单片机

5V来自于TTL电平。5为True，0为False，之后用了压降更低的PN节，衍生出了3.3这个电平。

12V和24V来自于汽车电瓶，早年乘用车又12V和24V两个系统，现在一般小型车12V，商用车24V，再究其由来应该是铅酸电池。

所以3.3V和5V一般出现在信号电路或者单片机等VCC供电，而12V/24V一般出现在低压动力电，例如主板、显卡、轴流风机、监控器。硬件决定系统基础，如果锂电池早点应用的话估计还会有3.7/7.4这个系统。

为什么很多单片机的工作电压是5v？

因为大多数芯片都是5V的TTL电平，要做到电平兼容，电平匹配，避免要电平转换操作，所有很多单片机的工作电压都是5V。早期（196x）的晶体管电路（TTL）单管的压降是0.7V。一个电路里经常有多个晶体管串联。比如4管串联，电源至少保证0.7x4=2.8v才能保证电路正常工作。所以最早有3V 5V等标准。后来LM7805（197x）电源IC出来以后，5V成了事实标准。

TTL指的是TTL电平，0~5V之间，小于0.2V输出低电平，高于3.4V输出高电平。全称Transistor-Transistor Logic，即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS，74AS，74ALS等系列。

但是由于TTL功耗大等缺点，正逐渐被CMOS电路取代。TTL输出高电平》2.4V，输出低电平《0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平》=2.0V，输入低电平《=0.8V，噪声容限是0.4V。

为什么很多都是5V，而且有大量电源芯片支持的也是5V。

电压浮动为5%，而电压标准，在A/D当中使用，标准应该是5.12V。

1.png

因为512 是2的N次方，这样A/D 的每一个字都是一个整数，当作为无符号计算的时候，更简单，但是没见到哪个成品用这个电压的，大部分都是5V，为什么不用呢？

因为做5.12的标准电压成本会成倍增长。5V与5.12V精度差别在百倍，小数点后0.12V，基本很难做到高精度标准电压，市场通用电压为5V，上浮一定百分比。

2008年11月发布的STC12系列单片机数据手册中，STC12C系列的单片机电压范围是3.3~5.5V；STC12L系列的单片机电压范围是2.2~3.6V。如果选择STC12C系列的单片机，只要单片机的工作频率不是太高，使用3.7V供电是没有任何顾虑的，官方声称单片机的抗干扰能力可以达到4000V，但实际应用说法不一。

2.png

大多数单片机都是 TTL 电平，各自的高低电平定义不一样；

当电源电压为5V时：51，AVR单片机是5V；

当电源电压为3.3V时：51，AVR单片机高电平是3.3V；

ARM如LPC2138，电源电压只能为3.3V，IO输出高电平为3.3V；

但IO口可承受5V电压现在单片机工作电压主要有两种：一种工作在3.3V 一种工作在5V。

来源：STM32嵌入式开发

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在本视频中，我们将讨论 PIC16F15245 系列单片机的电源管理应用。本应用中的单片机用作Raspberry Pi的电源管理器件，以在不工作时降低主单片机/微处理器的功耗。同样的概念也可以用于其他单板计算机（SBC）。

来源：Microchip微芯

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我们公司的产品会根据客户需求和建议，不定期升级（优化bug、增删功能），这个时候软件版本就显得很重要了。

不知道大家平时开发项目有没有在软件中加入版本信息？我看最近有小伙伴在讨论相关问题，就来简单分享一下。

方法其实有很多，但基本原理都是在指定存储区域（Flash）中写入软件版本信息，这里讲述其中一种比较常见的方法。

实现方法

本文分享一个常用，也是最基础的小技巧：在Keil MDK环境下，通过软件代码，直接映射到并存储到Flash指定地址。

包含：软件版本、编译日期、编译时间，代码如下：

#define VERINFO_ADDR_BASE   (0x0800FF00) //存放FLASH的地址

const char Software_Ver[] __attribute__((at(VERINFO_ADDR_BASE + 0x00)))  = "Software: 1.0.0";
const char Compiler_Date[] __attribute__((at(VERINFO_ADDR_BASE + 0x40))) = "Date: "__DATE__;
const char Compiler_Time[] __attribute__((at(VERINFO_ADDR_BASE + 0x60))) = "Time: "__TIME__;

