单片机主要作用是控制外围的器件，并实现一定的通信和数据处理。但在某些特定场合，不可避免地要用到数学运算，尽管单片机并不擅长实现算法和进行复杂的运算。下面主要是介绍如何用单片机实现数字滤波。

在单片机进行数据采集时，会遇到数据的随机误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的结果符合统计规律。为克服随机干扰引起的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。滤波算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强。

采用数字滤波算法克服随机干扰的误差具有以下优点：

1、数字滤波无需其他的硬件成本，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题。尤其是数字滤波可以对频率很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。

2、数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低系统开支。

3、只要适当改变滤波器的滤波程序或运算，就能方便地改变其滤波特性，这对于滤除低频干扰和随机信号会有较大的效果。

4、在单片机系统中常用的滤波算法有限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波等。

(1)限幅滤波算法

该运算的过程中将两次相邻的采样相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值A进行比较。A的大小由被测对象的具体情况而定，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效;否则取上次采样值作为本次数据的样本。

算法的程序代码如下：

#defineA //允许的最大差值
chardata; //上一次的数据
char filter()
{
chardatanew; //新数据变量
datanew=get_data(); //获得新数据变量
if((datanew-data)>A||(data-datanew>A))
return data;
else
returndatanew;
}

说明：限幅滤波法主要用于处理变化较为缓慢的数据，如温度、物体的位置等。使用时，关键要选取合适的门限制A。通常这可由经验数据获得，必要时可通过实验得到。

(2)中值滤波算法

该运算的过程是对某一参数连续采样N次(N一般为奇数)，然后把N次采样的值按从小到大排列，再取中间值作为本次采样值，整个过程实际上是一个序列排序的过程。

算法的程序代码如下：
#define N11 //定义获得的数据个数
char filter()
{
charvalue_buff[N]; //定义存储数据的数组
char count,i,j,temp;
for(count=0;count
{
value_buf[count]=get_data();
delay(); //如果采集数据比较慢，那么就需要延时或中断
}
for(j=0;j
{
for(value_buff[i]>value_buff[i+1]
{
temp=value_buff[i];
value_buff[i]=value_buff[i+1];
value_buff[i+1]=temp;
}
}
returnvalue_buff[(N-1)/2];
}

说明：中值滤波比较适用于去掉由偶然因素引起的波动和采样器不稳定而引起的脉动干扰。若被测量值变化比较慢，采用中值滤波法效果会比较好，但如果数据变化比较快，则不宜采用此方法。

(3)算术平均滤波算法

该算法的基本原理很简单，就是连续取N次采样值后进行算术平均。
算法的程序代码如下：
char filter()
{
int sum=0;
for(count=0;count
{
sum+=get_data();
delay():
}
return (char)(sum/N);
}

说明：算术平均滤波算法适用于对具有随机干扰的信号进行滤波。这种信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值附近上下波动。信号的平均平滑程度完全到决于N值。当N较大时，平滑度高，灵敏度低;当N较小时，平滑度低，但灵敏度高。为了方便求平均值，N一般取4、8、16、32之类的2的整数幂，以便在程序中用移位操作来代替除法。

(4)加权平均滤波算法

由于前面所说的“算术平均滤波算法”存在平滑度和灵敏度之间的矛盾。为了协调平滑度和灵敏度之间的关系，可采用加权平均滤波。它的原理是对连续N次采样值分别乘上不同的加权系数之后再求累加，加权系数一般先小后大，以突出后面若干采样的效果，加强系统对参数变化趋势的认识。各个加权系数均小于1的小数，且满足总和等于1的结束条件。这样加权运算之后的累加和即为有效采样值。其中加权平均数字滤波的数学模型是：

式中：D为N个采样值的加权平均值：XN-i为第N-i次采样值;N为采样次数;Ci为加权系数。加权系数Ci体现了各种采样值在平均值中所占的比例。一般来说采样次数越靠后，取的比例越大，这样可增加新采样在平均值中所占的比重。加权平均值滤波法可突出一部分信号抵制另一部分信号，以提高采样值变化的灵敏度。

样例程序代码如下：

char codejq[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; //code数组为加权系数表，存在程序存储区
char codesum_jq=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
char filter()
{
char count;
char value_buff[N];
int sum=0;
for(count=0;count
{
value_buff[count]=get_data();
delay();
}
for(count=0;count
sum+=value_buff[count]*jq[count];
return(char)(sum/sum_jq);
}

