使用栈空间，栈空间由编译器自动分配和释放。

3、代码段、只读数据段、读写数据段、未初始化数据段属于静态区域，而堆和栈属于动区域。代码段、只读数据段和读写数据段将在连接之后产生，未初始化数据段将在程序初始化的时候开辟，而对堆和栈将在程序饿运行中分配和释放。

4、C语言程序分为映像和运行时两种状态。在编译-连接后形成的映像中，将只包含代码段(Text)、只读数据段(R0 Data)和读写数据段（RW Data）。在程序运行之前，将动态生成未初始化数据段(BSS)，在程序的运行时还将动态生成堆(Heap)区域和栈（Stack）区域。

注：
1、一般来说，在静态的映像文件中，各个部分称之为节(Section)，而在运行时的各个部分称之为段(Segment)。如果不详细区分，统称为段。
2、C语言在编译连接后，将生成代码段(TEXT)，只读数据段(RO Data)和读写数据段(RW Data)。在运行时，除了上述三个区域外，还包括未初始化数据段(BBS)区域和堆（heap）区域和栈（Stack）区域。

三、C语言程序的段

1、段的分类

每一个源程序生成的目标代码将包含源程序所需要表达的所有信息和功能。目标代码中各段生成情况如下：
1）代码段（Code）
代码段由程序中的各个函数产生，函数的每一个语句将最终经过编译和汇编生成二进制机器代码

2）只读数据段(RO Data)
只读数据段由程序中所使用的数据产生，该部分数据的特点在运行中不需要改变，因此编译器会将数据放入只读的部分中。C语言的一些语法将生成只读数据数据段。

2、只读数据段(RO Data)

只读数据段(RO Data)由程序中所使用的数据产生，该部分数据的特点是在运行中不需要改变，因此编译器会将数据放入只读的部分中。以下情况将生成只读数据段。

1）只读全局变量
定义全局变量const char a[100]=”abcdefg”将生成大小为100个字节的只读数据区，并使用字符串“abcdefg”初始化。如果定义为const char a[]=”abcdefg”,没有指定大小，将根据“abcdefgh”字串的长度，生成8个字节的只读数据段。

2）只读局部变量
例如：在函数内部定义的变量const char b[100]=”9876543210”;其初始化的过程和全局变量。

3）程序中使用的常量
例如：在程序中使用printf("information\n”),其中包含了字串常量，编译器会自动把常量“information \n”放入只读数据区。

注：在const char a[100]={“ABCDEFG”}中，定义了100个字节的数据区，但是只初始化了前面的8个字节（7个字符和表示结束符的‘\0’）。在这种用法中，实际后面的字节米有初始化，但是在程序中也不能写，实际上没有任何用处。因此，在只读数据段中，一般都需要做完全的的初始化。

3、读写数据段（RW Data）

读写数据段表示了在目标文件中一部分可以读也可以写的数据区，在某些场合它们又被称为已初始化数据段。这部分数据段和代码，与只读数据段一样都属于程序中的静态区域，但是具有科协的特点。

1）已初始化全局变量
例如：在函数外部，定义全局的变量char a[100]=”abcdefg”

2）已初始化局部静态变量
例如：在函数中定义static char b[100]=”9876543210”。函数中由static定义并且已经初始化的数据和数组将被编译为读写数据段。

说明：
读写数据区的特点是必须在程序中经过初始化，如果只有定义，没有初始值，则不会生成读写数据区，而会定义为未初始化数据区(BSS)。如果全局变量（函数外部定义的变量）加入static修饰符，写成static char a[100]的形式，这表示只能在文件内部使用，而不能被其他文件使用。

4、未初始化数据段(BSS)

未初始化数据段常被称之为BSS(英文名为Block start by symbol的缩写)。与读写数据段类似，它也属于静态数据区。但是该段中数据没有经过初始化。因此它只会在目标文件中被标识，而不会真正称为目标文件中的一个段，该段将会在运行时产生。未初始化数据段只有在运行的初始化阶段才会产生，因此它的大小不会影响目标文件的大小。

