由于单片机的性能同电脑的性能是天渊之别的，无论从空间资源上、内存资源、工作频率，都是无法 与之比较的。PC 机编程基本上不用考虑空间的占用、内存的占用的问题，最终目的就是实现功能就可以了。

对于单片机来说就截然不同了，一般的单片机的Flash 和Ram 的资源是以KB 来衡量的，可想而知，单片 机的资源是少得可怜，为此我们必须想法设法榨尽其所有资源，将它的性能发挥到最佳，程序设计时必须 遵循以下几点进行优化：

1、使用尽量小的数据类型

能够使用字符型(char)定义的变量，就不要使用整型(int)变量来定义；能够使用整型变量定义的变 量就不要用长整型(long int)，能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。当然，在定义变 量后不要超过变量的作用范围，如果超过变量的范围赋值，C 编译器并不报错，但程序运行结果却错了， 而且这样的错误很难发现。

2、使用自加、自减指令

通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式(如a-=1 及a+=1 等)都能够生成高质量的 程序代码，编译器通常都能够生成inc 和dec 之类的指令，而使用a=a+1 或a=a-1 之类 的指令，有很多C 编译器都会生成二到三个字节的指令。

3、减少运算的强度

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。

（1） 求余运算

N= N %8 可以改为N = N &7

说明：位操作只需一个指令周期即可完成，而大部分的C 编译器的“%”运算均是调用子程序来完成，代码长、执行速度慢。通常，只要求是求2n 方的余数，均可使用位操作的方法来代替。

（2） 平方运算

N=Pow(3,2) 可以改为N=3*3

说明：在有内置硬件乘法器的单片机中(如51 系列)，乘法运算比求平方运算快得多, 因为浮点数 的求平方是通过调用子程序来实现的，乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短，执行速度快。

（3） 用位移代替乘法除法

N=M*8 可以改为N=M<<3
N=M/8 可以改为N=M>>3

说明：通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。如果乘以2n，都可以生成左移 的代码，而乘以其它的整数或除以任何数，均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子 程序生成的代码效率高。实际上，只要是乘以或除以一个整数，均可以用移位的方法得到结果。如N=M*9 可以改为N=(M<<3)+M；

（4） 自加自减的区别

例如我们平时使用的延时函数都是通过采用自加的方式来实现。

void DelayNms(UINT16 t)
{
UINT16 i,j;
for(i=0;i for(j=0;i<1000;j++)
}

可以改为

void DelayNms(UINT16 t)
{
UINT16 i,j;
for(i=t;i>=0;i--)
for(j=1000;i>=0;j--)
}

说明：两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C 编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3 个字节，因为几乎所有的 MCU 均有为0 转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。

4、while 与do...while 的区别

void DelayNus(UINT16 t)
{
while(t--)
{
NOP();
}
}
可以改为
void DelayNus(UINT16 t)
{
do
{
NOP();
}while(--t)
}

说明：使用do…while 循环编译后生成的代码的长度短于while 循环。

5、register 关键字

void UARTPrintfString(INT8 *str)
{
while(*str && str)
{
UARTSendByte(*str++)
}
}

可以改为

void UARTPrintfString(INT8 *str)
{
register INT8 *pstr=str;
while(*pstr && pstr)
{
UARTSendByte(*pstr++)
}
}

说明：在声明局部变量的时候可以使用register 关键字。这就使得编译器把变量放入一个多用途的寄存器中，而不是在堆栈中，合理使用这种方法可以提高执行速度。函数调用越是频繁，越是可能提高代码的速度，注意register 关键字只是建议编译器而已。

6、volatile 关键字

volatile 总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以死代码消除。一般来说，volatile 关键字只用在以下三种情况：

a） 中断服务函数中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile（参考本书高级实验程序）

b） 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile

c）存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile 说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义 。

总之，volatile 关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

7、以空间换时间

在数据校验实战当中，CRC16 循环冗余校验其实还有一种方法是查表法，通过查表可以更加快获得校验值，效率更高，当校验数据量大的时候，使用查表法优势更加明显，不过唯一的缺点是占用大量的空间。