(5)滑动平均滤波算法

以上介绍和各种平均滤波算法有一个共同点，即每获取一个有效采样值必须连续进行若干次采样，当采速度慢时，系统的实时得不到保证。这里介绍的滑动平均滤波算法只采样一次，将一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，得到的有效采样值即可投入使用。如果取N个采样值求平均，存储区中必须开辟N个数据的暂存区。每新采集一个数据便存入暂存区中，同时去掉一个最老数据，保存这N个数据始终是最新更新的数据。采用环型队列结构可以方便地实现这种数据存放方式。

程序代码如下：
char value_buff[N];
char i=0;
char filter()
{
char count;
int sum=0;
value_buff[i++]=get_data();
if(i==N)
i=0;
for(count=0;count
sum=value_buff[count];
return (char)(sum/N);
}

(6)低通滤波

将普通硬件RC低通滤波器的微分方程用差分方程来表求，变可以采用软件算法来模拟硬件滤波的功能，经推导，低通滤波算法如下：

Yn=a* Xn+(1-a) *Yn-1
式中 Xn——本次采样值
Yn-1——上次的滤波输出值;
，a——滤波系数，其值通常远小于1;
Yn——本次滤波的输出值。

由上式可以看出，本次滤波的输出值主要取决于上次滤波的输出值(注意不是上次的采样值，这和加权平均滤波是有本质区别的)，本次采样值对滤波输出的贡献是比较小的，但多少有些修正作用，这种算法便模拟了具体有教大惯性的低通滤波器功能。滤波算法的截止频率可用以下式计算：

fL=a/2Pit pi为圆周率3.14…
式中 a——滤波系数;
， t——采样间隔时间;
例如：当t=0.5s(即每秒2次)，a=1/32时;
fL=(1/32)/(2*3.14*0.5)=0.01Hz

当目标参数为变化很慢的物理量时，这是很有效的。另外一方面，它不能滤除高于1/2采样频率的干搅信号，本例中采样频率为2Hz，故对1Hz以上的干搅信号应采用其他方式滤除，

低通滤波算法程序于加权平均滤波相似，但加权系数只有两个：a和1-a。为计算方便，a取一整数，1-a用256-a，来代替，计算结果舍去最低字节即可，因为只有两项，a和1-a，均以立即数的形式编入程序中，不另外设表格。虽然采样值为单元字节(8位A/D)。为保证运算精度，滤波输出值用双字节表示，其中一个字节整数，一字节小数，否则有可能因为每次舍去尾数而使输出不会变化。
设Yn-1存放在30H(整数)和31H(小数)两单元中，Yn存放在32H(整数)和33H(小数)中。滤波程序如下：副表6.

今天就写到这，因为数字滤波的算法还有很多种方法，比如一阶滞后低通滤波器(惯性滤波法)，限时滤波，容错冗余三中取二滤波法等等。不过由于个人能力和时间的原因，还没能把它们一一地列出。以后我会不断地找资料把它们完善。

来源：玩转单片机

通常按键所用的开关都是机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上就稳定的接通，在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开的瞬间伴随了一连串的抖动，如图 8-10 所示。

按键稳定闭合时间长短是由操作人员决定的，通常都会在 100ms 以上，刻意快速按的话能达到 40-50ms 左右，很难再低了。抖动时间是由按键的机械特性决定的，一般都会在 10ms以内，为了确保程序对按键的一次闭合或者一次断开只响应一次，必须进行按键的消抖处理。当检测到按键状态变化时，不是立即去响应动作，而是先等待闭合或断开稳定后再进行处理。按键消抖可分为硬件消抖和软件消抖。

硬件消抖就是在按键上并联一个电容，如图 8-11 所示，利用电容的充放电特性来对抖动过程中产生的电压毛刺进行平滑处理，从而实现消抖。但实际应用中，这种方式的效果往往不是很好，而且还增加了成本和电路复杂度，所以实际中使用的并不多。

在绝大多数情况下，我们是用软件即程序来实现消抖的。最简单的消抖原理，就是当检测到按键状态变化后，先等待一个 10ms 左右的延时时间，让抖动消失后再进行一次按键状态检测，如果与刚才检测到的状态相同，就可以确认按键已经稳定的动作了。将上一个的程序稍加改动，得到新的带消抖功能的程序如下。

#include

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
sbit KEY1 = P2^4;
sbit KEY2 = P2^5;
sbit KEY3 = P2^6;
sbit KEY4 = P2^7;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};

void delay();
void main(){
bit keybuf = 1; //按键值暂存，临时保存按键的扫描值
bit backup = 1; //按键值备份，保存前一次的扫描值
unsigned char cnt = 0; //按键计数，记录按键按下的次数