四、在C语言的程序中，对变量的使用还有以下注意

1、在函数体中定义的变量通常是在栈上，不需要在程序中进行管理，由编译器处理。

2、用malloc，calloc,realoc等分配分配内存的函数所分配的内存空间在堆上，程序必须保证在使用后使用后freee释放，否则会发生内存泄漏。

3、所有函数体外定义的是全局变量，加了static修饰符后的变量不管在函数内部或者外部存放在全局区（静态区）。

4、使用const定义的变量将放于程序的只读数据区。

说明：
在C语言中，可以定义static变量：在函数体内定义的static变量只能在该函数体内有效；在所有函数体外定义的static变量，也只能在该文件中有效，不能在其他源文件中使用；对于没有使用 static修饰的全局变量，可以在其他的源文件中使用。这些区别是编译的概念，即如果不按要求使用变量，编译器会报错。使用static 和没使用static修饰的全局变量最终都将放置在程序的全局去（静态去）。

五、程序中段的使用

C语言中的全局区（静态区），实际上对应着下述几个段：
只读数据段:RO Data
读写数据段：RW Data
未初始化数据段：BSS Data
一般来说，直接定义的全局变量在未初始化数据区，如果该变量有初始化则是在已初始化数据区（RW Data）,加上const修饰符将放置在只读区域(RO Data).
例如:
const char ro[ ]=”this is a readonlydata”; //只读数据段，不能改变ro数组中的内容，ro存放在只读数据段。
char rw1[ ]=”this is global readwrite data”; //已初始化读写数据段，可以改变数组rw1中的内容。应为数值/是赋值不是把”this is global readwrite data” 地址给了rw1，不能改变”this is global readwrite data”的数值。因为起是文字常量放在只读数据段中
char bss_1[100];//未初始化数据段
const char *ptrconst = “constant data”; //”constant data”放在只读数据段，不能改变ptrconst中的值，因为其是地址赋值。ptrconst指向存放“constant data”的地址，其为只读数据段。但可以改变ptrconst地址的数值，因其存放在读写数据段中。

实例讲解：
int main( )
{
short b;//b放置在栈上，占用2个字节
char a[100];//需要在栈上开辟100个字节，a的值是其首地址
char s[]=”abcde”;
//s在栈上，占用4个字节，“abcde”本身放置在只读数据存储区，占6字节。s是一个地址
//常量，不能改变其地址数值，即s++是错误的。
char *p1; //p1在栈上，占用4个字节
char *p2 ="123456"; //"123456"放置在只读数据存储区，占7个字节。p2在栈上，p2指向的内容不能更
//改，但是p2的地址值可以改变，即p2++是对的。
static char bss_2[100]; //局部未初始化数据段
static int c=0 ; //局部（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10*sizeof(char)); //分配的内存区域在堆区
strcpy(p1,”xxx”); //”xxx”放置在只读数据存储区，占5个字节
free(p1); //使用free释放p1所指向的内存
return 0;
}
说明：

1、只读数据段需要包括程序中定义的const型的数据（如：const char ro[]）,还包括程序中需要使用的数据如“123456”。对于const char ro[]和const char * ptrconst的定义，它们指向的内存都位于只读数据据区，其指向的内容都不允许修改。区别在于前者不允许在程序中修改ro的值，后者允许在程序中修改ptrconst本身的值。对于后者，改写成以下的形式，将不允许在程序中修改ptrconst本身的值：
const char * const ptrconst = “const data”;

2、读写数据段包含了已经初始化的全局变量static char rw1[]以及局部静态变量static char
rw2[]。rw1和rw2的差别在于编译时，是在函数内部使用的还是可以在整个文件中使用。对于前者，static修饰在于控制程序的其他文件时候可以访问rw1变量，如果有static修饰，将不能在其他的C语言源文件中使用rw1，这种影响针对编译-连接的特性，但无论有static，变量rw1都将被放置在读写数据段。对于后者rw2,它是局部的静态变量，放置在读写数据区；如果不使用static修饰，其意义将完全改变，它将会是开辟在栈空间局部变量，而不是静态变量。

3、未初始化数据段，事例1中的bss_1[100]和 bss_2[200]在程序中代表未初始化的数据段。其区别在于前者是全局的变量，在所有文件中都可以使用；后者是局部的变量，只在函数内部使用。未初始化数据段不设置后面的初始化数值，因此必须使用数值指定区域的大小，编译器将根据大小设置BBS中需要增加的长度。

