單片機原理

單片機到底是什么呢?就是一個電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全:它內(nèi)部也有和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。排煙罩VCD等等的家電里面都可以看到它的身影!......它主要是作為控制部分的核心部件。

單片機是靠程序工作的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板!但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別!只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性!

由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言(近幾年，C語言也開始廣泛被應(yīng)用)，它是除了二進(jìn)制機器碼以外最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢?很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢?原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺寸!對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC也是承受不了的。

目前最常用的單片機為MCS-51，是由美國INTEL公司(生產(chǎn)CPU的英特爾)生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機。

單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，

單片機芯片

常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，相當(dāng)于一個微型的計算機(最小系統(tǒng))，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。

由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。

INTEL的8080是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，當(dāng)時的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機，直到目前基于8031的單片機還在廣泛的使用。在很多方面單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的處理器，隨著單片機家族的發(fā)展壯大，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。

現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機。 汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作!單片機的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。

單片機是指芯片本身，而單片機系統(tǒng)是為實現(xiàn)某一個控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，這是單片機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機開發(fā)系統(tǒng)是指單片機開發(fā)調(diào)試的工具。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機自動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作;單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令(這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí)行的指令)，這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲功能的部件--存儲器中。存儲器由許多存儲單元(最小的存儲單位)組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。

單片機作為計算機發(fā)展的一個重要分支領(lǐng)域，根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。

這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設(shè)計的;專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。

這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的。總線型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。

這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強;用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。

1、主流單片機包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。

芯片

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化;

3、單片機可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時無故障;

4、處理功能強，速度快。

5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品

6、控制功能強

7、環(huán)境適應(yīng)能力強。

1.運算器

運算器由運算部件--算術(shù)邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit，簡稱ALU)、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運算，輸入來源為兩個8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。例如，兩個數(shù)6和7相加，在相加之前，操作數(shù)6放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時，ALU即把兩個數(shù)相加并把結(jié)果13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容6。

運算器有兩個功能:

(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運算。

(2) 執(zhí)行各種邏輯運算，并進(jìn)行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較。

運算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術(shù)操作產(chǎn)生一個運算結(jié)果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。

2.控制器

控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的"決策機構(gòu)"，即協(xié)調(diào)和指揮整個微機系統(tǒng)的操作。其主要功能有:

(1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。

(2) 對指令進(jìn)行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作。

(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。

微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。

3.主要寄存器

(1)累加器A

圖1-2 單片機組成框圖

累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運算時它有雙功能:運算前，用于保存一個操作數(shù);運算后，用于保存所得的和、差或邏輯運算結(jié)果。

(2)數(shù)據(jù)寄存器DR

數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲器和輸入/輸出設(shè)備送(寫)或取(讀)數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲器中存儲的一個數(shù)據(jù)字節(jié)等等。

(3)指令寄存器IR和指令譯碼器ID

指令包括操作碼和操作數(shù)。

指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時，必須對操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。

(4)程序計數(shù)器PC

PC用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址(即程序的首地址)送入PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。

(5)地址寄存器AR

地址寄存器用于保存當(dāng)前CPU所要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存讀/寫操作完成為止。

顯然，當(dāng)CPU向存儲器存數(shù)據(jù)、CPU從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和CPU從內(nèi)存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣，如果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)存地址單元來看的話，那么當(dāng)CPU和外圍設(shè)備交換信息時，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。