ENLED = 0; //选择数码管 DS1 进行显示
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 0;
ADDR1 = 0;
ADDR0 = 0;
P2 = 0xF7; //P2.3 置 0，即 KeyOut1 输出低电平
P0 = LedChar[cnt]; //显示按键次数初值

while (1){
keybuf = KEY4; //把当前扫描值暂存
if (keybuf != backup){ //当前值与前次值不相等说明此时按键有动作
delay(); //延时大约 10ms
if (keybuf == KEY4){ //判断扫描值有没有发生改变，即按键抖动
if (backup == 0){ //如果前次值为 0，则说明当前是弹起动作
cnt++; //按键次数+1
//只用 1 个数码管显示，所以加到 10 就清零重新开始
if (cnt >= 10){
cnt = 0;
}
P0 = LedChar[cnt]; //计数值显示到数码管上
}
backup = keybuf; //更新备份为当前值，以备进行下次比较
}
}
}
}
/* 软件延时函数，延时约 10ms */
void delay(){
unsigned int i = 1000;
while (i--);
}
大家把这个程序下载到板子上再进行试验试试，按一下按键而数字加了多次的问题是不是就这样解决了？把问题解决掉的感觉是不是很爽呢？

这个程序用了一个简单的算法实现了按键的消抖。作为这种很简单的演示程序，我们可以这样来写，但是实际做项目开发的时候，程序量往往很大，各种状态值也很多， while(1)这个主循环要不停的扫描各种状态值是否有发生变化，及时的进行任务调度，如果程序中间加了这种 delay 延时操作后，很可能某一事件发生了，但是我们程序还在进行 delay 延时操作中，当这个事件发生完了，程序还在 delay 操作中，当我们 delay 完事再去检查的时候，已经晚了，已经检测不到那个事件了。为了避免这种情况的发生，我们要尽量缩短 while(1)循环一次所用的时间，而需要进行长时间延时的操作，必须想其它的办法来处理。

那么消抖操作所需要的延时该怎么处理呢？其实除了这种简单的延时，我们还有更优异的方法来处理按键抖动问题。举个例子：我们启用一个定时中断，每 2ms 进一次中断，扫描一次按键状态并且存储起来，连续扫描 8 次后，看看这连续 8 次的按键状态是否是一致的。8 次按键的时间大概是 16ms，这 16ms 内如果按键状态一直保持一致，那就可以确定现在按键处于稳定的阶段，而非处于抖动的阶段，如图 8-12。

假如左边时间是起始 0 时刻，每经过 2ms 左移一次，每移动一次，判断当前连续的 8 次按键状态是不是全 1 或者全 0，如果是全 1 则判定为弹起，如果是全 0 则判定为按下，如果0 和 1 交错，就认为是抖动，不做任何判定。想一下，这样是不是比简单的延时更加可靠？

利用这种方法，就可以避免通过延时消抖占用单片机执行时间，而是转化成了一种按键状态判定而非按键过程判定，我们只对当前按键的连续 16ms 的 8 次状态进行判断，而不再关心它在这 16ms 内都做了什么事情，那么下面就按照这种思路用程序实现出来，同样只以K4 为例。

#include

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
sbit KEY1 = P2^4;
sbit KEY2 = P2^5;
sbit KEY3 = P2^6;
sbit KEY4 = P2^7;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
bit KeySta = 1; //当前按键状态

void main(){
bit backup = 1; //按键值备份，保存前一次的扫描值
unsigned char cnt = 0; //按键计数，记录按键按下的次数
EA = 1; //使能总中断
ENLED = 0; //选择数码管 DS1 进行显示
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 0;
ADDR1 = 0;
ADDR0 = 0;
TMOD = 0x01; //设置 T0 为模式 1
TH0 = 0xF8; //为 T0 赋初值 0xF8CD，定时 2ms
TL0 = 0xCD;
ET0 = 1; //使能 T0 中断
TR0 = 1; //启动 T0
P2 = 0xF7; //P2.3 置 0，即 KeyOut1 输出低电平
P0 = LedChar[cnt]; //显示按键次数初值

while (1){
//****************KeySta = KEY4; //把当前扫描值暂存
if (KeySta != backup){ //当前值与前次值不相等说明此时按键有动作
if (backup == 0){ //如果前次值为 0，则说明当前是弹起动作
cnt++; //按键次数+1
if (cnt >= 10){ //只用 1 个数码管显示，所以加到 10 就清零重新开始
cnt = 0;
}
P0 = LedChar[cnt]; //计数值显示到数码管上
}
//更新备份为当前值，以备进行下次比较
backup = KeySta;
}
}
}
/* T0 中断服务函数，用于按键状态的扫描并消抖 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
//扫描缓冲区，保存一段时间内的扫描值
static unsigned char keybuf = 0xFF;

