单片机运行时需要调用某个程序/函数/固定数据时就需要读取ROM，然后在RAM中执行这些程序/函数的功能，所产生的临时数据也都存在RAM内，断电后这些临时数据就丢失了。

ROM：(Read Only Memory)

程序存储器在单片机中用来存储程序数据及常量数据或变量数据。

凡是c文件及h文件中所有代码、全局变量、局部变量、const’限定符定义的常量数据、startup.asm文件中的代码通通都存储在ROM中。

RAM：(Random Access Memory)

随机访问存储器用来存储程序中用到的变量。

凡是整个程序中，所用到的需要被改写的量，都存储在RAM中，“被改变的量”包括全局变量、局部变量、堆栈段。

程序经过编译、汇编、链接后，生成hex文件。

用专用的烧录软件，通过烧录器将hex文件烧录到ROM中。

究竟是怎样将hex文件传输到MCU内部的ROM中的呢?

因此，这个时候的ROM中，包含所有的程序内容。

无论是一行一行的程序代码，函数中用到的局部变量，头文件中所声明的全局变量，const声明的只读常量，都被生成了二进制数据，包含在hex文件中，全部烧录到了ROM里面。

此时的ROM，包含了程序的所有信息，正是由于这些信息，“指导”了CPU的所有动作。

可能有人会有疑问，既然所有的数据在ROM中，那RAM中的数据从哪里来?

什么时候CPU将数据加载到RAM中?

会不会是在烧录的时候，已经将需要放在RAM中数据烧录到了RAM中?

要回答这个问题，首先必须明确一条：ROM是只读存储器，CPU只能从里面读数据，而不能往里面写数据，掉电后数据依然保存在存储器中;

RAM是随机存储器，CPU既可以从里面读出数据，又可以往里面写入数据，掉电后数据不保存，这是条永恒的真理，始终记挂在心。

清楚了上面的问题，那么就很容易想到，RAM中的数据不是在烧录的时候写入的。

因为烧录完毕后，拔掉电源，当再给MCU上电后，CPU能正常执行动作，RAM中照样有数据。

这就说明：RAM中的数据不是在烧录的时候写入的，同时也说明，在CPU运行时，RAM中已经写入了数据。

关键就在这里：这个数据不是人为写入的，CPU写入的，那CPU又是什么时候写入的呢?

听我娓娓道来，上面说到，ROM中包含所有的程序内容，在MCU上电时，CPU开始从第1行代码处执行指令。

这里所做的工作是为整个程序的顺利运行做好准备，或者说是对RAM的初始化(注：ROM是只读不写的)，工作任务有几项：

1、为全局变量分配地址空间---à如果全局变量已赋初值，则将初始值从ROM中拷贝到RAM中。

如果没有赋初值，则这个全局变量所对应的地址下的初值为0或者是不确定的。

当然，如果已经指定了变量的地址空间，则直接定位到对应的地址就行，那么这里分配地址及定位地址的任务由“连接器”完成。

2、设置堆栈段的长度及地址---à用C语言开发的单片机程序里面，普遍都没有涉及到堆栈段长度的设置，但这不意味着不用设置。

栈段主要是用来在中断处理时起“保存现场”及“现场还原”的作用，其重要性不言而喻。

而这么重要的内容，也包含在了编译器预设的内容里面，确实省事，可并不一定省心。

3、分配数据段data，常量段const，代码段code的起始地址。

代码段与常量段的地址可以不管，它们都是固定在ROM里面的，无论它们怎么排列，都不会对程序产生影响。

但是数据段的地址就必须得关心。

数据段的数据时要从ROM拷贝到RAM中去的，而在RAM中，既有数据段data,也有堆栈段stack，还有通用的工作寄存器组。

通常，工作寄存器组的地址是固定的，这就要求在绝对定址数据段时，不能使数据段覆盖所有的工作寄存器组的地址。

必须引起严重关注！

这里所说的“第一行代码处”，并不一定是你自己写的程序代码，绝大部分都是编译器代劳的，或者是编译器自带的demo程序文件。

因为，你自己写的程序(C语言程序)里面，并不包含这些内容。

高级一点的单片机，这些内容，都是在startup的文件里面，仔细阅读，有好处的。

通常的做法是：普通的flashMCU是在上电时或复位时，PC指针里面的存放的是“0000”，表示CPU从ROM的0000地址开始执行指令，在该地址处放一条跳转指令，使程序跳转到_main函数中。