基礎(chǔ)理論知識包括模擬電路、數(shù)字電路和C語言知識。模擬電路和數(shù)字電路屬于抽象學(xué)科，要把它學(xué)好還得費點精神。在你學(xué)習(xí)單片機之前，覺得模擬電路和數(shù)字電路基礎(chǔ)不好的話，不要急著學(xué)習(xí)單片機，應(yīng)該先回顧所學(xué)過的模擬電路和數(shù)字電路知識，為學(xué)習(xí)單片機加強基礎(chǔ)。否則，你的單片機學(xué)習(xí)之路不僅會很艱難和漫長，還可能半途而廢。筆者始終認(rèn)為，扎實的電子技術(shù)基礎(chǔ)是學(xué)好單片機的關(guān)鍵，直接影響單片機學(xué)習(xí)入門的快慢。有些同學(xué)覺得單片機很難，越學(xué)越復(fù)雜，最后學(xué)不下去了。有的同學(xué)看書時似乎明白了，可是動起手來卻一塌糊涂，究其原因就是電子技術(shù)基礎(chǔ)沒有打好，首先被表面知識給困惑了。

單片機屬于數(shù)字電路，其概念、術(shù)語、硬件結(jié)構(gòu)和原理都源自數(shù)字電路，如果數(shù)字電路基礎(chǔ)扎實，對復(fù)雜的單片機硬件結(jié)構(gòu)和原理就能容易理解，就能輕松地邁開學(xué)習(xí)的第一步，自信心也會樹立起來。相反，基礎(chǔ)不好，這個看不懂那個也弄不明白，越學(xué)問題越多，越學(xué)越?jīng)]有信心。如果你覺得單片機很難，那就應(yīng)該先放下單片機教材，去重溫數(shù)字電路，搞清楚觸發(fā)器、寄存器、門電路、COMS電路、時序邏輯和時序圖、進(jìn)制轉(zhuǎn)換等理論知識。理解了這些知識之后再去看看單片機的結(jié)構(gòu)和原理，我想你會大徹大悟，信心倍增。

模擬電路是電子技術(shù)最基礎(chǔ)的學(xué)科，她讓你知道什么是電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應(yīng)管、放大器等等以及它們的工作原理和在電路中的作用，這是學(xué)習(xí)電子技術(shù)必須掌握的基礎(chǔ)知識。一般是先學(xué)習(xí)模擬電路再去學(xué)習(xí)數(shù)字電路。扎實的模擬電路基礎(chǔ)不僅讓你容易看懂別人設(shè)計的電路，而且讓你的設(shè)計的電路更可靠，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

單片機的學(xué)習(xí)離不開編程，在所有的程序設(shè)計中C語言運用的最為廣泛。C語言知識并不難，沒有任何編程基礎(chǔ)的人都可以學(xué)，在我看來，初中生、高中生、中專生、大學(xué)生都能學(xué)會。當(dāng)然，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好、邏輯思維好的人學(xué)起來相對輕松一些。C語言需要掌握的知識就那么3個條件判斷語句、3個循環(huán)語句、3個跳轉(zhuǎn)語句和1個開關(guān)語句。別小看這10個語句，用他們組合形成的邏輯要多復(fù)雜有多復(fù)雜。學(xué)習(xí)時要一條語句一條語句的學(xué)，學(xué)一條活用一條，全部學(xué)過用過這些關(guān)鍵語句后，相信你的C基礎(chǔ)建立了。

當(dāng)基礎(chǔ)打好以后，你會感覺到單片機不再難學(xué)了，而且越學(xué)越起勁。當(dāng)單片機乖乖的依照你的邏輯思維和算法去執(zhí)行指令，實現(xiàn)預(yù)期控制效果的時候，成就感會讓你信心十足、夜以續(xù)日、廢寢忘食的投入到單片機的世界里?？梢赃@么說，扎實的電子技術(shù)基礎(chǔ)和C語言基礎(chǔ)能增強學(xué)習(xí)單片機信心，較快掌握單片機技術(shù)。

這是真正學(xué)習(xí)單片機的過程，既讓人興奮又讓人疲憊，既讓人無奈又讓人不服，既讓人孤獨又讓人充實，既讓人氣憤又讓人欣慰，既有失落感又有成就感。其中的酸甜苦辣只有學(xué)過的人深有體會。思想上要有刻苦學(xué)習(xí)的決心，硬件上要有一套完整的學(xué)習(xí)開發(fā)工具，軟件上要注重理論和實踐相結(jié)合。