TH0 = 0xF8; //重新加载初值
TL0 = 0xCD;
//缓冲区左移一位，并将当前扫描值移入最低位
keybuf = (keybuf<<1) | KEY4;
//连续 8 次扫描值都为 0，即 16ms 内都只检测到按下状态时，可认为按键已按下
if (keybuf == 0x00){
KeySta = 0;
//连续 8 次扫描值都为 1，即 16ms 内都只检测到弹起状态时，可认为按键已弹起
}else if (keybuf == 0xFF){
KeySta = 1;
}
else{
//其它情况则说明按键状态尚未稳定，则不对 KeySta 变量值进行更新
}
}
这个算法是我们在实际工程中经常使用按键所总结的一个比较好的方法，介绍给大家，今后都可以用这种方法消抖了。当然，按键消抖也还有其它的方法，程序实现更是多种多样，大家也可以再多考虑下其它的算法，拓展下思路。

PWM 在单片机中的应用是非常广泛的，它的基本原理很简单，但往往应用于不同场合上意义也不完全一样，这里我先把基本概念和基本原理给大家介绍一下，后边遇到用的时候起码知道是个什么东西。

PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，它的中文名字是脉冲宽度调制，一种说法是它利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种有效的技术，其实就是使用数字信号达到一个模拟信号的效果。这是个什么概念呢？我们一步步来介绍。

首先从它的名字来看，脉冲宽度调制，就是改变脉冲宽度来实现不同的效果。我们先来看三组不同的脉冲信号，如图 10-1 所示。

这是一个周期是 10ms，即频率是 100Hz 的波形，但是每个周期内，高低电平脉冲宽度各不相同，这就是 PWM 的本质。在这里大家要记住一个概念，叫做“占空比”。占空比是指高电平的时间占整个周期的比例。比如第一部分波形的占空比是 40%，第二部分波形占空比是 60%，第三部分波形占空比是 80%，这就是 PWM 的解释。

那为何它能对模拟电路进行控制呢？大家想一想，我们数字电路里，只有 0 和 1 两种状态，比如我们第 2 章学会的点亮 LED 小灯那个程序，当我们写一个 LED = 0;小灯就会长亮，当我们写一个 LED = 1;小灯就会灭掉。当我们让小灯亮和灭间隔运行的时候，小灯是闪烁。

如果我们把这个间隔不断的减小，减小到我们的肉眼分辨不出来，也就是 100Hz 以上的频率，这个时候小灯表现出来的现象就是既保持亮的状态，但亮度又没有 LED = 0;时的亮度高。那我们不断改变时间参数，让 LED = 0;的时间大于或者小于 LED = 1;的时间，会发现亮度都不一样，这就是模拟电路的感觉了，不再是纯粹的 0 和 1，还有亮度不断变化。大家会发现，如果我们用 100Hz 的信号，如图 10-1 所示，假如高电平熄灭小灯，低电平点亮小灯的话，第一部分波形熄灭 4ms，点亮 6ms，亮度最高，第二部分熄灭 6ms，点亮 4ms，亮度次之，第三部分熄灭 8ms，点亮 2ms，亮度最低。那么用程序验证一下我们的理论，我们用定时器T0 定时改变 P0.0 的输出来实现 PWM，与纯定时不同的是，这里我们每周期内都要重载两次定时器初值，即用两个不同的初值来控制高低电平的不同持续时间。为了使亮度的变化更加明显，程序中使用的占空比差距更大。
#include
sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned char HighRH = 0; //高电平重载值的高字节
unsigned char HighRL = 0; //高电平重载值的低字节
unsigned char LowRH = 0; //低电平重载值的高字节
unsigned char LowRL = 0; //低电平重载值的低字节

void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);
void ClosePWM();

void main(){
unsigned int i;
EA = 1; //开总中断
ENLED = 0; //使能独立 LED
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;

while (1){
ConfigPWM(100, 10); //频率 100Hz，占空比 10%
for (i=0; i<40000; i++);
ClosePWM();
ConfigPWM(100, 40); //频率 100Hz，占空比 40%
for (i=0; i<40000; i++);
ClosePWM();
ConfigPWM(100, 90); //频率 100Hz，占空比 90%
for (i=0; i<40000; i++);
ClosePWM(); //关闭 PWM，相当于占空比 100%
for (i=0; i<40000; i++);
}
}
/* 配置并启动 PWM，fr-频率，dc-占空比 */
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc){
unsigned int high, low;
unsigned long tmp;

tmp = (11059200/12) / fr; //计算一个周期所需的计数值
high = (tmp*dc) / 100; //计算高电平所需的计数值
low = tmp - high; //计算低电平所需的计数值
high = 65536 - high + 12; //计算高电平的重载值并补偿中断延时
low = 65536 - low + 12;//计算低电平的重载值并补偿中断延时