然后根据不同的指令，一条一条的执行，当中断发生时(中断数量也很有限，2~5个中断)，按照系统分配的中断向量表地址，在中断向量里面，放置一条跳转到中断服务程序的指令，如此如此，整个程序就跑起来了。

决定CPU这样做，是这种ROM结构所造成的。

其实，这里面，C语言编译器作了很多的工作，只是，你不知道而已。

如果你仔细阅读编译器自带的help文件就会知道很多的事情，这是对编译器了解最好的途径。

I/O口寄存器：也是可以被改变的量，它被安排在一个特别的RAM地址，为系统所访问，而不能将其他变量定义在这些位置。

中断向量表：中断向量表是被固定在MCU内部的ROM地址中，不同的地址对应不同的中断。

每次中断产生时，直接调用对应的中断服务子程序，将程序的入口地址放在中断向量表中。

ROM的大小问题：对于flash类型的MCU，ROM空间的大小通常都是整字节的，即为ak*8bits。

这很好理解，一眼就知道，ROM的空间为aK。

但是，对于某些OTP类型的单片机，比如holtek或者sonix公司的单片机，经常看到数据手册上写的是“OTP progarming ROM 2k*15bit。。。。。”。

可能会产生疑惑，这个“15bit”认为是1个字节有余，2个字节又不足，那这个ROM空间究竟是2k，多于2k，还是4k但是少了一点点呢?

这里要明确两个概念：一个是指令的位宽，另一个是指令的长度。

指令的位宽是指一条指令所占的数据位的宽度;有些是8位位宽，有些是15位位宽。

指令长度是指每条指令所占的存储空间，有1个字节，有2个字节的，也有3个字节甚至4个字节的指令。

这个可以打个形象的比方：我们做广播体操时，有很多动作要做，但是每个复杂的动作都可以分解为几个简单的动作。

例如，当做伸展运动时，我们只听到广播里面喊“2、2、3、4、5、6、7、8”。

而这里每一个数字都代表一个指令。

听到“3”这个指令后，我们的头、手、腰、腿、脚分别作出不同的动作：两眼目视前方，左手叉腰，右手往上抬起，五指伸直自然并拢打开，右腿伸直，左腿成弓步······等等一系列的分解动作。

而要做完这些动作的指令只有一个“3”，要执行的动作却又很多，于是将多个分解动作合并成一个指令，而每个分解动作的“位宽”为15bits。

实事上也确实如此，当在反汇编或者汇编时，可以看到，复合指令的确是有简单的指令组合起来的。

到此，回答前面那个问题，这个OTP的ROM空间应该是2K,指令位宽为15位。

一般的，当指令位宽不是8的倍数时，则说明该MCU的大部分指令长度是一个字节(注：该字节宽度为15位，不是8位)，极少数为2个或多个字节，虽然其总的空间少，但是其能容下的空间数据并不少。

沁恒微电子推出了带有Type-C PD和USB双功能的单片机CH543，采用E8051内核，集成USB主机控制器和收发器，支持全速或低速的USB Host或USB Device功能、集成Type-C PD PHY带有DMA功能及灵活的中断配置，可方便地用于各种Source、Sink及DRP场景的PD通讯应用。