1.有刻苦學(xué)習(xí)的決心

首先，明確學(xué)習(xí)目的。先認(rèn)真回答兩個問題:我學(xué)單片機來做什么?需要多長時間把它學(xué)會?這是你學(xué)單片機的動力。沒有動力，我想你堅持不了多久。其次，端正學(xué)習(xí)心態(tài)。單片機學(xué)習(xí)過程是枯燥乏味、孤獨寂寞的過程。要知道，學(xué)習(xí)知識沒有捷徑，只有循序漸進(jìn)，腳踏實地，一步一個腳印，才能學(xué)到真功夫。再次，要多動腦勤動手。單片機的學(xué)習(xí)具有很強的實踐性，是一門很注重實際動手操作的技術(shù)學(xué)科。不動手實踐你是學(xué)不會單片機的。最后，虛心交流。在單片機學(xué)習(xí)過程中每個人都會遇到無數(shù)不能解決的問題，需要你向有經(jīng)驗的過來人虛心求教，否則，一味的自己埋頭摸索會走許多彎路，浪費很多時間。

2.有一套完整的學(xué)習(xí)開發(fā)工具

學(xué)習(xí)單片機是需要成本的。必須有一臺電腦、一塊單片機開發(fā)板(如果開發(fā)板不能直接下載程序代碼的話還得需要一個編程器)、一套視頻教程、一本單片機教材和一本C語言教材。電腦是用來編寫和編譯程序，并將程序代碼下載到單片機上;開發(fā)板用來運行單片機程序，驗證實際效果;視頻教程就是手把手教你單片機開發(fā)環(huán)境的使用、單片機編程和調(diào)試。對于單片機初學(xué)者來說，視頻教程必須看，要不然，哪怕把教材看了幾遍，還是不知道如何下手，尤其是院校里的單片機教材，學(xué)了之后，面對真正的單片機時可能還是束手無策;單片機教材和C語言教材是理論學(xué)習(xí)資料，備忘備查。不要為了節(jié)約成本不用開發(fā)板而光用Protur軟件仿真調(diào)試，這和紙上談兵沒什么區(qū)別。

3. 要注重理論和實踐相結(jié)合

單片機C語言編程理論知識并不深奧，光看書不動手也能明白。但在實際編程的時候就沒那么簡單了。一個程序的形成不僅需要有C語言知識，更多需要融入你個人的編程思路和算法。編程思路和算法決定一個程序的優(yōu)劣，是單片機編程的大問題，只有在實際動手編寫的時候才會有深切的感悟。一個程序能否按照你的意愿正常運行就要看你的思路和算法是否正確、合理。如果程序不正常則要反復(fù)調(diào)試(檢查、修改思路和算法)，直到成功。這個過程耗時、費腦、疲精神，意志不堅強者往往被絆倒在這里半途而廢。

學(xué)習(xí)編寫程序應(yīng)該按照以下過程學(xué)習(xí)，效果會更好?？吹嚼填}目先試著構(gòu)思自己的編程思路，然后再看教材或視頻教程里的代碼，研究人家的編程思路，注意與自己思路的差異;接下來就照搬人家的思路親自動手編寫這個程序，領(lǐng)會其中每一條語句的作用;對有疑問的地方試著按照自己的思路修改程序，比較程序運行效果，領(lǐng)會其中的奧妙。每一個例程都堅持按照這個過程學(xué)習(xí)，你很快會找到編程的感覺，取其精華去其糟粕，久而久之會形成你獨特的編程思想。當(dāng)然，剛開始，看別人的程序源代碼就像看天書一樣，只要硬著頭皮看，看到不懂的關(guān)鍵字和語句就翻書查閱、對照。只要能堅持下來，學(xué)習(xí)收獲會事半功倍。在實踐過程中不僅要學(xué)會別人的例程，還要在別人的程序上改進(jìn)和拓展，讓程序產(chǎn)生更強大的功能。同時，還要懂得通過查閱芯片數(shù)據(jù)手冊(DATASHEET)里有關(guān)芯片命令和數(shù)據(jù)的讀寫時序來核對別人例程的可靠性，如果你覺得例程不可靠就把它修改過來，成為是你自己的程序。不僅如此，自己應(yīng)該經(jīng)常找些項目來做，以鞏固所學(xué)的知識和積累更多的經(jīng)驗。