HighRH = (unsigned char)(high>>8); //高电平重载值拆分为高低字节
HighRL = (unsigned char)high;
LowRH = (unsigned char)(low>>8); //低电平重载值拆分为高低字节
LowRL = (unsigned char)low;

TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1
TH0 = HighRH; //加载 T0 重载值
TL0 = HighRL;
ET0 = 1; //使能 T0 中断
TR0 = 1; //启动 T0
PWMOUT = 1; //输出高电平
}
/* 关闭 PWM */
void ClosePWM(){
TR0 = 0; //停止定时器
ET0 = 0; //禁止中断
PWMOUT = 1; //输出高电平
}
/* T0 中断服务函数，产生 PWM 输出 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
if (PWMOUT == 1){ //当前输出为高电平时，装载低电平值并输出低电平
TH0 = LowRH;
TL0 = LowRL;
PWMOUT = 0;
}else{ //当前输出为低电平时，装载高电平值并输出高电平
TH0 = HighRH;
TL0 = HighRL;
PWMOUT = 1;
}
}
需要提醒大家的是，由于标准 51 单片机中没有专门的 PWM 模块，所以我们用定时器加中断的方式来产生 PWM，而现在有很多的单片机都会集成硬件的 PWM 模块，这种情况下需要我们做的就仅仅是计算一下周期计数值和占空比计数值然后配置到相关的 SFR 中即可，既使程序得到了简化又确保了 PWM 的输出品质（因为消除了中断延时的影响）。

大家编译下载程序后，会发现小灯从最亮到灭一共 4 个亮度等级。如果我们让亮度等级更多，并且让亮度等级连续起来，会产生一个小灯渐变的效果，与呼吸有点类似，所以我们习惯上称之为呼吸灯，程序代码如下，这个程序用了 2 个定时器 2 个中断，这是我们第一次这样用，大家可以学习一下。我们来试试这个程序，试完了大家一定要能自己把程序写出来，切记。
纯文本复制
#include
sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned long PeriodCnt = 0; //PWM 周期计数值
unsigned char HighRH = 0; //高电平重载值的高字节
unsigned char HighRL = 0; //高电平重载值的低字节
unsigned char LowRH = 0; //低电平重载值的高字节
unsigned char LowRL = 0; //低电平重载值的低字节
unsigned char T1RH = 0; //T1 重载值的高字节
unsigned char T1RL = 0; //T1 重载值的低字节

void ConfigTimer1(unsigned int ms);
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);

void main(){
EA = 1; //开总中断
ENLED = 0; //使能独立 LED
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;

ConfigPWM(100, 10); //配置并启动 PWM
ConfigTimer1(50); //用 T1 定时调整占空比
while (1);
}
/* 配置并启动 T1，ms-定时时间 */
void ConfigTimer1(unsigned int ms){
unsigned long tmp; //临时变量
tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率
tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值
tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值
tmp = tmp + 12; //补偿中断响应延时造成的误差
T1RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节
T1RL = (unsigned char)tmp;
TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位
TMOD |= 0x10; //配置 T1 为模式 1
TH1 = T1RH; //加载 T1 重载值
TL1 = T1RL;
ET1 = 1; //使能 T1 中断
TR1 = 1; //启动 T1
}
/* 配置并启动 PWM，fr-频率，dc-占空比 */
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc){
unsigned int high, low;
PeriodCnt = (11059200/12) / fr; //计算一个周期所需的计数值
high = (PeriodCnt*dc) / 100; //计算高电平所需的计数值
low = PeriodCnt - high; //计算低电平所需的计数值
high = 65536 - high + 12; //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时
low = 65536 - low + 12; //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时
HighRH = (unsigned char)(high>>8); //高电平重载值拆分为高低字节
HighRL = (unsigned char)high;
LowRH = (unsigned char)(low>>8); //低电平重载值拆分为高低字节
LowRL = (unsigned char)low;

TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1
TH0 = HighRH; //加载 T0 重载值
TL0 = HighRL;
ET0 = 1; //使能 T0 中断
TR0 = 1; //启动 T0
PWMOUT = 1; //输出高电平
}
/* 占空比调整函数，频率不变只调整占空比 */
void AdjustDutyCycle(unsigned char dc){
unsigned int high, low;
high = (PeriodCnt*dc) / 100; //计算高电平所需的计数值
low = PeriodCnt - high; //计算低电平所需的计数值
high = 65536 - high + 12; //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时
low = 65536 - low + 12; //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时

HighRH = (unsigned char)(high>>8); //高电平重载值拆分为高低字节
HighRL = (unsigned char)high;
LowRH = (unsigned char)(low>>8); //低电平重载值拆分为高低字节
LowRL = (unsigned char)low;
}
/* T0 中断服务函数，产生 PWM 输出 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
if (PWMOUT == 1){ //当前输出为高电平时，装载低电平值并输出低电平
TH0 = LowRH;
TL0 = LowRL;
PWMOUT = 0;
}else{ //当前输出为低电平时，装载高电平值并输出高电平
TH0 = HighRH;
TL0 = HighRL;
PWMOUT = 1;
}
}
/* T1 中断服务函数，定时动态调整占空比 */
void InterruptTimer1() interrupt 3{
static bit dir = 0;
static unsigned char index = 0;
unsigned char code table[13] = { //占空比调整表
5, 18, 30, 41, 51, 60, 68, 75, 81, 86, 90, 93, 95
};

TH1 = T1RH; //重新加载 T1 重载值
TL1 = T1RL;
AdjustDutyCycle(table[index]); //调整 PWM 的占空比
if (dir == 0){ //逐步增大占空比
index++;
if (index >= 12){
dir = 1;
}
}else{ //逐步减小占空比
index--;
if (index == 0){
dir = 0;
}
}
}

呼吸灯效果做出来后，利用这个基本原理，其它各种效果的灯光闪烁都应该可以做出来，大家看到的 KTV 里边那绚丽的灯光闪烁，其实就是采用的 PWM 技术控制的。

来源：玩转单片机

来源：玩转单片机

单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

⒈ 电源:
⑴ VCC - 芯片电源，接+5V；
⑵ VSS - 接地端；
⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
⒊ 控制线:控制线共有4根，
⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵ PSEN:外ROM读选通信号。
⑶ RST/VPD:复位/备用电源。
① RST（Reset）功能：复位信号输入端。
② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
① EA功能：内外ROM选择端。
② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
⒋ I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。
1、 电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极（地）接20管脚。
2、 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶体震荡器，电容，连上就能了，按图1接上即可。
3、 复位管脚：按图1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。
4、 EA管脚：EA管脚接到正电源端。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。

我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个管脚相连，不然单片机就没法控制它了，那么和哪个管脚相连呢？单片机上除了刚才用掉的5个管脚，还有35个，我们将这个LED和1脚相连。（见图1，其中R1是限流电阻）

按照这个图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。因此要1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1管脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，总不能就叫它一脚吧？叫它什么名字呢？设计51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它P1.0，这是规定，不能由我们来更改。

名字有了，我们又怎样让它变'高'或变'低'呢？叫人做事，说一声就能，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个管脚输出高电平的指令是SETB，让一个管脚输出低电平的指令是CLR。因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETB P1.0，要P1.0输出低电平，只要写 CLR P1.0就能了。

现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了，但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢？总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题，还得有几步要走。第一，计算机看不懂SETB CLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。计算机能懂什么呢？它只懂一样东西——数字。因此我们得把SETB P1.0变为（D2H,90H ），把CLR P1.0变为 （C2H,90H ），至于为什么是这两个数字，这也是由51芯片的设计者--INTEL规定的，我们不去研究。第二步，在得到这两个数字后，怎样让这两个数字进入单片机的内部呢？这要借助于一个硬件工具"编程器"。如果你还不知道是什么是编程器，我来介绍一下，就是把你在电脑上写出来来的代码用汇编器等编译器生成的一个目标烧写到单片机的eprom里面去的工具，80c51这种类型的单片机编程是一件很麻烦的事情，必要要先装到编程器上编程后才能在设备上使用，而目前最新的AT89s51或者STC89C51单片机能支持在线编程（isp）功能，不用拔出来利用简单的电路就可以实现把代码写入单片机内部，本站有详细的编程器制作教程下载。

下面我们来实战一下：下图(图2)所示的软件名字叫keil —>点此下载，是用来编写程序代码并生成一个可以写入到单片机芯片的Hex文件（我们人要控制单片机只能用汇编语言或者C语言而单片机不认识怎么办呢？所以keil这个软件就把程序语言转换成了一种特定格式的Hex文件，只要把这个文件下载到单片机芯片单片机就会按我们程序的思路来运行）