//查表法：

code UINT16 szCRC16Tbl[256] = {
0x0000, 0x1021, 0x2042, 0x3063, 0x4084, 0x50a5, 0x60c6, 0x70e7,
0x8108, 0x9129, 0xa14a, 0xb16b, 0xc18c, 0xd1ad, 0xe1ce, 0xf1ef,
0x1231, 0x0210, 0x3273, 0x2252, 0x52b5, 0x4294, 0x72f7, 0x62d6,
0x9339, 0x8318, 0xb37b, 0xa35a, 0xd3bd, 0xc39c, 0xf3ff, 0xe3de,
0x2462, 0x3443, 0x0420, 0x1401, 0x64e6, 0x74c7, 0x44a4, 0x5485,
0xa56a, 0xb54b, 0x8528, 0x9509, 0xe5ee, 0xf5cf, 0xc5ac, 0xd58d,
0x3653, 0x2672, 0x1611, 0x0630, 0x76d7, 0x66f6, 0x5695, 0x46b4,
0xb75b, 0xa77a, 0x9719, 0x8738, 0xf7df, 0xe7fe, 0xd79d, 0xc7bc,
0x48c4, 0x58e5, 0x6886, 0x78a7, 0x0840, 0x1861, 0x2802, 0x3823,
0xc9cc, 0xd9ed, 0xe98e, 0xf9af, 0x8948, 0x9969, 0xa90a, 0xb92b,
0x5af5, 0x4ad4, 0x7ab7, 0x6a96, 0x1a71, 0x0a50, 0x3a33, 0x2a12,
0xdbfd, 0xcbdc, 0xfbbf, 0xeb9e, 0x9b79, 0x8b58, 0xbb3b, 0xab1a,
0x6ca6, 0x7c87, 0x4ce4, 0x5cc5, 0x2c22, 0x3c03, 0x0c60, 0x1c41,
0xedae, 0xfd8f, 0xcdec, 0xddcd, 0xad2a, 0xbd0b, 0x8d68, 0x9d49,
0x7e97, 0x6eb6, 0x5ed5, 0x4ef4, 0x3e13, 0x2e32, 0x1e51, 0x0e70,
0xff9f, 0xefbe, 0xdfdd, 0xcffc, 0xbf1b, 0xaf3a, 0x9f59, 0x8f78,
0x9188, 0x81a9, 0xb1ca, 0xa1eb, 0xd10c, 0xc12d, 0xf14e, 0xe16f,
0x1080, 0x00a1, 0x30c2, 0x20e3, 0x5004, 0x4025, 0x7046, 0x6067,
0x83b9, 0x9398, 0xa3fb, 0xb3da, 0xc33d, 0xd31c, 0xe37f, 0xf35e,
0x02b1, 0x1290, 0x22f3, 0x32d2, 0x4235, 0x5214, 0x6277, 0x7256,
0xb5ea, 0xa5cb, 0x95a8, 0x8589, 0xf56e, 0xe54f, 0xd52c, 0xc50d,
0x34e2, 0x24c3, 0x14a0, 0x0481, 0x7466, 0x6447, 0x5424, 0x4405,
0xa7db, 0xb7fa, 0x8799, 0x97b8, 0xe75f, 0xf77e, 0xc71d, 0xd73c,
0x26d3, 0x36f2, 0x0691, 0x16b0, 0x6657, 0x7676, 0x4615, 0x5634,
0xd94c, 0xc96d, 0xf90e, 0xe92f, 0x99c8, 0x89e9, 0xb98a, 0xa9ab,
0x5844, 0x4865, 0x7806, 0x6827, 0x18c0, 0x08e1, 0x3882, 0x28a3,
0xcb7d, 0xdb5c, 0xeb3f, 0xfb1e, 0x8bf9, 0x9bd8, 0xabbb, 0xbb9a,
0x4a75, 0x5a54, 0x6a37, 0x7a16, 0x0af1, 0x1ad0, 0x2ab3, 0x3a92,
0xfd2e, 0xed0f, 0xdd6c, 0xcd4d, 0xbdaa, 0xad8b, 0x9de8, 0x8dc9,
0x7c26, 0x6c07, 0x5c64, 0x4c45, 0x3ca2, 0x2c83, 0x1ce0, 0x0cc1,
0xef1f, 0xff3e, 0xcf5d, 0xdf7c, 0xaf9b, 0xbfba, 0x8fd9, 0x9ff8,
0x6e17, 0x7e36, 0x4e55, 0x5e74, 0x2e93, 0x3eb2, 0x0ed1, 0x1ef0
};
UINT16 CRC16CheckFromTbl(UINT8 *buf,UINT8 len)
{
UINT16 i;
UINT16 uncrcReg = 0, uncrcConst = 0xffff;
for(i = 0;i < len;i ++)
{
uncrcReg = (uncrcReg << 8) ^ szCRC16Tbl[(((uncrcConst ^ uncrcReg) >> 8)
^ *buf++) & 0xFF];
uncrcConst <<= 8;
}
return uncrcReg;
}

如果系统要求实时性比较强，在CRC16 循环冗余校验当中，推荐使用查表法，以空间换时间。

8、宏函数取代函数

首先不推荐所有函数改为宏函数，以免出现不必要的错误。但是一些基本功能的函数很有必要使用宏
函数来代替。

UINT8 Max(UINT8 A,UINT8 B)
{
return (A>B?A:B)
}

可以改为

#define MAX（A，B） {(A)>(B)?(A):(B)}

说明：函数和宏函数的区别就在于，宏函数占用了大量的空间，而函数占用了时间。大家要知道的是，函数调用是要使用系统的栈来保存数据的，如果编译器里有栈检查选项，一般在函数的头会嵌入一些汇编语句对当前栈进行检查；同时，cpu 也要在函数调用时保存和恢复当前的现场，进行压栈和弹栈操作，所以，函数调用需要一些cpu 时间。而宏函数不存在这个问题。宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序，不会产生函数调用，所以仅仅是占用了空间，在频繁调用同一个宏函数的时候，该现象尤其突出。

9、适当地使用算法

假如有一道算术题，求1~100 的和。

作为程序员的我们会毫不犹豫地点击键盘写出以下的计算方法：

UINT16 Sum(void)
{
UINT8 i,s;
for(i=1;i<=100;i++)
{
s+=i;
}
return s;
}

很明显大家都会想到这种方法，但是效率方面并不如意，我们需要动脑筋，就是采用数学算法解决问题，
使计算效率提升一个级别。

UINT16 Sum(void)
{
UINT16 s;
s=(100 *(100+1))>>1;
return s;
}

结果很明显，同样的结果不同的计算方法，运行效率会有大大不同，所以我们需要最大限度地通过数
学的方法提高程序的执行效率。

10、用指针代替数组

在许多种情况下，可以用指针运算代替数组索引，这样做常常能产生又快又短的代码。与数组索引相 比，指针一般能使代码速度更快，占用空间更少。使用多维数组时差异更明显。下面的代码作用是相同的， 但是效率不一样。