这个代码大家能看懂么？ 

原理很简单，也有类似其他写入Flash地址的方法（这里暂不讲述）。 

这里面包含几个重要知识点，下面给大家描述一下。

__attribute__ 语法

attribute，翻译为“属性”，在C语言中，是一个关键字，语法格式为：

__attribute__ ((attribute-list))

__attribute__ 可以设置函数属性（Function Attribute ）、变量属性（Variable Attribute ）和类型属性（Type Attribute ）。 

这部分内容，大家可以不用深入理解，知道这么用即可。要深入理解，网上也有很多学习资源。 C语言标准定义

在代码中：

const char Compiler_Date[] __attribute__((at(VERINFO_ADDR_BASE + 0x40))) = "Date: "__DATE__;
const char Compiler_Time[] __attribute__((at(VERINFO_ADDR_BASE + 0x60))) = "Time: "__TIME__;

你会看到__DATE__ 和 __TIME__表示的日期和时间。 

其实，这两个是C语言特殊的标准定义。

__DATE__：编译时刻的日期字符串 如“Apr 13 2021”__TIME__：编译时刻的时间字符串  如”20:00:00“ 

除了这两个，其实还有很多类似的标准定义，比如：

__FILE__ ：正在编译文件的文件名

__LINE__ ：正在编译文件的行号

__STDC__：判断该文件是不是标准C程序 

在Keil MDK中，默认情况下，源文件不修改，只编译一次。

因此，为了编译版本、日期和时间正确，需要进行设置：总是编译。

如下设置：

1.png

固件大小

生成的Hex文件会对没有使用的Falsh用0x00进行填充，比如：

2.png

填充0x00之后，这个hex就相对很大，因此，有两种方法减少hex固件大小。

1、存放FLASH的地址，要设置在合适的位置，如果代码量只有1K，你这只在偏移50K地址，这样偏移太多。

#define VERINFO_ADDR_BASE   (0x0800FF00) //存放FLASH的地址

2、网上还有一个方法，修改“ROM大小”：

3.png

该小之后，发现真的把0x00去掉了：

4.png

这两种方法，其实有一定风险的，如果代码量不断增加，可能会出现问题。所以，大家要主要设置Flash地址。

来源：嵌入式专栏（作者 | strongerHuang）

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Holtek新推出触控Flash MCU具NFC读写器功能产品BS65F2042，具备充足的系统资源，使用I²C通信控制减少与主控MCU的接线数量，并且提供侦测时序调控功能，解决触控按键与NFC干扰问题。适合智能门锁、门禁应用、智能家电、玩具等应用产品。

1.jpg

BS65F2042提供16个高抗干扰能力的触控键，可通过CS (Conductive Susceptibility) 10V动态测试，最多26个I/O可整合Buzzer及LED显示功能。NFC读写器功能提供13.56MHz RFID可支持ISO14443A、ISO14443B协议，RF输出电流最大230mA可增加感应距离，并且支持低功耗的卡片侦测功能。

Holtek提供完整的函数库及软硬件开发工具，协助客户快速应用于各式产品。封装提供46-pin QFN。

来源：Holtek

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来源：嵌入式开发爱好者

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*实例1：使用P3口流水点亮8位LED

#include//包含单片机寄存器的头文件 / 函数功能：延时一段时间

void delay(void)
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<250;i++)
for(j=0;j<250;j++)
;
}
/ 函数功能：主函数
void main(void)
{
while(1)
{
P3=0xfe; //第一个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0xfd; //第二个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0xfb; //第三个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0xf7; //第四个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0xef; //第五个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0xdf; //第六个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0xbf; //第七个灯亮
delay(); //调用延时函数
P3=0x7f; //第八个灯亮
delay(); //调用延时函数
} / /
}

*实例2：通过对P3口地址的操作流水点亮8位LED

#include//包含单片机寄存器的头文件

sfr x=0xb0; //P3口在存储器中的地址是b0H， 通过sfr可定义8051内核单片机
//的所有内部8位特殊功能寄存器,对地址x的操作也就是对P1口的操作
/
函数功能：延时一段时间
/
void delay(void)
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<250;i++)
for(j=0;j<250;j++)
; //利用循环等待若干机器周期，从而延时一段时间
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
while(1)
{
x=0xfe; //第一个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0xfd; //第二个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0xfb; //第三个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0xf7; //第四个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0xef; //第五个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0xdf; //第六个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0xbf; //第七个灯亮
delay(); //调用延时函数
x=0x7f; //第八个灯亮
delay(); //调用延时函数
}
}

