单片机

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

能用unsiged就不用signed;
能用char就不用int;
能不用floating就不用。
能用位操作不用算数。

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

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。

(1) 求余运算

N= N %8 可以改为N = N &7

三极管在数字电路里的开关特性，最常见的应用有 2 个：一个是控制应用，一个是驱动应用。所谓的控制就是如图 3-7 里边介绍的，我们可以通过单片机控制三极管的基极来间接控制后边的小灯的亮灭，用法大家基本熟悉了。还有一个控制就是进行不同电压之间的转换控制，比如我们的单片机是 5V 系统，它现在要跟一个 12V 的系统对接，如果 IO 直接接 12V电压就会烧坏单片机，所以我们加一个三极管，三极管的工作电压高于单片机的 IO 口电压，用 5V 的 IO 口来控制 12V 的电路，如图 3-8 所示。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2017-04/wen_zhang_/100005719-17818-1.png&q…; alt=""></center>
<center><i>图 3-8 三极管实现电压转换</i></center>

单片机程序死机，跑飞了可以从以下几个方面查找原因：

<strong>1</strong>
意外中断。是否打开了某个中断，但是没有响应和清除中端标志，导致程序一直进入中断，造成死机假象;

<strong>2</strong>
中断变量处理不妥。若定义某些会在中断中修改的全局变量，这时要注意两个问题：首先为了防止编译器优化中断变量，要在这些变量定义时前加volatile，其次在主循环中读取中断变量前应该首先关闭全局中断，防止读到一半被中断给修改了，读完之后再打开全局中断;否则出现造成数据乱套。

<strong>3</strong>
地址溢出，常见错误为指针操作错误。我要着重说的是数组下标使用循环函数中循环变量，如果循环变量没控制好则会出现数组下标越界，意外修改系统的寄存器造成死机，这种情况下如果死机说明运气好，否则后面不知道发生什么头疼的事。

<strong>4</strong>
无条件的死循环;比如使用while(x);等待电平变化，正常情况下x都会变成0，就怕万一，因此最好加上时间限制;

<strong>状态机的概念</strong>

状态机是软件编程中的一个重要概念。比这个概念更重要的是对它的灵活应用。在一个思路清晰而且高效的程序中，必然有状态机的身影浮现。

比如说一个按键命令解析程序，就可以被看做状态机：本来在A状态下，触发一个按键后切换到了B状态；再触发另一个键后切换到C状态，或者返回到A状态。这就是最简单的按键状态机例子。实际的按键解析程序会比这更复杂些，但这不影响我们对状态机的认识。

进一步看，击键动作本身也可以看做一个状态机。一个细小的击键动作包含了：释放、抖动、闭合、抖动和重新释放等状态。

同样，一个串行通信的时序（不管它是遵循何种协议，标准串口也好、I2C也好；也不管它是有线的、还是红外的、无线的）也都可以看做由一系列有限的状态构成。

显示扫描程序也是状态机；通信命令解析程序也是状态机；甚至连继电器的吸合/释放控制、发光管（LED）的亮/灭控制又何尝不是个状态机。

当我们打开思路，把状态机作为一种思想导入到程序中去时，就会找到解决问题的一条有效的捷径。有时候用状态机的思维去思考程序该干什么，比用控制流程的思维去思考，可能会更有效。这样一来状态机便有了更实际的功用。
程序其实就是状态机。

设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：电路原理图的设计，产生网络表，印制电路板的设计。不管是板上的器件布局还是走线等等都有着具体的要求。

例如，输入输出走线应尽量避免平行，以免产生干扰。两信号线平行走线必要是应加地线隔离，两相邻层布线要尽量互相垂直，平行容易产生寄生耦合。电源与地线应尽量分在两层互相垂直。线宽方面，对数字电路PCB可用宽的地线做一回路，即构成一地网（模拟电路不能这样使用），用大面积铺铜。

下面这篇文章就单片机控制板设计需要注意的原则和一些细节问题进行了说明。

<strong>1．元器件布局</strong>

在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（ROM、RAM），如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。

<strong>2．去耦电容</strong>

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。

<strong>采用数字滤波算法克服随机干扰的误差具有以下优点：</strong>

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

看过标题，可能很多朋友都会冒出很多疑问：单片机？单片机不是电子设计的心脏吗？它的心脏又是什么？

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2017-03/wen_zhang_/100005300-16798-0.png&q…; alt="你知道单片机的“心脏”是怎么工作的吗？"></center>

无论是单片机还是微处理器，它们的核心都是大规模的时序逻辑电路，而驱动时序逻辑电路的动力则是准确而稳定的时钟源——不要小看定语“准确而稳定”哦，实际上人类的科技之所以能如此稳定、高速的发展，就是离不开准确而稳定的时钟源。比如单片机所使用的晶体振荡器，就是一种比较准确的时钟源。

在晶体振荡器之前，振荡源一般是LC振荡电路等电路，但它们会受到外界的影响（振动、温度等），其误差可能达到kHz级别。长时间的工作情况下其准确度也难以保证。无线电和数字电路的发展迫使一种准确且稳定的时钟源诞生，于是就有了晶体振荡器。

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。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2017-03/wen_zhang_/100005289-16761-1.png&q…; alt="单片机按键消抖程序"></center>
<center><i>图 8-10 按键抖动状态图</i></center>

我要问的不是如何制作烧写接口。 而是，电脑在通过接口向单片机烧写时(此时单片机 内没有程序)，电脑是如何通过接口访问内部rom的??对应p口怎么就会指向单片机内部rom(就像单片机是一个rom?

有三种方式：
1、把单片机当做一个ROM芯片，早期的单片机都是如此。将单片机放在通用编程上编程时，就像给28C256这样的ROM中写程序的过程一样。只是不同的单片机使用的端口，编程用的时序不一样。

2、像AT89S52或AVR单片机一样，在单片机上有SPI接口，这时用专用的下载线将程序烧写到单片机中。这时不同的是，单片机的CPU除了执行单片机本身的指令之外，还能执行对ROM进行操作的特殊指令，如ROM擦除、烧写和校验指令。在编程ROM时，下载线先通过传输这些指令给CPU执行(擦除ROM、读入数据、烧写ROM、和校验ROM)，这样完成对单片机的ROM的烧写。此外，现在普遍使用的JTAG仿真器也是这样，单片机的CPU能执行JTAG的特殊指令，完成对ROM的烧写操作。

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。