UINT8 szArrayA[64];
UINT8 szArrayB[64];
UINT8 i;
UINT8 *p=szArray;
for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=szArrayA[i];
for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=*p++;

指针方法的优点是，szArrayA 的地址装入指针p 后，在每次循环中只需对p 增量操作。在数组索引 方法中，每次循环中都必须进行基于i 值求数组下标的复杂运算。

11、强制转换

C 语言精髓第一精髓就是指针的使用，第二精髓就是强制转换的使用，恰当地利用指针和强制转换不但可以提供程序效率，而且使程序更加之简洁，由于强制转换在C 语言编程中占有重要的地位，下面将已五个比较典型的例子作为讲解。

例子1：将带符号字节整型转换为无符号字节整型

UINT8 a=0；
INT8 b=-3；
a=(UINT8)b;

例子2：在大端模式下（8051 系列单片机是大端模式），将数组a[2]转化为无符号16 位整型值。

方法1：采用位移方法。

UINT8 a[2]={0x12,0x34};
UINT16 b=0;
b=(a[0]<<8)|a[1];

结果：b=0x1234

方法2：强制类型转换。

UINT8 a[2]={0x12,0x34};
UINT16 b=0;
b= *(UINT16 *)a; //强制转换

结果：b=0x1234

例子3：保存结构体数据内容。

方法1：逐个保存。

typedef struct _ST
{
UINT8 a;
UINT8 b;
UINT8 c;
UINT8 d;
UINT8 e;
}ST;
ST s;
UINT8 a[5]={0};
s.a=1;
s.b=2;
s.c=3;
s.d=4;
s.e=5;
a[0]=s.a;
a[1]=s.b;
a[2]=s.c;
a[3]=s.d;
a[4]=s.e;

结果：数组a 存储的内容是1、2、3、4、5。

方法2：强制类型转换。

typedef struct _ST
{
UINT8 a;
UINT8 b;
UINT8 c;
UINT8 d;
UINT8 e;
}ST;
ST s;
UINT8 a[5]={0};
UINT8 *p=(UINT8 *)&s;//强制转换
UINT8 i=0;
s.a=1;
s.b=2;
s.c=3;
s.d=4;
s.e=5;
for(i=0;i {
a[i]=*p++;
}

结果：数组a 存储的内容是1、2、3、4、5。

例子4：在大端模式下（8051 系列单片机是大端模式）将含有位域的结构体赋给无符号字节整型值

方法1：逐位赋值。

typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
Byte2Bits._bit7=0;
Byte2Bits._bit6=0;
Byte2Bits._bit5=1;
Byte2Bits._bit4=1;
Byte2Bits._bit3=1;
Byte2Bits._bit2=1;
Byte2Bits._bit1=0;
Byte2Bits._bit0=0;
UINT8 a=0;
a|= Byte2Bits._bit7<<7;
a|= Byte2Bits._bit6<<6;
a|= Byte2Bits._bit5<<5;
a|= Byte2Bits._bit4<<4;
a|= Byte2Bits._bit3<<3;
a|= Byte2Bits._bit2<<2;
a|= Byte2Bits._bit1<<1;
a|= Byte2Bits._bit0<<0;

结果：a=0x3C

方法2：强制转换。

typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
Byte2Bits._bit7=0;
Byte2Bits._bit6=0;
Byte2Bits._bit5=1;
Byte2Bits._bit4=1;
Byte2Bits._bit3=1;
Byte2Bits._bit2=1;
Byte2Bits._bit1=0;
Byte2Bits._bit0=0;
UINT8 a=0;
a = *(UINT8 *)&Byte2Bits

结果：a=0x3C

例子5：在大端模式下（8051 系列单片机是大端模式）将无符号字节整型值赋给含有位域的结构体。

方法1：逐位赋值。

typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
UINT8 a=0x3C;
Byte2Bits._bit7=a&0x80;
Byte2Bits._bit6=a&0x40;
Byte2Bits._bit5=a&0x20;
Byte2Bits._bit4=a&0x10;
Byte2Bits._bit3=a&0x08;
Byte2Bits._bit2=a&0x04;
Byte2Bits._bit1=a&0x02;
Byte2Bits._bit0=a&0x01;

方法2：强制转换。

typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
UINT8 a=0x3C;
Byte2Bits= *(BYTE2BITS *)&a;

12、减少函数调用参数

使用全局变量比函数传递参数更加有效率。这样做去除了函数调用参数入栈和函数完成后参数出栈所需要的时间。然而决定使用全局变量会影响程序的模块化和重入，故要慎重使用。

13、 switch 语句中根据发生频率来进行case 排序

switch 语句是一个普通的编程技术，编译器会产生if-else-if 的嵌套代码，并按照顺序进行比较，发现匹配时，就跳转到满足条件的语句执行。使用时需要注意。每一个由机器语言实现的测试和跳转仅仅是为了决定下一步要做什么，就把宝贵的处理器时间耗尽。为了提高速度，没法把具体的情况按照它们发生的相对频率排序。换句话说，把最可能发生的情况放在第一位，最不可能的情况放在最后。

14、将大的switch 语句转为嵌套switch 语句

当switch 语句中的case 标号很多时，为了减少比较的次数，明智的做法是把大switch 语句转为嵌套switch 语句。把发生频率高的case 标号放在一个switch 语句中，并且是嵌套switch 语句的最外层，发生相对频率相对低的case 标号放在另一个switch 语句中。比如，下面的程序段把相对发生频率低的情况放在缺省的case 标号内。

UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
switch(ucCurTask)
{
case 1: Task1();break;
case 2: Task2();break;
case 3: Task3();break;
case 4: Task4();break;
………………………
case 16: Task16();break;
default:break;
}
可以改为
UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
switch(ucCurTask)
{
case 1: Task1();break;
case 2: Task2();break;
default:
switch(ucCurTask)
{
case 3: Task3();break;
case 4: Task4();break;
………………………
case 16: Task16();break;
default:break;
}
Break;
}

由于switch 语句等同于if-else-if 的嵌套代码，如果大的if 语句同样要转换为嵌套的if 语句。

UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
if (ucCurTask==1) Task1();
else if(ucCurTask==2) Task2();
else
{
if (ucCurTask==3) Task3();
else if(ucCurTask==4) Task4();
………………
else Task16();
}

15、函数指针妙用

当switch 语句中的case 标号很多时，或者if 语句的比较次数过多时，为了提高程序执行速度，可以运用函数指针来取代switch 或if 语句的用法,这些用法可以参考电子菜单实验代码、USB 实验代码和网络实验代码。

UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
switch(ucCurTask)
{
case 1: Task1();break;
case 2: Task2();break;
case 3: Task3();break;
case 4: Task4();break;
………………………
case 16: Task16();break;
default:break;
}

可以改为

UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
void (*szTaskTbl)[16])(void)={Task1,Task2,Task3,Task4,…,Task16};

调用方法1：(*szTaskTbl[ucCurTask])();

调用方法2： szTaskTbl[ucCurTask]();

16、循环嵌套

循环在编程中经常用到的，往往会出现循环嵌套。现在就已for 循环为例。

UINT8 i,j;
for(i=0;i<255;i++)
{
for(j=0;j<25;j++)
{
………………
}
}

较大的循环嵌套较小的循环编译器会浪费更加多的时间，推荐的做法就是较小的循环嵌套较大的循环。

UINT8 i,j;
for(j=0;j<25;j++)
{
for(i=0;i<255;i++)
{
………………
}
}

17、内联函数

在C++中，关键字inline 可以被加入到任何函数的声明中。这个关键字请求编译器用函数内部的代码替换所有对于指出的函数的调用。这样做在两个方面快于函数调用。这样做在两个方面快于函数调用：

第一，省去了调用指令需要的执行时间；第二，省去了传递变元和传递过程需要的时间。但是使用这种方法在优化程序速度的同时，程序长度变大了，因此需要更多的ROM。使用这种优化在inline 函数频繁调用并且只包含几行代码的时候是最有效的。

如果编译器允许在C 语言编程中能够支持inline 关键字，注意不是C++语言编程，而且单片机的ROM 足够大，就可以考虑加上inline 关键字。支持inline 关键字的编译器如ADS1.2，RealView MDK 等。

18、从编译器着手

很多编译器都具有偏向于代码执行速度上的优化、代码占用空闲太小的优化。例如Keil 开发环境编译时可以选择偏向于代码执行速度上的优化（Favor Speed）还是代码占用空间太小的优化（Favor Size）。还有其他基于GCC 的开发环境一般都会提供-O0、-O1、-O2、—O3、-Os 的优化选项，而使用-O2 的优化代码执行速度上最理想，使用-Os 优化代码占用空间大小最小。

19、嵌入汇编---杀手锏

汇编语言是效率最高的计算机语言，在一般项目开发当中一般都采用C 语言来开发的，因为嵌入汇编之后会影响平台的移植性和可读性，不同平台的汇编指令是不兼容的。但是对于一些执着的程序员要求程序获得极致的运行的效率，他们都在C 语言中嵌入汇编，即“混合编程”。

注意：如果想嵌入汇编，一定要对汇编有深刻的了解。不到万不得已的情况，不要使用嵌入汇编

单片机控制系统必须具有较高的灵敏度，但是灵敏度越高越容易把干扰引入系统中， 因此抗干扰技术己成为单片机控制系统设计时必须考虑的环节。本文分析了单片机控制系统干扰的主要来源，介绍了印制电路板中地线和电源线的布线方法，从硬件和软件两个方面阐述了抗干扰设计。这些抗干扰方法实际应用中取得了良好的效果，使一些单片机控制系统在现场成功运行。

引言

单片机组成的控制系统必须具有较高的灵敏度，灵敏度越高，更容易把干扰引入系统中。在强噪声背景下，被测信号往往被淹没，使测量无法进行。在工业现场的应用中，存在多种干扰源，它们以一种或者多种方式作用于计算机测控系统，对系统产生强烈的干扰，往往使系统的性能指标偏离设计要求，导致错误结果，因此抗干扰技术己成为单片机控制系统设计开始时就必须考虑的环节。

本文分析了单片机控制系统干扰的主要来源，从硬件和软件两个方面阐述了抗干扰设计。

1 、系统干扰源分析

1. 1 现场干扰源

电磁干扰可划分为传导与辐射两类。传导类型的干扰是可以通过金属、（分布）电感、（分布）电容和变压器进行传播的；而辐射类型的干扰则以多种途径向外传播，如设备的外壳及外壳上的缝隙，设备间的连接电缆，甚至一根导线本身也可以成为辐射类型干扰的传播途径。另外传导干扰和辐射干扰常常是伴生的，并且在干扰吸收上可以相互转化。

电磁干扰进入测控系统的途径是“ 场” ，即电磁干扰源的能量通过电场或磁场的形式传递给测控系统。电场途径干扰的实质是电容性耦合干扰，干扰信号通过导线或电路的分布电容进入测控系统；磁场途径干扰的实质是互感性耦合干扰，干扰信号通过导线或电路之间的互感耦合进入测控系统。