*实例3：用不同数据类型控制灯闪烁时间

#include//包含单片机寄存器的头文件

/
函数功能：用整形数据延时一段时间
/
void int_delay(void) //延时一段较长的时间
{
unsigned int m; //定义无符号整形变量，双字节数据，值域为0~65535 for(m=0;m<36000;m++)
; //空操作
}
/
函数功能：用字符型数据延时一段时间
/
void char_delay(void) //延时一段较短的时间
{
unsigned char i,j; //定义无符号字符型变量，单字节数据，值域0~255 for(i=0;i<200;i++)
for(j=0;j<180;j++)
; //空操作
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
while(1)
{
for(i=0;i<3;i++)
{
P1=0xfe; //P1.0口的灯点亮
int_delay(); //延时一段较长的时间
P1=0xff; //熄灭
int_delay(); //延时一段较长的时间
}
for(i=0;i<3;i++)
{
P1=0xef; //P1.4口的灯点亮
char_delay(); //延时一段较长的时间
} P1=0xff; //熄灭 char_delay(); //延时一段较长的时间 } }

*实例4：用单片机控制第一个灯亮

#include//包含51单片机寄存器定义的头文件

void main(void)
{
P1=0xfe; //P1=1111 1110B，即P1.0输出低电平
}

*实例5：用单片机控制一个灯闪烁：认识单片机的工作频率 #include//包含单片机寄存器的头文件

*实例6：将 P1口状态分别送入P0、P2、P3口：认识I/O口的引脚功能

#include//包含单片机寄存器的头文件
/ 函数功能：主函数 （C语言规定必须有也只能有1个主函数） /
void main(void)
{
while(1) //无限循环
{
P1=0xff; // P1=1111 1111B,熄灭LED
P0=P1; // 将 P1口状态送入P0口
P2=P1; // 将 P1口状态送入P2口
P3=P1; // 将 P1口状态送入P3口
}
}

*实例7：用P0口、P1 口分别显示加法和减法运算结果 

#include

void main(void)
{
unsigned char m,n;
m=43; //即十进制数2x16+11=43
n=60; //即十进制数3x16+12=60
P1=m+n; //P1=103=0110 0111B,结果P1.3、P1.4、P1.7 口的灯被点亮 P0=n-m; //P0=17=0001 0001B,结果P0.0、P0.4的灯被熄灭 }

*实例8：用P0、P1口显示乘法运算结果

#include//包含单片机寄存器的头文件

void main(void)
{
unsigned char m,n;
unsigned int s;
m=64;
n=71;
s=m n; //s=64 71=4544,需要16位二进制数表示，高8位送P1口，低8位送P0口
//由于4544=17 256+192=H3 16 16 16+H2 16 16+H1 16+H0
//两边同除以256，可得17+192/256=H3 16+H2+（H1 16+H0）/256
//因此，高8位16进制数H3 16+H2必然等于17，即4544除以256的商
//低8位16进制数H1 16+H0必然等于192，即4544除以256的余数
P1=s/256; //高8位送P1口 ，P1=17=11H=0001 0001B, P1.0和P1.4口灭，其余亮
P0=s%256; //低8位送P0口 , P3=192=c0H=1100 0000B,P3.1,P3.6,P3.7口灭，其余亮
}

*实例9：用P1、P0口显示除法运算结果

#include//包含单片机寄存器的头文件

void main(void)
{
P1=36/5; //求整数
P0=((36%5) 10)/5; //求小数
while(1)
; //无限循环防止程序“跑飞”

}

*实例10：用自增运算控制P0口8位LED流水花样

#include//包含单片机寄存器的头文件

/
函数功能：延时一段时间
/
void delay(void)
{
unsigned int i;
for(i=0;i<20000;i++)
;
}
/ 函数功能?：主函数
/ void main(void)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++) //注意i的值不能超过255
{
P0=i; //将i的值送P0口
delay(); //调用延时函数
}

}

*实例11：用P0口显示逻辑"与"运算结果 #include//包含单片机寄存器的头文件

void main(void)

{
P0=(4>0)&&(9>0xab);//将逻辑运算结果送P0口
while(1)
; //设置无限循环，防止程序“跑飞”
}

*实例12：用P0口显示条件运算结果

#include//包含单片机寄存器的头文件 void main(void)

