简介

现代过程计算机（通常基于高端 32 位或 64 位微处理器）为开发人员提供了操作系统的绝佳选择。但是，强大的处理能力是以同样较高的功耗需求为代价，这在电池供电的实时应用中可能是一个问题。8 位 PIC® 单片机兼具简单、低功耗和高性价比的特点，使用它作为辅助器件来控制系统功耗状态会非常方便，而且性价比也高。本应用笔记将以 PIC16F单片机作为辅助器件进行讨论。 

本应用笔记演示了如何在此类应用中使用 PIC16F15244 单片机进行系统电源控制。作为案例研究，为了进行演示，使用基于 Raspberry Pi©单板计算机（SBC）的参考应用作为过程计算机（主机），使用PIC16F15244 Curiosity Nano 评估工具包作为电源控制模块（从机）。此外，本应用笔记中的一个用例还使用另一个PIC16F15244 单片机对 SBC 功能进行了仿真。

简介

AVR® DB 上的D型定时器/计数器（TCD）具有异步事件输入，可用于在故障条件下关闭输出。

今天推荐的应用笔记将演示并介绍如何检测过流，具体方法是使用可配置内部OPAMP（模拟信号调理）和模拟比较器（AC）检测风扇电机故障，如果检测到故障，则以信号形式发送到TCD的异步事件输入，从而关闭负载。

为什么必须考虑单片机的选型问题？

答：单片机的的选型是一件重要而费心的事情,如果单片机型号选择得合适,单片机应用系统就会得经济,工作可靠;如果选择得不合适,就会造成经济浪费,影响单片机应用系统的正常运行,甚至根本就达不到预先设计的功能。

单片机选型不当时会带来什么危害?

答：对于一个已经设计好的单片机应用系统来说,它的技术要求和系统功能都应当十分明确.如果选择功能过于少的单片机,这个单片机应用系统就无法完成控制任务;但是如果选择的单片机功能过于强大,这不但没有必要,还会造成资源浪费,不降性能价格比。

单片机正确选型会带来什么益处?

答：只要掌握和运用单片机正确选型的原则,就可以选择出最能适用于应用系统的单片机,保证单片要应用系统有最高的可靠性,最优的性能价格比,最长的使用寿命和最好的升级换代可能。

单片机的选型的总原则是什么？

答：单片机芯片选型时,总的原则是:

“芯片含有(功能或数量)略大于设计需求”,”设计需求尽可能(用)芯片完成(少用外围器件)”,

“选大(大厂)不选小,选多(供应量多)不选少,选名(名牌)不选渺(飘渺,不知详情的厂子),选廉(谦价)但要好(质量保证)。

怎样对单片机选型？

对单片机选型,主要应用从单片机应用系统的技术性,实用性和要开发性三方面来考虑.

(1)技术性:要从单片机的技术指标角度,对单片机芯片进行选择,以保证单片机应用系统在一定的技术指标下可靠运行;

(2)实用性:要从单片机的供货渠道、信誉程序等角度，对单片机的生产厂家进行选择以保证单片机应用系统在能长期、可靠运行；

(3)可开发性：选用的单片机要有可靠的可以开发手段，如程序开发工具、仿真调试手段等。

从技术性的角度看，对单片机选型的总原则是什么？

答：从技术性的角度看，对单片机总的选型原则就是看一个单片机能否完成对系统的预定控制，或者需要增加几个附加的集成电路才能实现对系统的控制。

从技术性的角度看，对单片机的外围端口怎能样选择？

答：这要看所选单片机的I/O端口中用多少种不同类型的I/O方式。例如，单片机是否含有下列I/O方式或I/O器件：

（1）SR232C终端；

（2）开关、继电器、键盘；

（3）传感器，如温度、压力、流量、光线、电压等；

（4）声音报警；

（5）显示，如LED、LCD显示等；

（6）A/D或D/A转换器；

（7）其他I/O方式或功能器件。

选型时，如果设计的单片机应用系统中需要不述某些I/O方式或I/O器件，那就首先选用单片机芯片内部含有所需的机型；如果芯片中不含所需的I/O方式或I/O器件，则只好选用I/O功能尽量多的符合需求的芯片，然后再采用其他外围电路达到或满足设计需求。

对单片机内部已经大量超出设计需求的芯片，最好不选用，否则会因超出需求而增加不必要的经济费用。

从技术性的角度看，怎样对单片机的CPU选型？

答：选型的关键在于看单片机的CPU是否有合适的吞吐量。

单片机的CPU吞吐量关系到处理信息和执行控制的能力问题。如果选用处理能力过强的单片机CPU，则浪费了单片机资源，反之，单片机处理能力会不够，无法正常工作

从技术性的角度看，单片机的处理能力表现在哪几方面？

答：单片机的处理能力主要表现在：CPU的运行速度、指令的功能、指令周期的长短、中断能力、堆栈大小等方面。

从技术性的角度看，单片机有哪些极限性能？

答：单片机应用时，都具有特定的应用环境，因此，每个型号的单片机都会有极限性能的指标要求。单片机的极限性能一般包括：最高使用温度、最低使用温度、最高使用电压、最低使用电压、最大功耗、最大电流等。

