15年前，《十天学会单片机》系列视频课程如同一把火炬，点燃了整个单片机教育行业。它颠覆了传统的单片机教学风格，并配套开发板，至今累计下载量数千万次，已成为当今单片机入门普及不可或缺的一套优秀的视频教程。作为视频制作者的他，也成为了无数单片机爱好者的启蒙老师。

2009年，他又编著了《新概念51单片机C语言教程》，书籍上市后很快成为业内知名的教材，至今累计印刷30余次，销量达50多万册，连续多年销量排行同类书籍榜首，目前已经成为诸多高校的学生教材。

他就是大名鼎鼎的郭天祥，被电子爱好者们亲切地称为“郭老师”。无论是自学成才的单片机爱好者，或是在校学习电子专业的大学生，都通过这套视频和教材深受裨益。

❖ 2007年出版《十天学会单片机》系列视频教程

❖ 2009年编著《新概念51单片机C语言教程》

❖ 2012年创办北京海克智动科技开发有限公司

❖ 2020年开通"郭天祥老师"视频号讲解电子知识

❖ 2021年携手兆易创新GD32开展Arm MCU讲座

行业深耕廿余载

郭天祥老师深刻体会到，创作和分享优质知识内容是情怀更创造价值。知识口耳相授、长久流传，既可以帮助他人，也能够提升自我。怀抱着为电子行业持续培养人才的信念，以”强我强国，科技兴国“为己任，郭天祥老师自2020年12月在各视频平台开通"郭天祥老师"账号，深入浅出地讲解电子知识点，短短1年多时间，已汇聚了100多万名电子工程师和学生订阅收藏。

在平常的项目开发过程中，会遇到各种各样的问题，下面分享一篇文章，是常见问题的解决思路和解决办法。

1、问题复现

稳定复现问题才能正确的对问题进行定位、解决以及验证。一般来说，越容易复现的问题越容易解决。

1.1 模拟复现条件

有的问题存在于特定的条件下，只需要模拟出现问题的条件即可复现。对于依赖外部输入的条件，如果条件比较复杂难以模拟可以考虑程序里预设直接进入对应状态。

1.2 提高相关任务执行频率

例如某个任务长时间运行才出现异常则可以提高该任务的执行频率。

1.3 增大测试样本量

程序长时间运行后出现异常，问题难以复现，可以搭建测试环境多套设备同时进行测试。

2、问题定位

缩小排查范围，确认引入问题的任务、函数、语句。

2.1 打印LOG

根据问题的现象，在抱有疑问的代码处增加LOG输出，以此来追踪程序执行流程以及关键变量的值，观察是否与预期相符。

2.2 在线调试

在线调试可以起到和打印LOG类似的作用，另外此方法特别适合排查程序崩溃类的BUG，当程序陷入异常中断(HardFault，看门狗中断等)的时候可以直接STOP查看call stack以及内核寄存器的值，快速定位问题点。

2.3 版本回退

使用版本管理工具时可以通过不断回退版本并测试验证来定位首次引入该问题的版本，之后可以围绕该版本增改的代码进行排查。

2.4 二分注释

二分注释即以类似二分查找法的方式注释掉部分代码，以此判断问题是否由注释掉的这部分代码引起。
具体方法为将与问题不相干的部分代码注释掉一半，看问题是否解决，未解决则注释另一半，如果解决则继续将注释范围缩小一半，以此类推逐渐缩小问题的范围。

2.5 保存内核寄存器快照

Cortex M内核陷入异常中断时会将几个内核寄存器的值压入栈中，如下图：

我们可以在陷入异常中断时将栈上的内核寄存器值写入RAM的一段复位后保留默认值的区域内，执行复位操作后再从RAM将该信息读出并分析，通过PC、LR确认当时执行的函数，通过R0-R3分析当时处理的变量是否异常，通过SP分析是否可能出现栈溢出等。