1. 2 系统自身干扰源

通常为与外部干扰相区别, 把系统内部由器件、材料、部件的物理因素产生的自然扰动称为噪声。如果在系统设计时对某些问题考虑不全面, 如元器件布局不合理、元器件间连线不合理以及元器件质量差等原因，都会造成测控系统自身干扰源。在单片机控制系统中，主要噪声类型有如下几种。

（1）按产生的原因

①热噪声：热噪声是指任何电阻即使不与电源相连，在它的两端也存在着微弱的电压。这种由于电子的热运动而出现在电阻两端的噪声电压称为热噪声。热噪声电压与热力学温度、带宽和电阻值的平均根成正比例。

②散粒噪声：散粒噪声存在于半导体元件中。在半导体内， 散粒噪声是通过晶体管基区载流子的随机扩散以及电子—空穴随机发生复合而形成的。

③接触噪声：接触噪声是由两种材料之间不完全接触，从而形成电导率的起伏而产生的，它发生在两个导体连接的地方。接触噪声正比于直流电流, 其功率密度正比于频率f 的倒数。在低频电路中，接触噪声是重要的噪声源。

（2）按传导模式

①常模噪声（normal mode noise），又称线间感应噪声或对称噪声。如图1(a)所示, 噪声往返于两条线路间，N为噪声源， R 为受扰设备，UN 为噪声电压，噪声电流IN 和信号电流I S 的路径往返两条线上是一致的。这种噪声难以除掉。

②共模噪声（common mode noise），又叫地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。如图1(b)所示，噪声侵入线路和地线间。噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。从本质上讲，这种噪声是可以除掉的。但是由于线路的不平衡状态，共模噪声会转换成常模噪声。可用图1(c)来说明共模噪声转换成常模噪声的原理。

在图1(c)中，N 为噪声源， L 为负载，Z1 和Z2 是导线1和导线2 的对地阻抗。如果Z1 =Z2 , 则噪声电压VN1 和噪声电压VN2 相等，从而噪声电流IN1 和IN2 不流过负载。然而当Z1 ≠Z2 时，则VN1 ≠VN2 ，从而IN1 ≠IN2 ，于是VN1 -VN2 =VN，VN /Z L =IN （ZL 为负载阻抗），这是常模噪声。因此，当发现常模噪声时，首先考虑它是否由于电路不平衡状态而从共模噪声转换来的。通常，输入输出线与大地或机壳之间发生的噪声都是共模噪声，信号线受到静电感应时产生的噪声也多为共模噪声。抑制共模噪声的方法很多，如屏蔽、接地、隔离等。抗干扰技术在很多方面都是围绕共模噪声来研究其有效的抑制措施。

2、印制电路板中地线和电源线的布线方法

印制电路板是微机系统中器件、信号线、电源线的高密度集合体，印制电路板布线的好坏对抗干扰能力影响很大。对于双面板，地线和电源线布置特别讲究，通过采用单点接地法，电源和地是从电源的两端接到印制电路板上来的， 电源一个接点，地一个接点。印制电路板上，要有多个返回地线，这些都会聚到回电源的那个接点上，就是所谓单点接地。下面主要介绍地线和电源线布置。

2. 1 地线布置

为了抑制地线阻抗噪声，地线的布置通常遵循以下3个原则。

（1）地线尽量粗，如果地线很细，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，导致电路的抗干扰能力下降。在布线空间允许的情况下，要保证主要地线宽度至少在2 ～ 3 mm 以上。

（2）接地线构成闭环形式，能明显提高抗噪声能力。其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇
到耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降；若将接地构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

（3）地线设计采用分区集中并联一点接地，当同一印制电路板上有多个功能不同的电路时，可将同一功能单元
的元器件集中于一点接地，自成独立回路。这就可使地线电流不会流到其他单元的电路中去，避免了对其他单元的干扰。D /A 、A /D 转换电路中要特别注意地线的正确连接，否则干扰将很严重。D /A 、A /D 芯片及采样保持芯片均提供了独立的数字地和模拟地, 分别有相应的引脚。在线路设计中，必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连，但数字地和模拟地仅在一点上相连。应特别注意，在全部电路中的数字地和模拟地仅仅连在一点上，在芯片和其他电路中不可再有公共点。图2 是地线的正确连接方法。

2. 2 电源线布置

电源线的布线要根据电流的大小，应在电路板的器件面和底面布线成90°，还要尽量加大导线宽度，采取电源
线、地线的走线方向与数据线的走线方向一致，减少存在噪声的单元和其他单元之间公共电源阻抗，有助于增强抗噪声能力。

3 、硬件抗干扰设计

系统硬件电路性能的好坏直接影响整个系统工作质量，应用硬件抗干扰措施是经常采用的一种有效方法。通过合理的硬件电路设计可以削弱或抑制绝大部分干扰。在单片机控制系统硬件抗干扰设计中，可以采用以下几种抗干扰措施。

3. 1 去耦电容配置

数字电路除了地线阻抗问题外，还存在电源线的阻抗问题。当数字电路受到高速跳变电流的作用时，也将产生阻抗噪声。可以在每一块集成电路芯片的要去耦的电源和地之间跨接去耦电容，以便随时充放电，一般选用0. 1 μF的独石电容。