CH543主要特点

1· 16KB Flash-ROM + 256B EEPROM + 32B OTP ROM + 512B RAM

2· 内置LDO，支持3.3~12V电源电压

3· 支持USB2.0全速/低速，支持Host主机/Device设备模式

4· 内置USB PD收发器PHY，支持DMA收发数据

5· 带有I²C从控制器，支持1MHz时钟

6· 4路PWM输出，支持驱动全桥

7· 9位可编程灌电流，支持PD PPS

8· 12通道12位ADC，有内置运放

9· Touch-Key、UART、SPI等其他外设

CH543内部还带有I²C从机控制器，可以方便的配合其他控制器，从CH543中读取数据及状态信息。这在笔记本、平板电脑、电动工具等带有锂电池充电需求的应用中可以提供很大的便利。

同时，CH543还集成有一个9位灌电流源，可以直接用于调节电源系统如DC-DC、TL431的FB反馈引脚。配合芯片内部集成的可高达12V输入电压的LDO、开漏输出引脚等功能，可以方便的实现可高度定制的PD电源、拓展坞、多媒体类应用。

Type-C转DP显示+USB3.0的典型应用

下图为一款Type-C转DP显示+USB3.0的典型应用框图。其中CH543在应用中负责Type-C正反插检测及切换控制、Type-C PD通讯与笔记本/平板电脑等设备握手进入显示模式、检测显示器接入/移除并通知主机。CH9445为一款差分高速信号双向模拟开关芯片，高宽带，低导通电阻，可通过I²C接口配置，实现2对高达5Gbps(USB3.1 Gen2)，4对高达8Gbps(DisplayPort 1.4)，和1对480Mbps(DisplayPort AUX，或USB2.0高速)信号的矩阵切换。

CH543在Type-C PD电源中的典型应用

下图为CH543在Type-C PD电源中的典型应用框图。其中CH543通过FB端连接TL431或者DC-DC的参考电压端，用于3.3~12V的Type-C PD Source角色应用。

随着微电子技术和计算机技术的发展，原来以强电和电器为主、功能简单的电气设备发展成为强、弱电结合，具有数字化特点、功能完善的新型微电子设备。

在很多场合，已经出现了越来越多的单片机产品代替传统的电气控制产品。单片机其控制功能通过软件指令来实现，其硬件配置也可变、易变。因此，一旦生产过程有所变动，就不必重新设计线路连线安装，有利于产品的更新换代和订单式生产。

传统电气设备采用的各种控制信号，必须转换到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号，如限位开关、 操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信 号转换、放大到现场需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，能方便实际控制系统使用。

针对电气控制产品的特点，本文讨论了几种单片机I/O的常用驱动和隔离电路的设计方法，对合理地设计电气控制系统，提高电路的接口能力，增强系统稳定性和抗干扰能力有实际指导意义。

输入电路设计

一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中，以工程经验来看，开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多，如图1所示。当按下开关S1时，发出的指令信号为低电平，而平时不按下开关S1时，输出到单片机上的电平则为高电平。该方式具有较强的耐噪声能力。

若考虑到由于TTL电平电压较低，在长线传输中容易受到外界干扰，可以将输入信号提高到+24 V，在单片机入口处将高电压信号转换成TTL信号。这种高电压传送方式不仅提高了耐噪声能力，而且使开关的触点接触良好，运行可靠，如图2所示。其 中，D1为保护二极管，反向电压≥50 V。

为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚，可以在输入端增加防脉冲的二极管，形成电阻双向保护电路，如图3所示。二极管D1、D2、 D3的正向导通压降UF≈0.7 V，反向击穿电压UBR≈30 V，无论输入端出现何种极性的破坏电压，保护电路都能把该电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即：VI～VCC出现正脉冲时，D1正向导 通；VI～VCC出现负脉冲时，D2反向击穿；VI与地之间出现正脉冲时，D3反向击穿；VI与地之间出现负脉冲时，D3正向导通，二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5～2.5 kΩ，与输入电容C构成积分电路，对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于τ，则输入端承受的有效电压将远低于其幅度；若时间较长，则D1 导通，电流在RS上形成一定的压降，从而减小输入电压值。