3、问题分析处理

结合问题现象以及定位的问题代码位置分析造成问题的原因。

3.1 程序继续运行

3.1.1 数值异常

3.1.1.1 软件问题

1、数组越界

写数组时下标超出数组长度，导致对应地址内容被修改。

如下：

此类问题通常需要结合map文件进行分析，通过map文件观察被篡改变量地址附近的数组，查看对该数组的写入操作是否存在如上图所示不安全的代码，将其修改为安全的代码。

2、栈溢出

如上图，此类问题也需要结合map文件进行分析。假设栈从高地址往低地址增长，如果发生栈溢出，则g_val的值会被栈上的值覆盖。

出现栈溢出时要分析栈的最大使用情况，函数调用层数过多，中断服务函数内进行函数调用，函数内部申明了较大的临时变量等都有可能导致栈溢出。

解决此类问题有以下方法：

• 在设计阶段应该合理分配内存资源，为栈设置合适的大小；
• 将函数内较大的临时变量加”static”关键字转化为静态变量，或者使用malloc()动态分配，将其放到堆上；
• 改变函数调用方式，降低调用层数。

3、判断语句条件写错

判断语句的条件容易把相等运算符“==”写成赋值运算符“=”导致被判断的变量值被更改，该类错误编译期不会报错且总是返回真。

建议将要判断的变量写到运算符的右边，这样错写为赋值运算符时会在编译期报错。还可以使用一些静态代码检查工具来发现此类问题。

4、同步问题

例如操作队列时，出队操作执行的过程中发生中断(任务切换)，并且在中断(切换后的任务)中执行入队操作则可能破坏队列结构，对于这类情况应该操作时关中断（使用互斥锁同步）。

5、优化问题

如上图程序，本意是等待irq中断之后不再执行foo()函数，但被编译器优化之后，实际运行过程中flg可能被装入寄存器并且每次都判断寄存器内的值而不重新从ram里读取flg的值，导致即使irq中断发生foo()也一直运行，此处需要在flg的申明前加“volatile”关键字，强制每次都从ram里获取flg的值。

3.1.1.2 硬件问题

1、芯片BUG

芯片本身存在BUG，在某些特定情况下给单片机返回一个错误的值，需要程序对读回的值进行判断，过滤异常值。

2、通信时序错误

例如电源管理芯片Isl78600，假设现在两片级联，当同时读取两片的电压采样数据时，高端芯片会以固定周期通过菊花链将数据传送到低端芯片，而低端芯片上只有一个缓存区.

如果单片机不在规定时间内将低端芯片上的数据读走那么新的数据到来时将会覆盖当前数据，导致数据丢失。此类问题需要仔细分析芯片的数据手册，严格满足芯片通信的时序要求。

3.1.2 动作异常

3.1.2.1 软件问题

1、设计问题

设计中存在错误或者疏漏，需要重新评审设计文档。

2、实现与设计不符

代码的实现与设计文档不相符需要增加单元测试覆盖所有条件分支，进行代码交叉review。

3、状态变量异常

例如记录状态机当前状态的变量被篡改，分析该类问题的方法同前文数值异常部分。

3.1.2.2 硬件问题

1、硬件失效

目标IC失效，接收控制指令后不动作，需要排查硬件。

2、通信异常

与目标IC通信错误，无法正确执行控制命令，需要使用示波器或逻辑分析仪去观察通信时序，分析是否发出的信号不对或者受到外部干扰。

3.2 程序崩溃

3.2.1 停止运行

3.2.1.1 软件问题

1、HardFault

以下情况会造成HardFault：

• 在外设时钟门未使能的情况下操作该外设的寄存器；
• 跳转函数地址越界，通常发生在函数指针被篡改，排查方法同数值异常；
• 解引用指针时出现对齐问题：

以小端序为例，如果我们声明了一个强制对齐的结构体如下：

此时a.val1的地址为0x00000001，如果以uint16_t类型去解引用此地址则会因为对齐问题进入HardFault，如果一定要用指针方式操作该变量则应当使用memcpy()。

2、中断服务函数中未清除中断标志

中断服务函数退出前不正确清除中断标志，当程序执行从中断服务函数内退出后又会立刻进入中断服务函数，表现出程序的“假死”现象。

3、NMI中断

调试时曾遇到SPI的MISO引脚复用NMI功能，当通过SPI连接的外设损坏时MISO被拉高，导致单片机复位后在把NMI引脚配置成SPI功能之前就直接进入NMI中断，程序挂死在NMI中断中。这种情况可以在NMI的中断服务函数内禁用NMI功能来使其退出NMI中断。

3.2.1.2 硬件问题

① 晶振未起振
② 供电电压不足
③ 复位引脚拉低

3.2.2 复位

3.2.2.1 软件问题

看门狗复位

除了喂狗超时导致的复位以外，还要注意看门狗配置的特殊要求，以Freescale KEA单片机为例，该单片机看门狗在配置时需要执行解锁序列（向其寄存器连续写入两个不同的值），该解锁序列必须在16个总线时钟内完成，超时则会引起看门狗复位。此类问题只能熟读单片机数据手册，注意类似的细节问题。