3. 2 数字输入端的噪声抑制

数字电路输入端最危险的是脉冲噪声。因此抑制脉冲噪声是数字设备电磁兼容性设计着重考虑的因素。可以采用的方法有：在输入端接RC 滤波器和施密特集成电路，其中RC 滤波器的时间常数大于现场可能出现噪声的最大脉宽和小于信号宽度，这样既可抑制噪声，也不会丢失信号。在输入端通过加上拉电阻以及提高供电电源电压等措施提高输入端的电平来提高输入端的噪声容限。

而提高输出低电平的噪声容限则采用降低信号源内阻的方法，如使用放大倍数为1 的电压跟随器。三态数据缓冲器的低电平输出阻抗很低，还可以使用三态数据缓冲器，经过三态数据缓冲器驱动之后的信号具有较好的抑制低电平噪声能力。

为了防止工作现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到测控系统，主要考虑采用光电隔离技术，它以光为介质进行间接耦合，使夹杂在输入开关量中的各种干扰电磁脉冲挡在输入回路的一侧，因此具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

3. 3 数字电路不用端的处理

当数字电路的输入端有多余而被闲置时，与高电平“1”的输入逻辑状态一致。但开路的输入端具有很高的输入阻抗，容易受到外部的电磁干扰，使悬浮端的电平有时处于“1”和“0”的过渡状态，引起逻辑电路的误导通。为保证系统运行安全，采用的方法有：（1）将不用的输入端固定在高电平上；（2）将不使用端与有用信号输入端并联接在一起。

3. 4 外围扩展存储器系统抗干扰处理方法

控制系统中配置的程序存储器及数据存储器芯片的信息电流大、工作频率高，设计时要着重考虑外界电磁干扰。主要是印制板电路中的抗干扰设计，可以采用的方法如下所述。

（1）数据线、地址线、控制线要尽量短，以减少对地产生的电容。特别考虑各条地址线的长短，布线方式应尽量一致，以免造成各线的阻抗差异过大，使地址信号在传输过程中到达终端时波形差异过大，形成控制信息的非同步干扰。

（2）由于开关噪声严重，因此考虑在电源的入口处，以及存储器芯片的VCC 和GND 之间接入去耦电容。

（3）由于负载的电流较大，因此电源线和地线要尽量加粗，走线尽量短。同时，印制板两面的三总线相互垂直，以防止总线之间的电磁干扰。

（4）在总线的始端和终端加上适合的上拉电阻，可以提高高电平的噪声容限，增加存储器端口在高阻状态下的
抗干扰能力和削弱反射波的干扰。

4 、软件抗干扰技术

窜入微机测控系统的干扰，其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频率段的干
扰，仍有一些干扰会侵入系统 。因此，仅采取硬件抗干扰方法是不够的。单片机控制系统依赖于程序的执行来
完成数据采集和其他各种功能。一个细微的故障， 都有可能使程序跑飞或进入死循环，给系统带来不可预料的后果。因此采取软件抗干扰是十分必要的。软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视，为使程序混乱时重新步入正轨，程序设计中主要采取了以下几种方法。

4. 1 软件滤波算法

采用此种方法可以滤掉大部分由输入信号干扰而引起的采集错误。最常用的方法有算术平均值法、比较舍取
法、中值法、一阶递推数字滤波法。可以根据被测信号的特点，在不影响系统效率的情况下将多次采集的数据去掉一个最大值，去掉一个最小值，其余数据取平均值。这种方法大大增加了数据可靠性。

4. 2 指令冗余技术

如果单片机受到干扰的影响，程序寄存器PC 不是按正常情况下先取操作码，再取操作数，而是指向错误的字
节，将操作数当作操作码，程序将出错。只要在双字节指令和3 字节指令后加入几条单字节指令或将有效单字节指令重写就可以将PC 值纳入正轨。因为空操作指令（NOP）是单字节的，当程序跑飞到某条单字节指令上时，就不会发生将操作数当成指令来执行的错误，可确保这些指令正确执行。

4. 3 设置软件陷阱

当乱飞程序进入非程序区, 冗余指令便无法起作用。利用一条无条件跳转指令强行将捕获的程序空间引向复
位地址进行处理：

NOP
NOP
LJMP 0000H

软件陷阱安置在：

（1）中断向量区，干扰因素的存在可以激活不希望出现的中断，所以在放大板单片机中断向量区加入软件陷
阱，以防止因中断而造成混乱；

（2）程序区及大量未使用的ROM 空间，程序区由于有大量的程序组成，不能随意设置陷阱，否则， 正常执行的程序也将陷入进去。程序区的陷阱应设置在程序执行的断裂点处。例如。可以在LJMP 、SJMP 、RET 等指令处设置陷阱。考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1 KB 空间有2 ～ 3 个就可以进行有效拦截。

在采用以上这些措施时，应综合考虑系统程序的执行效率，以取得最好的运行效果。

5、结束语

综上所述，抗干扰设计是单片机控制系统设计的重要环节， 其设计的好坏往往决定整个系统的成败。本文介绍
了印制电路板中地线和电源线的布线方法，从硬件和软件两个方面探讨了一些提高抗干扰能力的方法。这些方法有效可行， 在剑杆织机电子送经/电子卷取控制系统、生物医学信号数据采集系统等的实际应用中取得了良好的效果，使系统在现场成功运行。

外部复位(External Reset) 

它是影响时钟模块和所有内部电路，属于同步复位，但外部Reset引脚为逻辑低电平。在引脚变为低电平后，CPU的复位控制逻辑单元确认复位状态直到Reset释放。复位控制逻辑保持复位低电平状态，在额外512个时钟周期内。因为当复位引脚为低电平时与MCU执行复位命令是相互冲突的，因此复位引脚必须保证520时间周期内低电平才能保证外部复位被外部总线辨识出来。