4、栈空间包括函数中内部使用的变量如short b和char a[100]，以及char *p1中p1这个变量的值。
1）变量p1指向的内存建立在堆空间上，堆空间只能在程序内部使用，但是堆空间(例如p1指向的内存)可以作为返回值传递给其他函数处理。
2）栈空间主要用于以下3类数据的存储：
a、函数内部的动态变量
b、函数的参数
c、函数的返回值
3）栈空间主要的用处是供函数内部的动态变量使用，变量的空间在函数开始之前开辟，在函数退出后由编译器自动回收。看一个例：
int main( )
{
char *p = "tiger";
p[1] = 'I';
p++;
printf("%s\n",p);
}
编译后提示：段错误
分析：
char *p = "tiger";系统在栈上开辟了4个字节存储p的数值。"tiger"在只读存储区中存储，因此"tiger"的内容不能改变，*p="tiger"，表示地址赋值，因此，p指向了只读存储区，因此改变p指向的内容会引起段错误。但是因为p是存放在栈上，因此p的数值是可以改变的，因此p++是正确的。

六、const的使用

1、前言：
const是一个C语言的关键字，它限定一个变量不允许被改变。使用const在一定程序上可以提高程序的健壮性，另外，在观看别人代码的时候，清晰理解const所起的作用，对理解别人的程序有所帮助。

2、const变量和常量
1）const修饰的变量，其值存放在只读数据段中，其值不能被改变。称为只读变量。
其形式为 const int a=5;此处可以用a代替5
2）常量：其也存在只读数据段中，其数值也不能被改变。其形式为"abc" ,5

3、const 变量和const限定的内容，先看一个事例：
typedef char* pStr;
int main( )
{
char string[6] = “tiger”;
const char *p1 = string;
const pStr p2 = string;
p1++;
p2++;
printf(“p1=%s\np2=%s\n”,p1,p2);
}
程序经过编译后，提示错误为
error:increment of read-only variable ‘p2’
1)const 使用的基本形式为：const char m;
//限定m 不可变
2)替换1式中的m,const char *pm;
//限定*pm不可变，当然pm是可变的，因此p1++是对的。
3)替换1式中的char,const newType m;
//限定m不可变，问题中的pStr是一种新类型，因此问题中p2不可变，p2++是错误的。

4、const 和指针
类型声明中const用来修饰一个常量，有如下两种写法：
1)const在前面
const int nValue;//nValue是const
const char *pContent;//*pContent是const,pConst可变
const (char *)pContent;//pContent是const,*pContent可变
char *const pContent;//pContent是const,*pContent可变
const char * const pContent;//pContent和*pContent都是const
2)const 在后面与上面的声明对等
int const nValue； // nValue是const
char const *pContent; //*pContent是const, pContent可变
(char *) constpContent; //pContent是const, *pContent可变
char* const pContent; // pContent是const, *pContent可变
char const* const pContent; //pContent和*pContent都是const
说明：const和指针一起使用是C语言中一个很常见的困惑之处,下面是两天规则：
1）沿着*号划一条线，如果const位于*的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；如果const位于*的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。你可以根据这个规则来看上面声明的实际意义，相信定会一目了然。
2）对于const (char *) ; 因为char *是一个整体，相当于一个类型(如char)，因此，这是限定指针是const。

七、单片机C语言中的data,idata,xdata,pdata,code

从数据存储类型来说，8051系列有片内、片外程序存储器，片内、片外数据存储器，片内程序存储器还分直接寻址区和间接寻址类型，分别对应code、data、xdata、idata以及根据51系列特点而设定的pdata类型，使用不同的存储器，将使程序执行效率不同，在编写C51程序时，最好指定变量的存储类型，这样将有利于提高程序执行效率(此问题将在后面专门讲述)。与ANSI-C稍有不同，它只分SAMLL、COMPACT、LARGE模式，各种不同的模式对应不同的实际硬件系统，也将有不同的编译结果。
在51系列中data,idata,xdata,pdata的区别:
data:固定指前面0x00-0x7f的128个RAM，可以用acc直接读写的，速度最快，生成的代码也最小。
idata:固定指前面0x00-0xff的256个RAM,其中前128和data的128完全相同，只是因为访问的方式不同。idata是用类似C中的指针方式访问的。汇编中的语句为：mox ACC,@Rx.(不重要的补充：c中idata做指针式的访问效果很好)
xdata:外部扩展RAM，一般指外部0x0000-0xffff空间，用DPTR访问。
pdata:外部扩展RAM的低256个字节，地址出现在A0-A7的上时读写，用movx ACC,@Rx读写。这个比较特殊，而且C51好象有对此BUG，建议少用。但也有他的优点，具体用法属于中级问题，这里不提。