{
P0=(8>4)?8:4;//将条件运算结果送P0口，P0=8=0000 1000B while(1)
; //设置无限循环，防止程序“跑飞”
}

*实例13：用P0口显示按位"异或"运算结果 

#include//包含单片机寄存器的头文件

void main(void)

{
P0=0xa2^0x3c;//将条件运算结果送P0口，P0=8=0000 1000B while(1)
; //设置无限循环，防止程序“跑飞”
}

*实例14：用P0显示左移运算结果

#include//包含单片机寄存器的头文件 void main(void)

{
P0=0x3b<<2;//将左移运算结果送P0口，P0=1110 1100B=0xec while(1)
; //无限循环，防止程序“跑飞”
}
*实例15："万能逻辑电路"实验

#include//包含单片机寄存器的头文件

sbit F=P1^4; //将F位定义为 P1.4
sbit X=P1^5; //将X位定义为 P1.5
sbit Y=P1^6; //将Y位定义为 P1.6
sbit Z=P1^7; //将Z位定义为 P1.7
void main(void)
{
while(1)
{
F=((~X)&Y)|Z; //将逻辑运算结果赋给F
;
}
}

*实例16：用右移运算流水点亮P1口8位LED 

#include//包含单片机寄存器的头文件

/
函数功能：延时一段时间
/
void delay(void)
{
unsigned int n;
for(n=0;n<30000;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
while(1)
{
P1=0xff;
delay();
for(i=0;i<8;i++)//设置循环次数为8
{
P1=P1>>1; //每次循环P1的各二进位右移1位，高位补0 delay(); //调用延时函数
}
}
}

*实例17：用if语句控制P0口8位LED的流水方向

 #include//包含单片机寄存器的头文件

sbit S1=P1^4; //将S1位定义为P1.4
sbit S2=P1^5; //将S2位定义为P1.5
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
while(1)
}
{ if(S1==0) //如果按键S1按下 P0=0x0f; //P0口高四位LED点亮 if(S2==0) //如果按键S2按下 P0=0xf0; //P0口低四位LED点亮 }

*实例18：用swtich语句的控制P0口8位LED的点亮状态 

#include//包含单片机寄存器的头文件

sbit S1=P1^4; //将S1位定义为P1.4
/
函数功能：延时一段时间
/
void delay(void)
{
unsigned int n;
for(n=0;n<10000;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
i=0; //将i初始化为0
while(1)
{
if(S1==0) //如果S1键按下
{
delay(); //延时一段时间
if(S1==0) //如果再次检测到S1键按下
i++; //i自增1
if(i==9) //如果i=9，重新将其置为1
i=1;
}
switch(i) //使用多分支选择语句
{
}
} case 1: P0=0xfe; //第一个LED亮 break; case 2: P0=0xfd; //第二个LED亮 break; case 3:P0=0xfb; //第三个LED亮 break; case 4:P0=0xf7; //第四个LED亮 break; case 5:P0=0xef; //第五个LED亮 break; case 6:P0=0xdf; //第六个LED亮 break; case 7:P0=0xbf; //第七个LED亮 break; case 8:P0=0x7f; //第八个LED亮 break; default: //缺省值，关闭所有LED P0=0xff; }

*实例19：用for语句控制蜂鸣器鸣笛次数

#include//包含单片机寄存器的头文件 sbit sound=P3^7; //将sound位定义为P3.7 / 函数功能：延时形成1600Hz音频

/ void delay1600(void)
{
unsigned char n;
for(n=0;n<100;n++)
;
}
/ 函数功能：延时形成800Hz音频
/ void delay800(void)
{
unsigned char n;
for(n=0;n<200;n++)
;
}
/ 函数功能：主函数
/ void main(void)
{
unsigned int i;
while(1)
{
for(i=0;i<830;i++)
{
sound=0; //P3.7输出低电平 delay1600();
sound=1; //P3.7输出高电平 delay1600();
}
for(i=0;i<200;i++)
{
sound=0; //P3.7输出低电平 delay800();
sound=1; //P3.7输出高电平 delay800();
}
}
}

*实例20：用while语句控制LED

#include//包含单片机寄存器的头文件 / 函数功能：延时约60ms (3 100 200=60000μs) / void delay60ms(void)

{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<100;m++)
for(n=0;n<200;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
while(1) //无限循环
{
i=0; //将i初始化为0
while(i<0xff) //当i小于0xff（255)时执行循环体 {
P0=i; //将i送P0口显示
delay60ms(); //延时
i++; //i自增1
}
}
}