上电复位（Power-on reset） 

它是由外部总线产生的一种异步复位。单片机在电源电压VDD小于大约2.5V的时候复位，只要VDD电压不超过这个阈值，单片机就仍然保持复位状态。 

电压跌落的时间大概在纳米级（如果一旦出现了，马上会复位）。因此监测上电复位不能单片机内部，因为小于这个电压单片机逻辑功能。  

低电压复位（Low-Voltage Reset） 

它是部分单片级内部监控器形成的异步复位，单片机电压小于一定触发值时，单片机开始复位。 低电压的复位电平是和供电电压相关的，会有一个波动： 

软件复位（Software Reset） 

它是由软件看门狗定时器超时引起的一个异步复位。如果要开启软件复位，必须要注意设置软件内部寄存器，使之有效。这个功能主要是用来防止程序跑飞。  

双总线故障复位（Double Bus Fault Reset） 

它是由双总线错误监视器产生的异步复位，它是总线错误的特殊状态会导致中止异常处理。     
 
时钟丢失复位（Loss of Clock Reset） 

它在参考时钟子模块消失的时候产生的同步复位。如果要使该复位有效，需要设置寄存器SYNCR。  

关于更详细的外部Reset的资料可以这样描述（51单片机）： 

为了确保良好的外部复位和上电复位，复位脉冲宽度必须足够宽，我们要考虑以下两个参数来确定复位脉冲宽度：  

tosc：振荡器才可达到Vih1或Vil1电压的时间。  

tvddrise：电压VDD由10上升至90％的时间。
  
当这两个参数的条件得到满足时，还必须维持至少一定的机器周期来保证单片机内部的启动。

如果是不正常的复位的话：

如果要具体的计算，关于LDO的Reset可参考前面关于拉普拉斯变换的计算过程。 

偷懒的话可以查表：

我的工作主要是主导新产品试产，在实际的工作中，经常出现因为RD人员的设计“疏忽”导致试产失败。这个疏忽要加上引号，是因为这并不是真正的粗心造成的，而是对生产工艺的不熟悉而导致的。为了避免各位做RD的朋友出现同样的错误，或为了更好的完成试产我对一些常见的问题点做一些总结，希望能对大家有所帮助。

1、IC封装的选择。现在电子产品都在向环保的无铅发展，欧洲2006年7月1日就要实现全部无铅化，，现在正处于有铅向无铅的过渡期。因此，元器件厂商提供的元器件也出现无铅与有铅两种规格，有的厂商甚至已经停止了有铅元器件的生产。

问题点就在于这有铅和无铅两种元器件的选择上，当一个产品设计完成后，RD人员需要对具体元器件进行确认，请在确认前要做出该产品采用无铅工艺还是有铅工艺的选择。如果没有一个具体的确定，在选料时不注意这个问题，原料中出现有铅元件与无铅元件同时使用，就会导致SMT工艺的困难。

无铅元件的回流峰值温度在255度，有铅元件的回流峰值温度最高不超过235度，如果混用两种材料，那么必然会导致1、有铅元件被高温损坏。

2、无铅元件，特别是BGA封装的元件，所附锡球未达到熔点，易导致虚焊或抗疲劳度下降。所以在确定元器件的时候一定要首先确认元器件是有铅的还是无铅的，同时如果元器件选择无铅，那么PCB板也要做相应选择，一个方面配合无铅工艺，让无铅锡膏的焊接性得到加强，另一方面应用于有铅制程的PCB板也无法承受过高的温度，易造成板翘等不良现象。

3、元件焊盘与PCB上焊盘大小不符。因为种种原因，如元器件供应商提供的样品与实际有差异(批次不同，可能样品比较旧)，或者在layout的时候载入的元件库被他人修改过等等，最后出现元件焊盘与PCB上焊盘大小不符。所以在每次最终投产前需要再仔细确认一遍。

4、元件误差过大导致性能不达标。这些问题主要出现在电容、电阻和电感这些小器件上。我曾经遇到过一个产品，有百分之二十的不良率。开始都判定是IC来料不良导致，但是将判定为不良的IC换装到其他同样需要这个IC的产品上，结果测试正常，再找原因最后发现是因为一颗电容的误差标准较大，没有达到设计需要的小误差的要求，从而导致测试值在临界点上，最终生产测试时过时不过，浪费了大量时间和人力。

5、layout设计没有考虑SMT机器贴片精度。这个问题出要表现在元器件之间间距过小，，但是SMT贴片机有一个最小精度，如果小于这个最小精度，将会导致元器件碰飞。

6、没有考虑邮票孔位置。通常做PCB板会将3～4块单独的PCB板做成一个连板来提高SMT的工作效率，这样在SMT加工完成后需要割板。但是layout人员做完设计交付PCB板厂商后就没有考虑连板上单板与单板之间的连接位置，经常会出现连接位置就在元器件边上，而元器件设计的又紧靠 PCB板的边缘，这样将会有割板时导致将元器件碰坏的隐患。所以layout设计时还必须考虑邮票孔位置。

7、layout时对BGA封装元件周围未加丝印框，不方便SMT目检。

来源：网络

单片机在正常工作时，因某种原因造成突然掉电，将会丢失数据存储器(RAM)里的数据。在某些应用场合如测量、控制等领域，单片机正常工作中采集和运算出一些重要数据，待下次上电后需要恢复这些重要数据。因此，在一些没有后备供电系统的单片机应用系统中，有必要在系统完全断电之前，把这些采集到的或计算出的重要数据存在在EEPROM中。为此，通常做法是在这些系统中加入单片机掉电检测电路与单片机掉电数据保存。