单片机C语言unsigned char code table[] code 是什么作用？

code的作用是告诉单片机，我定义的数据要放在ROM（程序存储区）里面，写入后就不能再更改，其实是相当与汇编里面的寻址MOVX(好像是)，因为C语言中没办法详细描述存入的是ROM还是RAM（寄存器），所以在软件中添加了这一个语句起到代替汇编指令的作用，对应的还有data是存入RAM的意思。

程序可以简单的分为code（程序）区，和data （数据）区，code区在运行的时候是不可以更改的，data区放全局变量和临时变量，是要不断的改变的，cpu从code区读取指令，对data区的数据进行运算处理，因此code区存储在什么介质上并不重要，象以前的计算机程序存储在卡片上，code区也可以放在rom里面，也可以放在ram里面，也可以放在flash里面（但是运行速度要慢很多，主要读flash比读ram要费时间），因此一般的做法是要将程序放到flash里面，然后load到 ram里面运行的;DATA区就没有什么选择了，肯定要放在RAM里面，放到rom里面改动不了。

bdata如何使用它呢？

若程序需要8个或者更多的bit变量，如果你想一次性给8个变量赋值的话就不方便了，（举个例子说说它的方便之处，想更深入的了解请在应用中自己琢磨）又不可以定义bit数组，只有一个方法
char bdata MODE;
sbit MODE_7 = MODE^7;
sbit MODE_6 = MODE^6;
sbit MODE_5 = MODE^5;
sbit MODE_4 = MODE^4;
sbit MODE_3 = MODE^3;
sbit MODE_2 = MODE^2;
sbit MODE_1 = MODE^1;
sbit MODE_0 = MODE^0;
8个bit变量MODE_n 就定义好了
这是定义语句，Keilc 的特殊数据类型。记住一定要是sbit
不能 bit MODE_0 = MODE^0;
赋值语句要是这么写C语言就视为异或运算。
Flash相对单片机里的RAM属于外部存取器，虽其结构位置装在单片机中，其实xdata是放在相对RAM的外面，而flash正是相对RAM外面。
int a 变量定义在内部RAM,xdata int a 定义在外部RAM或flash，uchar code a 定义在flash。
uchar code duma[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00}; //共阴的数码管段选,P2口要取的数值
若定义 uchar aa[5],aa[5]中的内容是存放在数据存储区（RAM）中的，在程序运行工程中各个数组元素的值可以被修改，掉电后aa[5]中的数据无法保存。
若定义 uchar code bb[5]中的内容是存放在程序存储区（如flash）中的,只有在烧写程序时，才能改变bb[5]中的各元素的值，在程序运行工程中无法修改，并且掉电后bb[5]中的数据不消失。

八、C语言中堆和栈的区别

C语言程序经过编译连接后形成编译、连接后形成的二进制映像文件由栈、堆、数据段（由三部分部分组成：只读数据段，已经初始化读写数据段，未初始化数据段即BBS）和代码段组成，如下图所示：

1、栈区(stack):由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等值。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区(heap):一般由程序员分配释放，若程序员不释放，则可能会引起内存泄漏。注堆和数据结构中的堆栈不一样，其类是与链表。

3、程序代码区：存放函数体的二进制代码。

4、数据段：由三部分组成：

1）只读数据段：
只读数据段是程序使用的一些不会被更改的数据，使用这些数据的方式类似查表式的操作，由于这些变量不需要更改，因此只需要放置在只读存储器中即可。一般是const修饰的变量以及程序中使用的文字常量一般会存放在只读数据段中。
2）已初始化的读写数据段：
已初始化数据是在程序中声明，并且具有初值的变量，这些变量需要占用存储器的空间，在程序执行时它们需要位于可读写的内存区域内，并且有初值，以供程序运行时读写。在程序中一般为已经初始化的全局变量，已经初始化的静态局部变量(static修饰的已经初始化的变量)
3）未初始化段（BSS）：
未初始化数据是在程序中声明，但是没有初始化的变量，这些变量在程序运行之前不需要占用存储器的空间。与读写数据段类似，它也属于静态数据区。但是该段中数据没有经过初始化。未初始化数据段只有在运行的初始化阶段才会产生，因此它的大小不会影响目标文件的大小。在程序中一般是没有初始化的全局变量和没有初始化的静态局部变量。