好了…… ，我们把 SETB P1.0 这条汇编语句用keil软件编译生成Hex文件，然后用图3所示的软件和图1所示的硬件（用串口连接电脑）下载到我们已经做好的电路板上的单片机芯片里去（图省事的话建议直接买个开发板），然后接通电源……什么?灯不亮？这就对了，因为我们写进去的指令就是让P10输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。所以要将keil编缉区的内容改为CLR P1.0，重新编译生成Hex文件，重新下载，接电，好，灯亮了。因为我们写入的Hex就是让P10输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片机中的内容，就能改变电路的输出效果。

来源：赛迪顾问

一、下游应用牵引MCU产业前景向好

（一）物联网

自上世纪70年代问世以来，单片机（Microcontroller Unit，MCU）就凭借其极强的通用型和极高的研发普及率成为全球嵌入式电子应用领域不可或缺的核心部件。网络通信、工业控制、汽车电子、消费电子、金融电子等领域都离不开MCU产品的支持。未来，物联网相关应用将是集成电路（Integrated Circuit，IC）和电子信息终端产品的发展方向，无论是工业制造业、汽车还是消费电子，都在向互联互通的方向演进升级。新增的物联网设备和老旧设备的物联网替代将是未来发展的主题。

通常情况下，物联网设备都需要具备嵌入式控制、传感数据采集、能耗控制及数据交互通信等功能。在数据吞吐量较大、通信协议较复杂、对主控芯片运算精度要求较高的场合，主流的解决方案多采用32位MCU；而在轻负荷、要求快速响应的应用中，16位及8位MCU仍有大量需求，特别是8位MCU凭借其成本优势及开发的便利，在一些颗粒度较小的模块中仍然大规模使用。综合来看，随着下游物联网产业的演进和相关技术的快速发展，MCU市场必将延续高速稳定增长的态势。

（二）智能卡

数据显示，MCU芯片在智能卡领域的出货量接近50%，而从销售收入看，智能卡领域的收入占比达到15.8%。近年来，随着加密算法、NFC等相关技术的逐渐成熟，搭载MCU芯片的智能IC卡（Integrated Circuit Card）已基本覆盖日常消费、金融支付、政府及公共事务等各个领域。特别是金融IC卡方面，在政策引导和市场驱动的双重作用下正在加快普及。

目前，全国近400家商业银行中绝大多数都已经发行了金融IC卡。其全面替代磁条卡已成定局。与此同时，银联芯片卡标准已相继落地泰国等旅游业发达的东南亚国家，实现了我国自主研发金融技术标准的对外输出。预计未来几年，智能卡市场将迎来爆发式增长，这也将直接拉动上游的MCU市场。

（三）汽车电子

在汽车智能化的演进趋势下，越来越多的MCU产品被应用于新型智能驾驶控制系统以实现半自动驾驶、自动泊车、巡航控制以及电子稳定控制（ESC）等功能。与此同时，越来越多的汽车制造商开始致力于扩展驾驶辅助系统功能，使之在5-10年后能够最终实现无人驾驶功能，这将为车用MCU和传感器市场的发展带来机会。

新能源汽车方面，据中国汽车工业协会统计，截至2016年11月，我国累计生产新能源汽车42.7万辆，销售40.2万辆。新能源汽车的快速发展也直接拉动了汽车电子用MCU芯片的市场需求。配备大容量片上存储空间和更多I/O接口功能的32位MCU目前已被广泛应用于监视新能源汽车的电池状态，以及纯电动或混动车的启动电功率。未来汽车电子应用仍将是MCU市场的主要增长动力之一。

二、投资MCU企业的三种思路

（一）入股MCU龙头企业，快速切入下游市场

2016年，高通收购恩智浦、软银收购ARM公司无疑是集成电路产业界的两起重磅事件。巧合的是，这两件收购案的标的都与MCU产品有关。恩智浦继2015年收购飞思卡尔后，已成为汽车电子领域MCU的当之无愧的领军企业；而ARM则早已凭借其划时代的IP架构左右着MCU产业生态。成熟型MCU相关企业在研发实力、供应链、市场认可度及客户渠道等方面都具有显著优势。收购成熟型企业一方面可以直接补齐自有产品线，扩大专利覆盖度，优势技术互补形成完整解决方案，同时可通过规模效应实现外延式增长并降低运营成本；另一方面可以快速切入其所在下游应用领域，拓展应用市场范围，扩大市场占有率。