*实例21：用do-while语句控制P0口8位LED流水点亮 

#include//包含单片机寄存器的头文件

/
函数功能：延时约60ms (3 100 200=60000μs)
/
void delay60ms(void)
{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<100;m++)
for(n=0;n<200;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
do
{
P0=0xfe; //第一个LED亮
delay60ms();
}
P0=0xfd; //第二个LED亮 delay60ms(); P0=0xfb; //第三个LED亮 delay60ms(); P0=0xf7; //第四个LED亮 delay60ms(); P0=0xef; //第五个LED亮 delay60ms(); P0=0xdf; //第六个LED亮 delay60ms(); delay60ms(); P0=0xbf; //第七个LED亮 delay60ms(); P0=0x7f; //第八个LED亮 delay60ms(); }while(1); //无限循环，使8位LED循环流水点亮

*实例22：用字符型数组控制P0口8位LED流水点亮 

#include//包含单片机寄存器的头文件

/
函数功能：延时约60ms (3 100 200=60000μs)
/
void delay60ms(void)
{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<100;m++)
for(n=0;n<200;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
unsigned char code Tab[ ]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //定义无符号字符型数组
while(1)
{
for(i=0;i<8;i++)
{
P0=Tab[i];//依次引用数组元素，并将其送P0口显示
delay60ms();//调用延时函数
}
}
}

*实例23：用P0口显示字符串常量

#include//包含单片机寄存器的头文件

/
函数功能：延时约150ms (3 200 250=150 000μs=150ms
/
void delay150ms(void)
{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<200;m++)
for(n=0;n<250;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char str[]={"Now,Temperature is :"}; //将字符串赋给字符型全部元素赋值
unsigned char i;
while(1)
{
i=0; //将i初始化为0，从第一个元素开始显示
while(str[i]!='\0') //只要没有显示到结束标志'\0'
{
P0=str[i]; //将第i个字符送到P0口显示
delay150ms(); //调用150ms延时函数
i++; //指向下一个待显字符
}
}
}

*实例24：用P0 口显示指针运算结果

#include

void main(void)
{
unsigned char p1, p2; //定义无符号字符型指针变量p1,p2 unsigned char i,j; //定义无符号字符型数据
i=25; //给i赋初值25
j=15;
p1=&i; //使指针变量指向i ，对指针初始化
p2=&j; //使指针变量指向j ，对指针初始化
P0= p1+ p2; // p1+ p2相当于i+j,所以P0=25+15=40=0x28
//则P0=0010 1000B，结果P0.3、P0.5引脚LED熄灭，其余点亮 while(1)
; //无限循环，防止程序“跑飞”
}

*实例25：用指针数组控制P0口8位LED流水点亮 

#include

/
函数功能：延时约150ms (3 200 250=150 000μs=150ms
/
void delay150ms(void)
{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<200;m++)
for(n=0;n<250;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char code Tab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsigned char p[ ]={&Tab[0],&Tab[1],&Tab[2],&Tab[3],&Tab[4],&Tab[5], &Tab[6],&Tab[7]};
unsigned char i; //定义无符号字符型数据
while(1)
{
for(i=0;i<8;i++)
{
P0= p[i];
delay150ms();
}
}
}

*实例26：用数组的指针控制P0 口8 位LED流水点亮

 #include

/
函数功能：延时约150ms (3 200 250=150 000μs=150ms
/
void delay150ms(void)
{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<200;m++)
for(n=0;n<250;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
unsigned char Tab[ ]={0xFF,0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF, 0x7F,0xBF,0xDF,0xEF,0xF7,0xFB,0xFD,0xFE, 0xFE,0xFC,0xFB,0xF0,0xE0,0xC0,0x80,0x00, 0xE7,0xDB,0xBD,0x7E,0x3C,0x18,0x00,0x81, 0xC3,0xE7,0x7E,0xBD,0xDB,0xE7,0xBD,0xDB}; //流水灯控制码
unsigned char p; //定义无符号字符型指针
p=Tab; //将数组首地址存入指针p
while(1)
{
for(i=0;i<32;i++) //共32个流水灯控制码
{
P0= (p+i); // （p+i)的值等于a[i]
}
delay150ms(); //调用150ms延时函数 } }