3.2.2.2 硬件问题

① 供电电压不稳
② 电源带载能力不足

4、回归测试

问题解决后需要进行回归测试，一方面确认问题是否不再复现，另一方面要确认修改不会引入其他问题。

5、经验总结

总结本次问题产生的原因及解决问题的方法，思考类似问题今后如何防范，对相同平台产品是否值得借鉴，做到举一反三，从失败中吸取经验。

嵌入式编程的需求千变万化，要做到系统稳定，又要代码可复用，就要做到高内聚低耦合。

前言

我们通常认为，在中断中，不能执行耗时的操作，否则会影响系统的稳定性，尤其对于嵌入式编程。对于带操作系统的程序而言，可以通过操作系统的调度，将中断处理分成两个部分，耗时的操作可以放到线程中去执行，但是对于没有操作系统的情况，又应该如何处理呢

比较常见的，我们可能会定义一些全局变量，作为flag，然后在mainloop中不停的判断这些flag，再在中断中修改这些flag，最后在mainloop中执行具体的逻辑，但是这样，无疑会增加耦合，增加程序维护成本。

cpost

cpost正是应用在这种情况下的一个简单但又十分方便的工具，它可以特别方便的进行上下文的切换，减少模块耦合。

cpost链接：

华大单片机HC32F003/005在做硬件设计时请注意以下事项：

• RESET引脚可以复用为带上拉的GPIO数字输入端口，外围的复位电路建议保留。
• P27与P31上电时默认为SWD调试功能，未复用为GPIO端口时一直是高平；
• P35与P36为芯片UART烧写端口（不可改变）,当芯片加密锁死后可以通过UART对芯片进行操作，这两端口建议在设计中接出；
• P35上电后有9.2ms左右的高电平脉冲，如果此脉冲对产品的功能有影响，建议设计时不要选此引脚为输出。
• 其余IO引脚上电后为高阻态，在程序初始化中可以设置为其它的方式。

在单片机系统里对模拟量的处理要比数字量稍显复杂，但是只要掌握了使用技巧，使用起来也很简单，很多朋友一开始比较纠结于单片机的底层语言，非要先弄个明白才罢休，其实大可不必，重要的是我们要先学会怎么应用。

现以铅酸电池电压检测及充电电流检测为例讲解模拟量的硬件和程序的设计。

如图1为28节铅酸电池的电压检测电路，1--14节组成电池组1，15--28节组成电池组2；第1节正极为BAT+，14与15节之间为BATM，第28节负极为BAT-。输入端的8个二极管的作用是钳位作用；电路计算如图所示。

如图2为铅酸电池的充电电流检测电路，TA1为工频电流互感器，输入的4个二极管为整流二极管，电流流过R37（510Ω）形成压差△V。电路计算如图所示。

如图3为单片机STM32F103CBT6，图1和图2的模拟信号输入至单片机的PA5、PA6、PA7。

由于代码较多，为便于浏览，我就把其中一部分以截图的形式展示

如图4为单片机adc.c文件的底层配置，把PA5、PA6、PA7端口配置成模拟输入模式。

如图5对以上三个模拟量进行模数转换并缓存入数组ADC_ConvertedValue[3]，得到的AD值的范围是0~4096。

如图6把以上两个配置函数整合在一起，定义成模拟量的初始化函数void ADC1_Init(void)。

如图7在adc.h文件里声明函数void ADC1_Init(void)，另外几个函数也在adc的c文件里定义的，后面附上源程序（非截图）。

如图8在main()主函数里调用ADC1_Init()初始化函数（要去掉void），初始化函数一定要放在while(1)的前面，表示在进入while(1)无限循环前只执行一次。Analog_Processing()为模拟量处理函数，要放在while(1)无限循环里面（该函数在下面讲）。

以下为模拟量在main.c文件里的定义。

s16 Charging_Current;		 //充电电流实际值
s16 Battery1_Voltage;		 //电池组1电压实际值
s16 Battery2_Voltage;		 //电池组2电压实际值
s16 Battery_Voltage; 		 //电池组总电压值