（二）并购成长型MCU及IP设计公司，提升技术层次

成熟型企业间的兼并重组往往是出于战略布局需要，这些公司的普遍特点是运营状况良好，盈利能力较强，市场占有率较高。与之相比，一些初创型或中等体量的芯片企业一方面或多或少存在运营效率低下、产品线较为单一、资金不足或缺乏完善销售渠道等问题；另一方面又在某些细分领域具有技术先进性。这样的公司虽然尚未在市场上占有一席之地，且短时间内难以贡献业绩，却可以作为投资方补齐短板、拓展市场、布局新领域的技术储备。同样地，一些大型芯片企业由于战略布局的需要，会对一些非核心业务部门进行剥离或调整，这些部门也进入了资本市场。国际知名MCU供应商微芯科技就一直贯彻着这种扩张性收购战略。自2010年以来先后凭借收购获得了存储器控制、蓝牙及Wi-Fi无线连接、车载娱乐系统、悬浮手势、屏幕触控、气体监测等方面的相关技术及专利，持续提升着其MCU技术层次。

（三）搭车全球产能扩张，投资产业链下游环节

MCU虽然属于通用型芯片，但是汽车、工业、网络通信等应用领域因其具有不同的行业标准，对工艺的要求也有较大差别。因此，国际MCU领军厂商多采取IDM的运营策略。目前，中国大陆及台湾地区的MCU设计企业基本都是Fabless的经营模式，整体实力及营收规模方面与国际领先厂商有着较大差距，因此在工艺流程环节基本不具备议价能力，产业链环节缺失；此外，申请行业认证的周期一般较长。以汽车电子用芯片为例，从前期研发到通过最终验证可能需要2-3年的时间，这与大陆及台湾半导体厂商产品快速上市的经营理念相悖。随着新能源汽车产业、智能制造产业的迅速发展，MCU的应用场景也将持续拓展，投资产业链下游的制造环节，完善针对不同应用领域的工艺技术，打造虚拟IDM集团的投资路径初步显现。

三、关注国际并购把脉市场契机

（一）密切关注全球产业界重大兼并重组

同业公司间的兼并重组多出于扩展产品线、扩大市场份额等目的，而在体量较大的并购案后，往往会出现一系列连锁的业务优化调整举措，如NXP在收购Freescale仅一个月后，便将其RF部门出售给中国建广资本；2016年6月，又宣布将分立器件及逻辑IC部门出售给建广资本为首的中国财团。无独有偶，2016年11月，中国IC设计公司华大半导体发布声明，将通过旗下的晶门科技收购微芯公司的触控技术资产；而就在今年2月份，微芯公司刚刚完成对另一家触控芯片提供商爱特梅尔（Atmel）的收购。因此，中国产业界公司及金融资本应密切关注国际IC巨头的战略层面的合纵连横，通过聘请专业的行业咨询公司等途径拆解分析并购双方的业务及产品线，以发现潜在的投资机会。

（二）重点考察下游应用优势企业

当前，全球主流MCU厂家的高端产品基本都是基于ARM或8051架构。不同于专注某一嵌入式应用场景的SoC芯片，MCU产品更强调通用性，且由于MCU芯片对集成度和工艺制程的要求相对较低，国际大厂之间基本不存在技术壁垒。在市场上的产品趋于同质化的环境下，各家MCU厂商的策略是深耕下游应用领域以取得差异化竞争优势，如NXP在智能卡领域份额较高，而瑞萨电子则在汽车电子领域优势明显。未来，随着集成电路企业势力范围的划定，一家公司通吃下游领域的可能性将微乎其微。因此，下游应用市场前景将直接决定芯片提供商的可持续发展能力。

（三）“异构”产品短时间内难以爆发

除了目前绝对主流的ARM架构和传统的8051架构，目前市面上还有基于MIPS架构的MCU产品。2015年9月，Microchip宣布将其基于新的MIPS M5150架构的PIC32MZ产品系列的时钟频率提升至200MHz。虽然在某些参数性能上，非主流架构MCU能够取得局部领先，但是由于其应用范围较窄，相关研发人员不足，产业生态基础极为薄弱。以服务器芯片领域作为对比，Power架构、MIPS架构的服务器芯片始终未能获得市场认可。IBM在中国普及Power架构的力度不可谓不大，但是目前却依然没有一家公司做出成绩。因此，在没有颠覆性的技术革新的情况下，ARM架构及8051架构MCU依然将会占据绝大部分市场份额。