*实例27：用P0 、P1口显示整型函数返回值 

#include

/ 函数功能：计算两个无符号整数的和
/ unsigned int sum(int a,int b)
{
unsigned int s;
s=a+b;
return (s);
}
/ 函数功能：主函数
/ void main(void)
{
unsigned z;
z=sum(2008,2009);
P1=z/256; //取得z的高8位
P0=z%256; //取得z的低8位
while(1)
;
}

*实例28：用有参函数控制P0口8位LED流水速度 

#include

/ 函数功能：延时一段时间
/ void delay(unsigned char x)
{
unsigned char m,n;
for(m=0;m<x;m++)< span>
for(n=0;n<200;n++)
;
}
/
函数功能：主函数
/
void main(void)
{
unsigned char i;
unsigned char code Tab[ ]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F}; //流水灯控制码
while(1)
{
//快速流水点亮LED
for(i=0;i<8;i++) //共8个流水灯控制码
{
P0=Tab[i];
delay(100); //延时约60ms, (3 100 200=60 000μs） }
//慢速流水点亮LED
for(i=0;i<8;i++) //共8个流水灯控制码
{
P0=Tab[i];
delay(250); //延时约150ms, (3 250 200=150 000μs） }
}
}

来源：51单片机学习网

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单片机执行指令

我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令。那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？

这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM(READ ONLY MEMORY)。为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM，称为FLASH ROM，刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我们还是把它称为ROM。

单片机数的本质和物理现象

我们知道，计算机可以进行数学运算，这令我们非常难以理解，它们只是一些电子元器件，怎么可以进行数学运算呢？

我们人类做数学题如37+45是这样做的，先在纸上写37，然后在下面写45，然后大脑运算最后写出结果，运算的原材料是37和45，结果是82都是写在纸上的，计算机中又是放在什么地方呢？

为了解决这个问题，先让我们做一个实验：这里有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就有两种状态，我们可以用‘0’和‘1’来代替这两种状态：规定亮为‘1’、不亮为‘0’。

现在放上三盏灯，一共有几种状态呢？我们列表来看一下：000 / 001 / 010 / 011 / 100 / 101 / 110 / 111。我们来看，这个000 / 001 / 101 不就是我们学过的的二进制数吗？本来，灯的亮和灭只是一种物理现象，可当我们把它们按一定的顺序排好后，灯的亮和灭就代表了数字了。

让我们再抽象一步，灯为什么会亮呢？是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样，数字就和电平的高、低联系上了。

单片机数位的含义

通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1，实际上这就是一个二进制位。

因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。

单片机字节的含义

一根线可以表示0和1，两根线可以表达00 / 01 / 10 / 11四种状态，也就是可以表达0~3，而三根可以表达0~7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计数，就可以表示0~255一共256种状态。

这8根线或者8位就称之为一个字节(BYTE)。

单片机存储器的构造

存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了。

一个存储器就象一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉。至于电荷在小格子里是怎样存的，就不用我们操心了，你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就象是水，那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方，我们称之为一个“单元”。

有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了。

可是问题出来了，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个单元中的电荷都放掉。这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的。因此，要在结构上稍作变化。

需要在每个单元上有个控制线，想要把数据放进哪个单元，就把一个信号给这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了。而其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响。

这样，只要控制不同单元的控制线，就可以向各单元写入不同的数据了。同样，如果要从某个单元中取数据，也只要打开相应的控制开关就行了。

单片机存储器的译码

那么，我们怎样来控制各个单元的控制线呢？这个还不简单，把每个单元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗？

事情可没那么简单，一片27512存储器中有65536个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有6万多个脚？不行，怎么办？要想法减少线的数量。

有一种方法称这为译码，简单介绍一下：一根线可以代表2种状态，2根线可以代表4种状态，3根线可以代表8种，256种状态又需要几根线代表？8根线，所以65536种状态我们只需要16根线就可以代表了。

单片机存储器的选片概念

至此，译码的问题解决了，让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢？它就是从计算机上接过来的，一般地，这八根线除了接一个存储器之外，还要接其它的器件。

这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如果总是将某个单元接在这八根线上，就有问题出现了：比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H，那么这根线到底是处于高电平，还是低电平？怎样分辩？

办法很简单，当外面的线接到集成电路的引脚进来后，不直接接到各单元去，中间再加一组开关就行了。平时我们让开关打开着，如果确实是要向这个存储器中写入数据，或要从存储器中读出数据，再让开关接通就行了。

这组开关由三根引线选择：读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中，先选中该片，然后发出写信号，开关就合上了，并将传过来的数据(电荷)写入片中。如果要读，先选中该片，然后发出读信号，开关合上，数据就被送出去了。