用法拉电容可从容实现单片机掉电检测与数据掉电保存。电路见下图。这里首先用6V供电(如7806),为什么用6V不用5V是显而易见的.电路中的二极管们一般都起两个作用,一是起钳位作用,钳去0.6V,保证使大多数51系列的单片机都能在4.5V--5.5V之间的标称工作电压下工作.而4.5-5.5间这1V电压在0.47F电容的电荷流失时间就是我们将来在单片机掉电检测报警后我们可以规划的预警回旋时间。二是利用单向导电性保证向储能电容0.47F/5.5V单向冲电。

两只47欧电阻作用:第一，对单片机供电限流。一般地单片机电源直接接7805上,这是个不保险的做法,为什么?因为7805可提供高达2A的供电电流,异常时足够把单片机芯片内部烧毁.有这个47欧姆电阻保护，即使把芯片或者极性插反也不会烧单片机和三端稳压器,但这个电阻也不能太大,上限不要超过220欧,否则对单片机内部编程时,会编程失败(其实是电源不足).第二，和47UF和0.01UF电容一起用于加强电源滤波.第三，对0.47F/5.5V储能电容,串入的这只47欧电阻消除"巨量法拉电容"的上电浪涌.实现冲电电流削峰。

现在我们算一算要充满0.47F电容到5.5V,即使用5.5A恒流对0.47F电容冲电,也需要0.47秒才能冲到5.5V,因此我们可以知道:

1.如果没有47欧姆电阻限流,上电瞬间三端稳压器必然因强大过电流而进入自保.

2.长达0.47秒(如果真有5.5A恒流充电的话)缓慢上电,如此缓慢的上电速率,将使得以微分(RC电路)为复位电路的51单片机因为上电太慢无法实现上电复位.(其实要充满0.47UF电容常常需要几分种).

3.正因为上电时间太慢,将无法和今天大多数主流的以在线写入(ISP)类单片机与写片上位计算机软件上预留的等待应答时间严重不匹配(一般都不大于500MS),从而造成应答失步,故总是提示"通信失败".

知道这个道理你就不难理解这个电路最上面的二极管和电阻串联起来就是必须要有上电加速电路.这里还用了一只(内部空心不带蓝色的)肖特基二极管(1N5819)从法拉电容向单片机VCC放电,还同时阻断法拉电容对上电加速电路的旁路作用,用肖特基二极管是基于其在小电流下导通电压只有0.2V左右考虑的,目的是尽量减少法拉电容在单片机掉电时的电压损失.多留掉点维持时间。

三极管9014和钳制位二极管分压电阻垫位电阻(470欧姆)等构成基极上发射极双端输入比较器,实现单片机掉电检测和发出最高优先级的掉电中断,单片机掉电保存程执行。这部分电路相当于半只比较器LM393,但电路更简单耗电更省(掉电时耗电小于0.15MA).

47K电阻和470欧姆二极管1N4148一道构成嵌位电路,保证基极电位大约在0.65V左右 (可这样计算0.6(二极管导通电压)+5*0.47/47),这样如果9014发射极电压为0(此时就是外部掉电),三极管9014正好导通,而且因为51单片机P3.2高电平为弱上拉(大约50UA),此时9014一定是导通且弱电流饱和的,这样就向单片机内部发出最高硬件优先级的INX0掉电检测中断.

而在平时正常供电时,因发射极上也大约有6*0.22/2.2=0.6V电压上顶,不难发现三极管9014一定处于截止状态,而使P3.2维持高电平的，单片机掉电保存中断程序不被触发。

最后还有两个重要软件和硬件note：

软件上:首先INX0在硬件上(设计)是处于最高优先级的,这里还必须要在软件保证最高级别的优先.从而确保单片机掉电时外部中断0能打断其他任何进程,最高优先地被检测和执行.其次在INX0的掉电保存写入子程序模块入口,还要用:

MOV P1,#00H

MOV P2,#00H

MOV P3,#00H

MOV P0,#00H

SJMP 掉电保存

来阻断法拉电容的电荷通过单片机口线外泄和随后跳转掉电保存写入子程序模块.(见硬件要点)

硬件上：凡是驱动单片机外部口线等的以输出高电平驱动外部设备,其电源不能和电片机的供电电压VCC去争抢(例如上拉电阻供电不取自单片机VCC).而应直接接在电源前方,图中4.7K电阻和口线PX.Y就是一个典型示例,接其它口线PX.Y'和负载也雷同.这里与上拉4.7K电阻相串联二极管也有两个作用:1、钳去0.6V电压以便与单片机工作电压相匹配,防止口线向单片机内部反推电.造成单片机口线功能紊乱.2、利用二极管单向供电特性,防止掉电后单片机通过口线向电源和外部设备反供电.

上面的单片机掉电检测电路,在与掉电保存写入子程序模块结合起来就可以保证在单片机掉电期间,不会因法拉电容上的积累电荷为已经掉电的外部电路无谓供电和向电源反供电造成电容能量泄放缩短掉电维持时间.

有了这些基础，我们来计算0.47UF的电容从5.5V跌落到4.5V(甚至可以下到3.6V)所能维持的单片机掉电工作时间.这里假设设单片机工作电流为20MA(外设驱动电流已经被屏蔽)不难算出:

T=1V*0.47*1000(1000是因为工作电流为豪安)/20=23.5秒!