當(dāng)編寫自己的程序信手拈來、閱讀別人的程序能夠發(fā)現(xiàn)問題的時候，說明你的單片機編程水平相當(dāng)不錯了。接下來就應(yīng)該研究硬件了。硬件設(shè)計包括電路原理設(shè)計和PCB板設(shè)計。學(xué)習(xí)做硬件要比學(xué)習(xí)做軟件麻煩，成本更高，周期更長。但是，學(xué)習(xí)單片機的最終目的是做產(chǎn)品開發(fā)----軟件和硬件相結(jié)合形成完整的控制系統(tǒng)。所以，做硬件也是學(xué)習(xí)單片機技術(shù)的一個必學(xué)內(nèi)容。

電路原理設(shè)計涉及到各種芯片的應(yīng)用，而這些芯片外圍電路的設(shè)計、典型應(yīng)用電路和與單片機的連接等在芯片數(shù)據(jù)手冊(DATASHEET)都能找到答案，前提是要看得懂全英文的數(shù)據(jù)手冊。否則，照搬別人的設(shè)計永遠(yuǎn)落在別人的后面，你做的產(chǎn)品就沒有創(chuàng)意。電子技術(shù)領(lǐng)域的第一手資料(DATASHEET)都是英文，從第一手資料里你所獲得的知識可能是在教科書、網(wǎng)絡(luò)文檔和課外讀物等所沒有的知識。雖然有些資料也都是在DATASHEET的基礎(chǔ)上撰寫的，但內(nèi)容不全面，甚至存在翻譯上的遺漏和錯誤。當(dāng)然，閱讀DATASHEET需要具備一定的英文閱讀能力，這也是阻礙單片機學(xué)習(xí)者晉級的絆腳石。良好的英文閱讀能力能讓你在單片機技術(shù)知識的海洋里自由遨游。

做PCB板就比較簡單了。只要懂得使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件就沒問題了。但要想做的板子布局美觀、布線合理還得費一番功夫了。

嫻熟的單片機C語言編程、會使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件設(shè)計PCB板和具備一定的英文閱讀能力，你就是一個遇強則強的單片機高手了。

在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設(shè)計靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。下面以MCS-51單片機系統(tǒng)為例，對微機系統(tǒng)軟件抗干擾方法進(jìn)行研究。

在工程實踐中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是:一、消除模擬輸入信號的噪聲(如數(shù)字濾波技術(shù));二、程序運行混亂時使程序重入正軌的方法。本文針對后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。

指令冗余

CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯誤，程序便脫離正常軌道"亂飛"，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令，若取指令時刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)做操作碼，程序?qū)⒊鲥e。若"飛" 到了三字節(jié)指令，出錯機率更大。

在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫稱為指令冗余。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的NOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動納入正軌。

此外，對系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。

攔截技術(shù)

所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯處理。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。因此先要合理設(shè)計陷阱，其次要將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

(1 )軟件陷阱的設(shè)計

當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。通過軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯處理。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱:

(2 ) 陷阱的安排

最后一條應(yīng)填入020000，當(dāng)亂飛程序落到此區(qū)，即可自動入軌。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開放時，在對應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。如某應(yīng)用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務(wù)程序可為如下形式:

NOPNOPRETI返回指令可用"RETI"，也可用"LJMP 0000H"。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計可靠、 完善，用"LJMP 0000H"作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運行。

考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2-3個就可以進(jìn)行有效攔截。

軟件"看門狗"技術(shù)