此外，一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。如图4所示，R为输入限流电阻，使光耦中的发光二极管电流限制在10～20 mA。输入端靠光信号耦合，在电气上做到了完全隔离。

同时，发光二极管的正向阻抗值较低，而外界干扰源的内阻一般较高，根据分压原理，干扰源能馈送到输入 端的干扰噪声很小，不会产生地线干扰或其他串扰，增强了电路的抗干扰能力。

在满足功能的前提下，提高单片机输入端可靠性最简单的方案是：在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲，或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。

输出电路设计

单片机输出端口受驱动能力的限制，一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别，但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。

1、直接耦合

在采用直接耦合的输出电路中，要避免出现图5所示的电路。

T1截止、T2导通期间，为了对T2提供足够的基极电流，R2的阻值必须很小。因为T2处于射极跟随器方式工作，因此为了减少T2损耗，必须将集射间电压降控制在较小范围内。

这样集基间电压也很小，电阻R2阻值很小才能提供足够的基极电流。R2阻值过大，会大幅度增加T2压降，引起T2发热严重。而在T2截止期间，T1必须导通，高压+15 V全部降在电阻R2上，产生很大的电流，显然是不合理的。

另外，T1的导通将使单片机高电平输出被拉低至接近地电位，引起输出端不稳定。T2基极被T1拉 到地电位，若其后接的是感性负载，由于绕组反电势的作用，T2的发射极可能存在高电平，容易引起T2管基射结反向击穿。

图6为一直接耦合输出电路，由T1和T2组成耦合电路来推动T3。T1导通时，在R3、R4的串联电路中产生电流，在R3上的分压大于T2 晶体管的基射结压降，促使T2导通，T2提供了功率管T3的基极电流，使T3变为导通状态。当T1输入为低电平时，T1截止，R3上压降为零，T2截止， 最终T3截止。R5的作用在于：一方面作为T2集电极的一个负载，另一方面T2截止时，T3基极所储存的电荷可以通过电阻R3迅速释放，加快T3的截止速度，有利于减小损耗。

2.TTL或CMOS器件耦合

若单片机通过TTL或CMOS芯片输出，一般均采用集电极开路的器件，如图7(a)所示。集电极开路器件通过集电极负载电阻R1接至+15 V电源，提升了驱动电压。但要注意的是，这种电路的开关速度低，若用其直接驱动功率管，则当后续电路具有电感性负载时，由于功率管的相位关系，会影响波形 上升时间，造成功率管动态损耗增大。

为了改善开关速度，可采用2种改进形式输出电路，如图7(b)和图7(c)所示。图7(b)是能快速开通的改进电路，当TTL输出高电平 时，输出点通过晶体管T1获得电压和电流，充电能力提高，从而加快开通速度，同时也降低了集电极开路TTL器件上的功耗。图7(c)为推挽式的改进电路， 采用这种电路不但可提高开通时的速度，而且也可提高关断时的速度。输出晶体管T1是作为射极跟随器工作的，不会出现饱和，因而不影响输出开关频率。

3、脉冲变压器耦合

脉冲变压器是典型的电磁隔离元件，单片机输出的开关信号转换成一种频率很高的载波信号，经脉冲变压器耦合到输出级。由于脉冲变压器原、副边线圈间没有电路连接，所以输出是电平浮动的信号，可以直接与功率管等强电元件耦合，如图8所示。

这种电路必须有一个脉冲源，脉冲源的频率是载波频率，应至少比单片机输出频率高10倍以上。脉冲源的输出脉冲送入控制门G，单片机输出信号 由另一端输入G门。当单片机输出高电平时，G门打开，输出脉冲进入变压器，变压器的副线圈输出与原边相同频率的脉冲，通过二极管D1、D2检波后经滤波还 原成开关信号，送入功率管。当单片机输出低电平时，G门关闭，脉冲源不能通过G门进入变压器，变压器无输出。