堆和栈的区别

1、申请方式

(1)栈（satck）:由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量int b;系统自动在栈中为b开辟空间。
(2)堆（heap）:需程序员自己申请（调用malloc,realloc,calloc）,并指明大小，并由程序员进行释放。容易产生memory leak.

eg:char p;
p = (char *)malloc(sizeof(char)); //但是，p本身是在栈中。

2、申请大小的限制

1）栈：在windows下栈是向底地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域(它的生长方向与内存的生长方向相反)。栈的大小是固定的。如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。
2）堆：堆是高地址扩展的数据结构（它的生长方向与内存的生长方向相同），是不连续的内存区域。这是由于系统使用链表来存储空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由底地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。

3、系统响应：

1）栈：只要栈的空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
2）堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，但系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的free语句才能正确的释放本内存空间。另外，找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
说明：对于堆来讲，对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，

4、申请效率

1）栈由系统自动分配，速度快。但程序员是无法控制的
2）堆是由malloc分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生碎片，不过用起来最方便。

5、堆和栈中的存储内容

1）栈：在函数调用时，第一个进栈的主函数中后的下一条语句的地址，然后是函数的各个参数，参数是从右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注：静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续执行。
2）堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。

6、存取效率

1）堆：char *s1=”hellow tigerjibo”;是在编译是就确定的
2）栈：char s1[]=”hellow tigerjibo”;是在运行时赋值的；用数组比用指针速度更快一些，指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上读取。

补充：

栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

7、分配方式：

1）堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。
2）栈有两种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的。它的动态分配是由编译器进行释放，无需手工实现。

目前，中国已经进入了老龄化社会，预计从2020年开始，中国将步入老龄化严重阶段；2050年中国将步入超高老龄化国家行列，60岁以上人口将占到30％左右。全国约有1400多万老年人将进入老年福利机构养老。特别是对于卧床不能自立的老年人，无论在养老院或家庭，个人卫生护理洗浴都是难题。而最重要的日常护理之一就是洗浴。因此，开发面向家用与医用环境的个人卫生护理机器人，利用智能控制、人机工程学等技术进行设计，实现洗浴过程的自动化显得尤为重要。单片机控制技术作为自动化控制技术的核心之一，采用单片机技术对服务机器人实现洗浴过程的单元模块化控制系统设计，主要实现智能洗浴、洗发、干身、按摩和康复等作用于一体化，设计控制方便，功能强，性能可靠。

1 控制系统的工作原理

根据洗浴控制单元的控制功能和要求，设计该洗浴单元控制系统方案原理框图如图1所示。

1)人机界面 各种控制信号命令通过触摸屏输入，触摸屏模块与控制系统主机单元相连接，通过主机控制单元输出各种控制指令，控制单元输出的命令由输出模块输出控制信号。

2)控制系统单元 包括硬件部分和软件部分，是整个洗浴控制单元的核心。接收输入／输出信息，通过软件控制各控制单元执行相应的动作。

3)输出模块 驱动各个输出电磁阀的动作，以及电动机、水泵的运转。

4)传感器模块 用来检测水箱、洗发池、洗浴池的水位，以及水温的温度等，并将检测的信息反馈给其他控制系统单元处理。

整个控制系统包括两大部分：硬件部分和软件部分。硬件是整个系统的基础，以单片机为核心，配以一定的接口电路和软件控制。软件部分充分支持和配合系统的硬件，从而完成系统的各项控制任务。

根据洗浴控制过程要求，设计能够实现其功能，控制系统单元的原理图如图2所示。

洗浴功能：洗浴单元控制系统开始工作时，安装在水箱中的浸没式加热器开始加热，在加热过程中，通过DS18B20采集水温值，通过触摸屏模块来调节设置温度，通过LCD1602显示出当前的水温和设定的水温值。当达到设定水温时则加热器停止加热。然后由触摸屏按健选择洗发、淋浴和洗浴等工作模式。