若失控的程序進(jìn)入"死循環(huán)"，通常采用"看門狗"技術(shù)使程序脫離"死循環(huán)"。通過不斷檢測程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間超過最大循環(huán)運行時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入"死循環(huán)"，需進(jìn)行出錯處理。

"看門狗"技術(shù)可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件實現(xiàn)。在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)無法定時"喂狗"，硬件看門狗電路失效。而軟件看門狗可有效地解決這類問題。

筆者在實際應(yīng)用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。用定時器T0監(jiān)視定時器T1，用定時器T1監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時器T0。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件"看門狗"具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。對于需經(jīng)常使用T1定時器進(jìn)行串口通訊的測控系統(tǒng)，則定時器T1不能進(jìn)行中斷，可改由串口中斷進(jìn)行監(jiān)控(如果用的是MCS-52系列單片機，也可用T2代替T1進(jìn)行監(jiān)視)。這種軟件"看門狗"監(jiān)視原理是:在主程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序中各設(shè)一運行觀測變量，假設(shè)為MWatch、T0Watch 、T1Watch，主程序每循環(huán)一次，MWatch加1，同樣T0、T1中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次，T0Watch、 T1Watch加1。在T0中斷服務(wù)程序中通過檢測T1Watch的變化情況判定T1運行是否正常，在T1中斷服務(wù)程序中檢測MWatch的變化情況判定主程序是否正常運行，在主程序中通過檢測T0Watch的變化情況判別T0是否正常工作。若檢測到某觀測變量變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加1而未加1，則轉(zhuǎn)到出錯處理程序作排除故障處理。當(dāng)然，對主程序最大循環(huán)周期、定時器T0和T1定時周期應(yīng)予以全盤合理考慮。限于篇幅不贅述。

單片機系統(tǒng)因干擾復(fù)位或掉電后復(fù)位均屬非正常復(fù)位，應(yīng)進(jìn)行故障診斷并能自動恢復(fù)非正常復(fù)位前的狀態(tài)。

非正常復(fù)位的識別

程序的執(zhí)行總是從0000H開始，導(dǎo)致程序從 0000H開始執(zhí)行有四種可能:一、系統(tǒng)開機上電復(fù)位;二、軟件故障復(fù)位;三、看門狗超時未喂狗硬件復(fù)位; 四、任務(wù)正在執(zhí)行中掉電后來電復(fù)位。四種情況中除第一種情況外均屬非正常復(fù)位，需加以識別。

(1 )硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識別

此處硬件復(fù)位指開機復(fù)位與看門狗復(fù)位，硬件復(fù)位對寄存器有影響，如復(fù)位后PC=0000H， SP=07H，PSW=00H等。而軟件復(fù)位則對SP、SPW無影響。故對于微機測控系統(tǒng)，當(dāng)程序正常運行時，將SP設(shè)置地址大于07H，或者將PSW的第5位用戶標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運行時設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時只需檢測PSW.5標(biāo)志位或SP值便可判此是否硬件復(fù)位。

由于硬件復(fù)位時片內(nèi)RAM狀態(tài)是隨機的，而軟件復(fù)位片內(nèi)RAM則可保持復(fù)位前狀態(tài)，因此可選取片內(nèi)某一個或兩個單元作為上電標(biāo)志。設(shè)40H用來做上電標(biāo)志，上電標(biāo)志字為78H，若系統(tǒng)復(fù)位后40H單元內(nèi)容不等于78H，則認(rèn)為是硬件復(fù)位，否則認(rèn)為是軟件復(fù)位，轉(zhuǎn)向出錯處理。若用兩個單元作上電標(biāo)志，則這種判別方法的可靠性更高。