下面三个函数的定义都在adc.c文件里面定义的。

以下代码为模拟量处理函数：①对数组ADC_ConvertedValue[3]缓存值进行滤波处理；②对滤波后的AD值转换为实际值。

/******************************
模拟量处理函数
******************************/
void Analog_Processing(void)
{
//对AD值进行滤波
ADC_Charging_Current=Filter(ADC_ConvertedValue[0],ADC_Charging_Current,1,10);
ADC_Battery1_Voltage=Filter(ADC_ConvertedValue[1],ADC_Battery1_Voltage,1,10);
ADC_Battery2_Voltage=Filter(ADC_ConvertedValue[2],ADC_Battery2_Voltage,1,10);
//AD值转换为实际值
Charging_Current = Adc_To_Act(ADC_Charging_Current, 10, 4096, 0, 220);//22.0A
Battery1_Voltage = Adc_To_Act(ADC_Battery1_Voltage, 10, 4096, 0, 267);//267V
Battery2_Voltage = Adc_To_Act(ADC_Battery2_Voltage, 10, 4096, 0, 267);//267V
//两组电压相加得到总电压
Battery_Voltage = Battery1_Voltage + Battery2_Voltage;
}

以下代码为滤波函数，滤波函数有很多，采用合适的才是最实用的（该函数滤波后的值是连续变化的，有些滤波函数滤波后的值是跳变的）。

/******************************
滤波函数（base/k越大，容性越大）
该函数相当于是一个电容，通常取值k=1，base=10
******************************/
u16 Filter(u16 NewData, u16 OldData, u8 k, u8 base)
{
	u16 uiResult;
	if (NewData > OldData)
	{
		uiResult = NewData - OldData;
		uiResult *= k;
		uiResult += base >> 2;
		uiResult /= base;
		uiResult = OldData + uiResult; 
	}
	else if (OldData > NewData)
	{
		uiResult = OldData - NewData;
		uiResult *= k;
		uiResult += base >> 2;
		uiResult /= base;
		uiResult = OldData - uiResult; 
	}
	else
	{
		uiResult = NewData;
	}
	
	return(uiResult);
}

使用方法如下：NewData表示最新采用的模拟量；OldData表示滤波后的模拟量。

ADC_Battery1_Voltage=Filter(ADC_ConvertedValue[1],ADC_Battery1_Voltage,1,10);

为便于逻辑计算、控制及显示，以下代码是把AD值转换为实际值，

/******************************
AD值转换实际值函数
******************************/
s16 Adc_To_Act(s16 Adc_Value, s16 Pre_Adc_Min, s16 Pre_Adc_Max, s16 Pre_Act_Min, s16 Pre_Act_Max)
{
s32 _temp;
s32 _range;
_temp = (s32)((Adc_Value - Pre_Adc_Min) * (Pre_Act_Max - Pre_Act_Min) / (Pre_Adc_Max-Pre_Adc_Min)) + Pre_Act_Min;
_temp = Adc_Value - Pre_Adc_Min;
_range = Pre_Act_Max - Pre_Act_Min;
_temp = _temp * _range;
_range = Pre_Adc_Max - Pre_Adc_Min;
_temp = _temp + _range / 2;
_temp = _temp / _range;
_temp = _temp + Pre_Act_Min;
return(_temp);
}

使用方法如下：Adc_Value表示要转换的模拟量；Pre_Adc_Min表示模拟量AD值的最小值；Pre_Adc_Max表示模拟量AD值的最大值；Pre_Act_Min表示转换后实际值的最小值；Pre_Act_Max表示转换后实际值的最大值；（以下最大实际值220表示22.0A，是因为数码管显示需要小数表示）。

Charging_Current = Adc_To_Act(ADC_Charging_Current, 10, 4096, 0, 220);//22.0A

要点：

① 模拟量的采样电路，我多采用运放的差分放大电路，原因是被测电压可以和运放不用共地，且可有效抑制共模噪声，可达到较高的精确线性测量，比如以上电池组的被测电压的误差与实际相差在0.3V左右；

② 电池组输入至运放的8个1M的电阻是两个为一组的，且功率至少1/4W以上，因为在高压下的电阻容易老化，为保险起见，通常一个电阻的最大压差在100V以下为宜；

③ 电池组分为两组检测，一是为了降低元件所承受的电压，二是为了监视两组电池电压之间是否平衡，达到保护电池目的。

④ 函数应功能模块化，且具备通用性质，便于移植和调用，对于很多朋友应先学会如何使用，底层代码只要会配置就完全足够了。

当然，以上提供的设计是我通常的做法，能满足大多数的常规应用。