从实用性角度看，单片机的实用性包括哪几方面？

答：单片机制实用性包括：芯片的购货渠道、供应量、生产量和更新换代趋势等。

单片机应用系统从准备到运行大体需要经过哪几个阶段？

答：一个单片机应用系统的实施，大体要经过对控对象的需求调研、控制方案选择、总体构思，硬件设计、软件设计、印板制作、元器件安装、编制程序、软硬件仿真调试、固化应用程序、微机运行、整机调试等几个阶段。

在单片机调试过程中，为什么要使用开发工具？

答：单片机应用系统必须经过调试阶段，只有经过调试才能发现问题、改正错误、最终得到应用。但是，由于单片机在执行程序时人工是无法控制的，因此，为了在调试程序、检查软硬件的运行状态时调试人员能够掌握和控制它，随时观察程序的运行过程而不改变运行中原有的数据、性能和结果，模仿现场真实调试，就必须借助某种单片机的开发工具进行。

单片机在线仿真器应当具备哪些特点才能完善？

答：（1）不占用单片机的任何资源；

（2）能提供给用户从零地址开始的、足够的仿真RAM空间作为用户的程序存储器的数据存储器使用；

（3）对于仿真RAM或样机EPROM内的用户程序，以及中断控制指令和中断服务程序，可以单拍、断点、全速断点、连续方式运行；

（4）有软齐全的软件开发工具，这些软件开发工具包括：

配备有交叉汇编软件，以将用户用汇编语言编制的应用程序生成可执行的目标文件；

具有丰富的子程序库，汇编时，连同用户设计的程序一同编译成目标程序，装入仿真RAM供调试和固化用；

具有高级语言编译系统，用户可以方便地用这些高级语言进行编程；

具有反汇编功能，对目标程序反汇编的结果可以打印或存盘等。

单片机开发系统的种类有哪些？

答：单片机开发系统在何可分为4类：通用型开发系统、实用型开发系统、通用机开发系统、模拟开发系统。

通用型单片机开发系统的基本配置是什么？

答：通用型单片机开发系统中配备有EPROM读出/写入器、仿真插头和其他外设，基本配置。

实用型开发系统的特点是什么？

答：单片机实用型开发系统的特点是：开发系统的硬件按照单片机典型应用系统进行配置，系统配有监控程序，具有自开发能力。

实用型单片机开发系统的优缺点是什么？

答：其优点是：减少了系统研制时的硬件工作量，研制周期短，开发效率高，具有二次开发能力。缺点是：当不是最佳配置时，软硬件资源浪费软大，应用场合也有局限性。

什么是通用机开发系统?

答：在通用计算机中加开发模板的开发系统称为通用机开发系统。

通用机开发系统中,开发模板由哪些部分组成?怎样使用?

答：开发模板的硬件结构包含有计算机不可替代的部分,如EPROM写入系统、仿真头以及CPU仿真所必需的单片机系统等。开发模板既可插在计算机的扩展槽中，也可以总线连接的方式放在机器外部。

通用机开发系统的优点是什么？

答：其优点是能够充分利用计算机的软硬件资源，开发效率高。

什么是模拟开发系统？

答：一般来说，由计算机和模拟开发软件构成的、完全依靠软件手段进行开发的系统，称为模拟开发系统。

模拟开发系统的工作原理是什么？

答：其工作原理是：利用模拟开发软件在计算机上实现对单片机的硬件模拟、指令模拟、运行状态模拟，从而完成应用软件开发的全过程。

模拟开发系统的优缺点是什么？

答：以SIM8051模拟开发系统为便，它的模拟调试功能很强，效率高，成本低。模拟开发系统基本上包括了在线仿真器的单步、跟踪、检查和修改功能，并且还能够模拟产生各种中断和I/O应答过程。用户只要配备了模拟/调试软件，就可使微机成为一台通用的模拟开发系统。其缺点是不能对硬件系统进行诊断和适时仿真。

这款全新的中端MCU系列为设计人员提供了更高水平的安全性和灵活性

很多初学者都是从裸机开始学起，不能明白裸机和操作系统的区别。甚至有不少人认为用中断就能代替多任务处理，你认同吗？

裸机系统    

裸机系统通常分成轮询系统和前后台系统。

1 轮询系统

轮询系统即是在裸机编程的时候，先初始化好相关的硬件，然后让主程序在一个死循环里面不断循环，顺序地做各种事情，大概的伪代码具体如代码清单所示：

int main(void)
{  
    /* 硬件相关初始化 */  
    HardWareInit();
    
  /* 无限循环 */  
  for (;;) 
  {    
      /* 处理事情 1 */    
      DoSomething1();
      
    /* 处理事情 2 */    
    DoSomethingg2();
    