这里，变压器既传递信号，又传送能量，提高了脉冲源的频率，有利于减轻变压器的体重。由于变压器可通过调整电感量、原副边匝数等来适应不同 推动功率的要求，所以应用起来比较灵活。更重要的是，变压器原副边线圈之间没有电的联系，副线圈输出信号可以跟随功率元件的电压而浮动，不受其电源大小的 影响。

当单片机输出较高频率的脉冲信号时，可以不采用脉冲源和G门，对变压器原副边电路作适当调整即可。

4、光电耦合

光电耦合可以传输线性信号，也可以传输开关信号，在输出级应用时主要用来传递开关信号。

如图9所示，单片机输出控制信号经缓冲器7407放大后送入光耦。R2为光耦输出晶体管的负载电阻，它的选取应保证：在光耦导通时，其输出晶体管可靠饱和；而在光耦截止时，T1可靠饱和。但由于光耦响应速度慢使开关延迟时间加长，限制了其使用频率。

结语

单片机接口技术在很多资料中均有详细的介绍，但在对大量电气控制产品的改造和设计中，经常会碰到用接口芯片所无法解决的问题（如驱动电流大、开关速度慢、抗干扰差等），因此必须寻求另一种电路解决方案。

上述几种输入/输出电路通过广泛的应用表明，其对合理、可靠地实现单片机电气控制系统具有较高的工程实用价值。

公共场所的喷泉一般只是将音乐和喷泉高低简单配合, 或者是采用了高成本复杂的控制系统，搭建复杂的外围电路实现功能；并且多数只能在现场观赏，不能进入家庭。

本文主要介绍基于海速芯TM52F1376单片机控制的小型室内移动式音乐喷泉。它使用了较少的外围器件和较为简单的电路设计，成本低、体积小、水型变换多样，实用性强，适合室内观赏。

系统设计

该系统采集音乐信号，根据音乐信号的强弱来控制水泵电机的转速以及LED彩灯的亮灭。系统的总体结构由音乐输入部分、音响放大部分、单片机控制部分和输出控制部分组成。TM52F1376单片机作为系统的主芯片，一方面采集音乐信号，另一方面依据采集到的音乐信号的强弱输出延时不等的矩形波来控制可控硅的导通时间，进而控制水泵电机的转速，从而达到控制喷水高度的目的。彩灯的亮灭也由单片机依据音乐采样值的大小来控制。

系统硬件设计

硬件系统由单片机电路、音频电路、水泵控制电路、彩灯控制电路、电源电路等组成。

单片机电路

单片机要采集音乐信号，并据此调节I/O口的输出来控制水泵和彩灯。主芯片TM52F1376是8051架构的通用微控制器，片内集成多种功能，包括8K/16K字节的Flash程序存储器，128字节的EEPROM数据存储器，512字节SRAM，低电压复位(LVR)，低电压检测(LVD)，双时钟省电工作模式，8051标准UART和定时器Timer0/Timer1/Timer2，实时计时器Timer3，LCD/LED驱动器，3组16位脉冲宽度调制器，24通道的12位模数转换器(ADC)，I2C串口和看门狗定时器(WDT)等等。

这样不仅可以简化单片机的外围电路，而且处理速度和灵活度都大大增强，并且具有片内调试电路，设计调试周期短。

总体来讲，设计的喷泉控制系统可基于TM52F1376单片机，采用音频放大、可控硅控制等简洁的外围电路，经过焊接、组装、调试后，很好地实现控制功能，具有很强的实用性，尤其是具有体积小、易移动、适合家庭和室内使用的特点。本方案也可以在功能上加以扩展，如加上对乐曲的频域分析，结合频域特点控制水泵；还可以制作雾化器来渲染效果等。