单片机

工业和家用电器市场中的各种应用要求使用数学运算来实现不同的算法和计算。基于 Cortex®-M0+的单片机包含加法、减法和乘法指令。Cortex-M0+架构没有用于除法运算的汇编指令，除法逻辑可以根据不同的编译器而变化。基于 Arm® Cortex-M0+的单片机（MCU）具有一个可配置选项，可通过该选项使用快速乘法器进行乘法运算。基于该可配置选项，乘法运算可以为单个周期指令到最多 32 个周期指令不等。

SAMC21（一款 Cortex-M0+ MCU）非常适合需要数学计算的应用。SAMC21 MCU 具有可进行乘法运算的快速单周期乘法器选项，还具有一个新的外设，称为除法和平方根加速器（Division and Square Root Accelerator，DIVAS），可用于执行快速除法和平方根运算。

1. 概念

单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程。即逐条指令的过程。计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。

取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。

分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。

计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。

一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。因而一开机即可执行指令。

下面我们将举个实例来说明指令的执行过程：

开机时，程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。

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

单片机的基准电压一般为3.3V，如果外部信号超过了AD测量范围，可以采用电阻分压的方法，但是要注意阻抗匹配问题。比如，SMT32的模数输入阻抗约为10K，如果外接的分压电阻无法远小于该阻值，则会因为信号源输出阻抗较大，AD的输入阻抗较小，从而输入阻抗对信号源信号的电压造成分压，最终导致电压读取误差较大。

因此对于使用单片机读取外部信号电压，外接分压电阻必须选用较小的电阻，或者在对功耗有要求的情况下，可选用大阻值的电压分压后，使用电压跟随器进行阻抗匹配（电压跟随器输入阻抗可达到几兆欧姆，输出阻抗为几欧姆甚至更小）。如果信号源的输出阻抗较大，可采用电压跟随器匹配后再接电阻分压。

对于外置的ADC芯片，在选型时，要留意其类型（SAR型、开关电容型、FLASH型、双积分型、Sigma-Delta型），不同类型的ADC芯片输入阻抗不同——

1、SAR型：这种ADC内阻都很大，一般500K以上。即使阻抗小的ADC，阻抗也是固定的。所以即使只要被测源内阻稳定，只是相当于电阻分压，可以被校正；

很多新手在单片机上走的第一步是点亮第一个LED灯，实际上因为开发板的不同，所编写的代码也不同，关键是你要去了解你用的开发板的电路布局。对于电路方面的知识我这里也不祥讲，我要做的是无论你用哪一种开发板我的文章都能帮助你。

　　P0 = 0xFE;

　　这句代码大家不陌生。

void main(){
　　　　unsigned char count = 0;
　　　　while(1){
　　　　　　P0 = ~(0x01 << count);
　　　　　　Delay();　　　　//单独实现一个延时函数
　　　　　　count++;
　　　　　　if(count > =8){
　　　　　　　　count = 0;
　　　　　　}
　　　　}
　　}

以上就是实现流水灯的基本代码，这里没有电路供你分析，但是无论什么开发板，核心代码可以用以上代码实现。

我相信你能看到这里也是有点基础的，这里的延时函数Delay，接下来要讲的是定时器，定时器就是可以替代延时函数的。

一、使用USART发送数据

我们在写单片机程序的时候，在Debug时，往往要用到串口输出信息，这是会使用printf打印出我们想要的信息来，但是printf有一个弊端，就是输出打印时间较长。这样在一些对时间精度要求非常高的场合，使用printf将会带来一系列问题，这时，如果使用单片机的USART自定义一个协议，直接发送数据到上位机，将会得到我们想要的效果。

下面对怎样使用USART发送数据做一个整理。

1、发送单个字符
<pre style="overflow-x:auto; background-color:#e9e9e9;">void USART1_PutChar(u8 ch)
{
USART_SendData8(USART1,(u8)ch);

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);
}</pre>

首先什么是执行效率。我们平常所说的执行效率就是使用相同的算法在相同输入条件下完成相同计算所产生的系统开销，目前来说一般会更多关注执行时间方面的开销。所有语言编写的代码最终要运行，都要转化成机器码。在更短的时间内完成相同的事那么效率就高。

关于如何提高C语言程序的执行效率，有如下建议：

1.尽量避免调用延时函数

没有带操作系统的程序只能在while(1)里面循环执行，如果在这里面调用大量的延时这样会很消耗CPU的资源，延时等于是让他在这歇着不干事了，只有中断里面的才会执行。如果仅仅是做一个LED一秒闪烁一次的程序，那么很简单，可以直接调用延时函数，但是实际的项目中往往在大循环里有很多事要做，对于实时性要求较高的场合就不行了。为了避免使用延时，可以使用定时器中断产生一个标志位，到了时间标志位置1，在主程序里面只需要检测标志位，置1了才执行一次，然后清标志。其他时间就去做别的事了，而不会在这等待了。最好的例子就是数码管的显示，使用中断调显示，在我们的例程里面有。然后是那个按键检测的，一般的程序都是做的while(!key)等待按键释放，如果按键一直按着，那后面的程序就永远得不到运行死在这了，其实可以做一个按键标志检测下降沿和上升沿就可以避免这个问题了。

启动代码通常都烧写在flash中，它是系统一上电就执行的一段程序，它运行在任何用户c代码之前。上电后，arm处理器处于arm态，运行于管理模式，同时系统所有中断被禁止，pc到地址0处取指令执行。一个可执行映像文件必须有个入口点，而能放在rom起始处的映像文件的入口地址也必须设置为0。

在汇编语言中，我们已经说过怎样定义一个程序的入口点，当工程中有多个入口点时，需要在连接器中使用-entry指出程序的入口点。如果用户创建的程序中，包含了main函数，则与c库初始化代码对应的也会有个入口点。

总的来说，启动代码主要完成两方面的工作，一是初始化执行环境，例如中断向量表、堆栈、i/o等；二是初始化c库和用户应用程序。

在第一阶段，启动代码的人物可以描述为：

（1）建立中断向量表；
（2）初始化存储器；
（3）初始化堆栈寄存器；
（4）初始化i/o以及其他必要的设备；
（5）根据需要改变处理器的状态。

建立中断向量表

PIC16(L)F18324/18344单片机具有模拟外设、独立于内核的外设和通信外设，结合超低功耗（eXtreme Low Power，XLP）技术，适合各种通用和低功耗应用。外设引脚选择（Peripheral Pin Select，PPS）功能支持在使用数字外设（CLC、CWG、CCP、PWM和通信）时进行引脚映射，提高了应用设计灵活性。

<a href="http://mcu.eetrend.com/files/2018-05/wen_zhang_/100011784-41781-6.pdf">…《PIC16(L)F18324/18344——采用XLP技术的全功能低引脚数单片机》</a>