读和写信号同时还接入到另一个存储器，但是由于片选端不同，所以虽有读或写信号，但没有片选信号，所以另一个存储器不会“误会”而开门，造成冲突。那么会不同时选中两片芯片呢？

只要是设计好的系统就不会，因为它是由计算控制的，而不是我们人来控制的，如果真的出现同时出现选中两片的情况，那就是电路出了故障了，这不在我们的讨论之列。

单片机的总线概念

从上面的介绍中我们已经看到，用来传递数据的八根线并不是专用的，而是很多器件大家共用的。

所以我们称之为数据总线，总线英文名为BUS，总即公交车道，谁也可以走。而十六根地址线也是连在一起的，称之为地址总线。

来源：STM32嵌入式开发

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最近有网友大概问了这样的问题：单片机项目偶尔经常出现异常，不知道是程序跑飞了，还是进入某个死循环了。

因为发生概率比较低，也没有规律，所以没办法在线调试查找问题。

结合这个问题，给大家分享一下用ST-LINK Utility识别单片机程序是否跑飞。

利用ST-LINK Utility查看内核运行状态

做想要知道单片机是否跑飞，可以利用ST-LINK Utility查看内核运行状态。

利用STM32 ST-LINK Utility工具中Hot Plug热插拔模式，查看内核运行状态。

1.STM32 ST-LINK Utility模式说明

即设置中三种模式选择：

1.png

主要有三种，在这个工具的用户手册中可以看到：

2.jpg

大概意思是：

Normal：常规模式

连接目标（芯片）之后，芯片复位，然后暂停（halted）。

Connect Under Reset：连接复位模式

主要用于JTAG/SWD引脚被禁用的时候。

Hot Plug：热插拔模式

连接目标芯片，不复位/重置芯片，则此时可以查看芯片状态。

2.查看内核运行状态

硬件连接好：Target -> MCU Core

3.jpg

当你的程序跑飞，内核就处于异常状态，这里可以查看MCU内核的运行状态，简单的说就可以查看PC跑到哪儿去了（你应用程序跑如果超过相应区域，说明跑飞了）。

4.png

举个例：你应用程序存储在0x08010000 --- 0x08020000 这个范围内，正常运行应用程序应该在这个范围内，但是你发现PC的值为0x08025000（不在范围内），那就说明跑飞了。

这里可以执行的操作有：运行、暂停、系统复位、内核复位、单步运行、读内核寄存器。类似于IDE中的在线调试（IDE在线调试需要有源代码，而这里不需要源代码，可直接查看PC执行到的地址）。

提示：PC：Program Counter即程序计数器寄存器，指向当前执行程序的地址，如果修改它的值，就能改变程序的执行流。（具体可以参看Cortex-M3内核寄存器所在章节）

Option Bytes选项字配置

这里额外说一下选项字配置的内容。

对Option Bytes操作常用的一个就是对Flash加密（读/写保护）。当然，读写保护可以通过程序代码实现，也可以通过这里说的选项字设置来实现。

拿F401举例：Target ->Option Bytes

5.png
STM32 ST-LINK Utility工具还有些特殊功能，可能我们不常用，比如：command line interface命令行接口、external loader developing加载外部程序等，感兴趣的朋友可以参看用户手册研究一下。
好了，本文就分享以上几点内容，希望对你们有所帮助。

来源：strongerHuang

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其实，单片机就是个小计算机。大计算机少不了的数据存储系统，单片机一样有，而且往往和CPU集成在一起，显得更加小巧灵活。

直到90年代初，国内容易得到的单片机是8031：不带存储器的芯片，要想工作，必须外加RAM和ROM，于是单片机成了3片机......

而现在不同了，无论大的，还是小的，又是51，又是AVR，又是STC，还有什么430、PIC……都各说各的好，可谁也不敢说“我不要存储器”。

单片机的数据存储手段

程序存储器里面存放的是单片机的灵魂：工作程序。

小的可能只有1KB，最多只能装1024条8位数据，因为实际指令还有许多2字节，3字节指令，所以它还装不下1024条指令。大的也有128KB的。这些8位数据，要么在工厂里做模子光刻进去，要么一次性的烧写进去。

业余或开发，最多也就是用编程器这么一个特殊工具，把调试成功的机器码装载进去，或者像AVR单片机那样自己花几块钱做一条下载线，把电脑里这些东西灌进去（或许是AVR最吸引人之处）。