    /* 处理事情 3 */    
    DoSomethingg3();  
  }
}

轮询系统是一种非常简单的软件结构，通常只适用于那些只需要顺序执行代码且不需要外部事件来驱动的就能完成的事情。在代码清单 1-1 中，如果只是实现 LED 翻转，串口输出，液晶显示等这些操作，那么使用轮询系统将会非常完美。但是，如果加入了按键操作等需要检测外部信号的事件，用来模拟紧急报警，那么整个系统的实时响应能力就不会那么好了。

假设DoSomethingg3 是按键扫描，当外部按键被按下，相当于一个警报，这个时候，需要立马响 应 ， 并 做 紧 急 处 理 ， 而 这 个 时 候 程 序 刚 好 执 行 到 DoSomethingg1 ， 要 命 的 是DoSomethingg1 需要执行的时间比较久，久到按键释放之后都没有执行完毕，那么当执行到 DoSomethingg3 的时候就会丢失掉一次事件。足见，轮询系统只适合顺序执行的功能代码，当有外部事件驱动时，实时性就会降低。

2 前后台系统    

相比轮询系统，前后台系统是在轮询系统的基础上加入了中断。外部事件的响应在中断里面完成，事件的处理还是回到轮询系统中完成，中断在这里我们称为前台， main 函数里面的无限循环我们称为后台，大概的伪代码见代码清单所示：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;

int main(void)
{  
    /* 硬件相关初始化 */  
    HardWareInit();
  
    /* 无限循环 */  
    for (;;) 
    {    
        if (flag1) 
        {      
            /* 处理事情 1 */      
            DoSomething1();    
        }
        
        if (flag2) 
        {      
            /* 处理事情 2 */      
            DoSomethingg2();    
        }
    
        if (flag3) 
        {      
            /* 处理事情 3 */      
            DoSomethingg3();    
        }  
    }
}

void ISR1(void)
{ 
     /* 置位标志位 */  
     flag1 = 1;  
     
     /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理  
     如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */  
     DoSomething1();
}

void ISR2(void)
{  
    /* 置位标志位 */  
    flag2 = 2;
  
    /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理  
    如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */  
    DoSomething2();
}

void ISR3(void)
{  
    /* 置位标志位 */  
    flag3 = 1; 
    
    /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理  
    如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */  
    DoSomething3();
}

在顺序执行后台程序的时候，如果有中断来临，那么中断会打断后台程序的正常执行流，转而去执行中断服务程序，在中断服务程序里面标记事件，如果事件要处理的事情很简短，则可在中断服务程序里面处理，如果事件要处理的事情比较多，则返回到后台程序里面处理。

虽然事件的响应和处理是分开了，但是事件的处理还是在后台里面顺序执行的，但相比轮询系统，前后台系统确保了事件不会丢失，再加上中断具有可嵌套的功能，这可以大大的提高程序的实时响应能力。在大多数的中小型项目中，前后台系统运用的好，堪称有操作系统的效果。

RTOS多线程    

相比前后台系统，多线程系统的事件响应也是在中断中完成的，但是事件的处理是在线程中完成的。在多线程系统中，线程跟中断一样，也具有优先级，优先级高的线程会被优先执行。    当一个紧急的事件在中断被标记之后，如果事件对应的线程的优先级足够高，就会立马得到响应。相比前后台系统，多线程系统的实时性又被提高了。    

多线程系统大概的伪代码具体见代码清单所示：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;

int main(void)
{  
    /* 硬件相关初始化 */  
    HardWareInit();
    
    /* OS 初始化 */  
    RTOSInit();
   
    /* OS 启动，开始多线程调度，不再返回 */  
    RTOSStart();
}

void ISR1(void)
{  
    /* 置位标志位 */  
    flag1 = 1;
}

void ISR2(void)
{  
    /* 置位标志位 */  
    flag2 = 2;
}

void ISR3(void)
{  
    /* 置位标志位 */  
    flag3 = 1;
}

void DoSomething1(void)
{  
    /* 无限循环，不能返回 */  
    for (;;) 
    {    
        /* 线程实体 */    
        if (flag1) {
        }  
    }
}

void DoSomething2(void)
{ 
     /* 无限循环，不能返回 */  
     for (;;) {    
         /* 线程实体 */    
         if (flag2) {
         }  
     }
}

void DoSomething3(void)
{  
    /* 无限循环，不能返回 */  
    for (;;) {    
        /* 线程实体 */    
        if (flag3) {
        }  
    }
}

相比前后台系统中后台顺序执行的程序主体，在多线程系统中，根据程序的功能，我们把这个程序主体分割成一个个独立的，无限循环且不能返回的小程序，这个小程序我们称之为线程。

每个线程都是独立的，互不干扰的，且具备自身的优先级，它由操作系统调度管理。加入操作系统后，我们在编程的时候不需要精心地去设计程序的执行流，不用担心每个功能模块之间是否存在干扰。

加入了操作系统，我们的编程反而变得简单了。整个系统随之带来的额外开销就是操作系统占据的那一丁点的 FLASH 和 RAM。现如今，单片机的 FLASH 和 RAM 是越来越大，完全足以抵挡 RTOS 那点开销。

轮询、前后台和多线程系统软件模型区别：