1)洗发功能控制 先用调整好温度的水浸润头发，再用混合有洗发液的温水冲洗头发，在温水注入到设定值后，系统自动关闭注入温水和洗发液的阀门，启动循环水装置，在设定的时间内用混合液体反复冲洗头发，洗发过程结束后，自动打开排水阀，排掉污水；同时打开温水进行冲洗，待头发洗干净后，停止冲洗，打开热风吹干头发，结束洗发过程，清理消毒。

2)淋浴功能控制 先调整好水的温度，设置洗浴功能后，系统自动打开浴池上方的电磁阀，同时打开其下面的排水阀。由上下方的喷淋阀对人体进行全面的清洗，清洗干净后，打开具有一定压力的热空气阀门，对洗浴人体进行烘干，烘干结束后，清理清毒。

3)整个洗浴功能控制 当冼浴人进入浴舱后，由监护人员或洗浴者本人盖好浴缸上盖板，启动洗浴按钮，系统自动调整水温，将混合有固定比例沐浴液的合适的温水注入浴缸内，在温水注入到合适水位后，停止进水。系统进入定时泡浴阶段，在浴缸内设置有水的污浊度检测传感器，系统实时检测水的污浊度，通过污浊度检测，自动设定洗浴时间，以适应不同程度的人体洗浴需要。在洗浴效果达到设定值后，放掉洗浴污水，注入干净温水冲洗，冲洗完成后，对洗浴人进行烘干，待人出浴后，对接触人体部分清理消毒。

洗浴和洗发时要根据人体需要，对洗浴液或洗发液与水的混合进行科学配比，并合理控制水温、时间、压力等参数。在整个控制系统中，设置有水温、水位等多项传感器，对于洗浴或洗发全过程要进行实时检测，以防止人身和设备发生意外。

由于输出系统较复杂，输出接口较多，只用51单片机自身的I／O口不够，而且如果单片机接的外设较多，则会使单片机的CPU利用率大大的降低，因此，设计选用了8255A作为输出接口扩展芯片。

2 软件部分

系统采用单片机89C51作为核心控制器，通过硬件电路设计及软件程序编制，设计洗浴单元的控制系统。采用C语言进行程序编制，具有可靠性高、实时性强、简练易于维护，调试方便等优点。

主要实现洗浴功能、洗发功能和淋浴功能3个模块的功能。把3个主模块功能分别用软件编程作为子程序，然后在主程序中根据需要调用各模块。主程序模块主要有初始化模块、温度显示模块、触摸屏子程序模块和报警模块等模块组成。控制主程序流程图如图3所示。

3 系统的抗干扰性和可靠性设计

1)防止射频干扰 由于射频干扰是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体引线或零件引线的感生引起的干扰，所以通过电磁屏蔽和合理的布线／器件布局，来衰减该类干扰电源线或电源内部产生的干扰。通过电源滤波，隔离等硬件措施来抑制该类干扰。

2)提高振荡源的稳定性 主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定，起振时间可由电路参数整定等确定。

3)提高软件的抗干扰性和可靠性 在设计中，采用软件消抖动方法。编程时用延时10 ms的延时程序来消抖。由于输出要驱动电磁阀线圈和电机等电感性负载，还有输入传感器的连接，为防止外部射频对它们的干扰，在连接输入／输出驱动时，通过光电耦合器连接，及采取硬件保护及抗干措施，提高可靠性。

4 结论

该系统基于个人卫生护理机器人洗浴过程控制系统的设计，以89C51微型单片机应用系统为控制核心，辅助有温度控制模块，液位检测模块，触摸屏控制模块，电磁阀和电机等输出驱动模块，系统报警模块及水路循环控制等模块组成。控制系统成本低，功能强，降低了洗浴服务机器人产品的整体成本，编程容易方便，其编程程序依据Proteus仿真编写，proteus有编译C语言的能力，软硬件联合仿真系统，利用软件环境和硬件环境的控制界面，利用proteus与keil联合仿真进行调试，调试结果满足该项目的技术指标设计要求，采用微型单片机控制，为其进一步实现洗浴功能的智能化，洗浴控制功能的扩展，提供了技术基础。