它一旦进驻电脑的程序存储器中，除了借助上述装置便不能自由改写，在单片机运行时，只是从其中读出指令或固定的数据，所以给程序存储器一个“只读存储器”的别名，简写为ROM，包括用编程器写紫外线擦除内容的EPROM、用电擦除的EEPROM和现在新兴的FLASH ROM。相关文章：EEPROM和Flash这样讲，我早就懂了。

一次性写入的ROM，仅用于电路和程序固定的批量产品中，实际工作起来，都是一样的。

为了定位ROM中的数据，每个8位存储单元都有一个固定的“地址”，通常用16进制数表示。例如，对于一个所谓4K的ROM，地址从0000H到0FFFH（即从0000，0001...4095），单片机运行时从哪个地址取数据，完全由程序本身决定，并不要我们干预。

记住，给单片机一通电，它经过一个短暂的复位过程，立即转向ROM的最低地址0000H，在这里面放置的往往是一条“跳转”指令，它从这里一步跳到另一个地址：程序的真正起始地址，例如51机的0080H。

ROM是程序存储器，除了指令外，还包括运行程序必须的某些固定数据，例如：数据表。假如，我们要求在单片机的接口上输出00H到FFH（255）按正弦半波变化的数值，每秒10000次。如果硬要它按照公式一个个计算，对于它来说未免力不从心。可是我们可以把预先计算好的数值存入ROM中，到时候直接取出不是好多了？

又如一个重要的应用：大家一定见过不少单片机的东西上面都有数码显示，那些个数字其实就是用单片机的口线控制数码管的字段电极电位。这些字形也是存放在ROM中的字模表，各个字模和0-9的数字（机器内当然是0000-0101二进制数）对应起来。常见的共阳极7段数码管，必须在阳极加正电，7个阴极都是地电位，才能显示数字"8"，数字8对应的显示字码值是二进制数“10000000“（那个1对应的是小数点，高电位不让它显示）。

2. 数据存储器RAM

这是个可以随时存取数据的一块存储器，也就是可以读（取）也可以写（存）的存储器，简称RAM。

现在的单片机里面使用的RAM，属于静态RAM或SRAM，这个和电脑用的内存条有所不同。只要你把数据写入SRAM后，不断电或者不清除掉，这个数据就一直保存在那里。电脑用的是动态RAM，要不断给它加刷新脉冲才能保存数据。

因为单片机处理的信息量比电脑小很多，所以它带的RAM也比较少：从完全不带、带128、256、...1K、2K，到4K，比ROM少多了。

因为实际上RAM只是作为数据临时存放的地方，除非进行图像处理需要存放大量的数据外。一般对于执行较简单任务的单片机，有这么多也够用，如果实在不够用也只能采取外加SRAM如6116、6264等等来扩展。

1.jpg

为了对RAM单元存取8位二进制数，当然也得和ROM一样用“地址”来标示它的具体位置。假如某单片机有1K（1024）RAM，它的地址也是从0000到1024，或16进制数的0000H到03FFH。可见，和ROM的地址是一样的。

3. 会不会混淆不清？

答案是不会的，因为读ROM是由单片机的程序指针或转移指令或查表指令进行，而这些指令是不会进入RAM区的；读写RAM是另外的数据传送指令，也不会进入ROM区。

这点也是和电脑不同之处，后者程序和数据都在内存条里面，地址不同，如果窜位了就会造成不可预见后果。单片机的这种存储器结构也称为哈佛结构。

RAM在单片机里的用途

RAM在单片机里的用途，主要是存放临时数据。

例如用单片机测温，每秒测1次，显示1分钟的平均值（1分钟更新一次）：

我们先通过传感器、放大电路、A/D转换，把温度这个模拟量转变为成比例的二进制数，然后每秒钟1次把数字量通过输入口顺序存入到单片机的RAM中，然后对他们进行两两求和再平均的计算，最后的数值显示出来，然后把这60个存储单元统统写0清除旧数据，下次又是如此循环进行。

总结

另外，在单片机里面还有若干寄存器，数量不多但是作用很大，除了暂存数据，还可以交换、加工、传递等等，以及随时记录单片机当前处于什么状态，输入输出口也是作为特殊功能的寄存器存在，具体各有不同，就不是随便说说可以搞清楚的，要看有关书籍了。

来源：ARM与嵌入式

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