(2 )開機復(fù)位與看門狗故障復(fù)位的識別

開機復(fù)位與看門狗故障復(fù)位因同屬硬件復(fù)位， 所以要想予以正確識別，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，設(shè)置一可掉電保護(hù)的觀測單元。當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，在定時喂狗的中斷服務(wù)程序中使該觀測單元保持正常值(設(shè)為 AAH)，而在主程中將該單元清零，因觀測單元掉電可保護(hù)，則開機時通過檢測該單元是否為正常值可判斷是否看門狗復(fù)位。

(3 )正常開機復(fù)位與非正常開機復(fù)位的識別

識別測控系統(tǒng)中因意外情況如系統(tǒng)掉電等情況引起的開機復(fù)位與正常開機復(fù)位，對于過程控制系統(tǒng)尤為重要。如某以時間為控制標(biāo)準(zhǔn)的測控系統(tǒng)，完成一次測控任務(wù)需1小時。在已執(zhí)行測控50分鐘的情況下，系統(tǒng)電壓異常引起復(fù)位，此時若系統(tǒng)復(fù)位后又從頭開始進(jìn)行測控則會造成不必要的時間消耗。因此可通過一監(jiān)測單元對當(dāng)前系統(tǒng)的運行狀態(tài)、系統(tǒng)時間予以監(jiān)控，將控制過程分解為若干步或若干時間段，每執(zhí)行完一步或每運行一個時間段則對監(jiān)測單元置為關(guān)機允許值，不同的任務(wù)或任務(wù)的不同階段有不同的值，若系統(tǒng)正在進(jìn)行測控任務(wù)或正在執(zhí)某時間段，則將監(jiān)測單元置為非正常關(guān)機值。那么系統(tǒng)復(fù)位后可據(jù)此單元判系統(tǒng)原來的運行狀態(tài)，并跳到出錯處理程序中恢復(fù)系統(tǒng)原運行狀態(tài)。

非正常復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)運行的程序設(shè)計

對順序要求嚴(yán)格的一些過程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)非正常復(fù)位否，一般都要求從失控的那一個模塊或任務(wù)恢復(fù)運行。所以測控系統(tǒng)要作好重要數(shù)據(jù)單元、參數(shù)的備份，如系統(tǒng)運行狀態(tài)、系統(tǒng)的進(jìn)程值、當(dāng)前輸入、輸出的值，當(dāng)前時鐘值、觀測單元值等，這些數(shù)據(jù)既要定時備份，同時若有修改也應(yīng)立即予以備份。

當(dāng)在已判別出系統(tǒng)非正常復(fù)位的情況下，先要恢復(fù)一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如顯示模塊的初始化、片外擴(kuò)展芯片的初始化等。其次再對測控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運行參數(shù)等予以恢復(fù)，包括顯示界面等的恢復(fù)。之后再把復(fù)位前的任務(wù)、參數(shù)、運行時間等恢復(fù)， 再進(jìn)入系統(tǒng)運行狀態(tài)。

應(yīng)當(dāng)說明的是，真實地恢復(fù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)需 要極為細(xì)致地對系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)予以備份，并加以數(shù)據(jù)可靠性檢查，以保證恢復(fù)的數(shù)據(jù)的可靠性。

其次，對多任務(wù)、多進(jìn)程測控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的恢復(fù)需考慮恢復(fù)的次序問題。

系統(tǒng)基本初始化是指對芯片、顯示、輸入輸出方式等進(jìn)行初始化，要注意輸入輸出的初始化不應(yīng)造成誤動作。而復(fù)位前任務(wù)的初始化是指任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)、運行時間等。

對于軟件抗干擾的一些其它常用方法如數(shù)字濾波、RAM數(shù)據(jù)保護(hù)與糾錯等，限于篇幅，本文未作討論。在工程實踐中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補充 完善，才能取得較好的抗干擾效果。從根本上來說，硬件抗干擾是主動的，而軟件是抗干擾是被動的。細(xì)致周到地分析干擾源，硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，設(shè)計一穩(wěn)定可靠的單片機系統(tǒng)是完全可行的。

本段僅針對硬件設(shè)計人員和軟件設(shè)計人員，為了便于對硬件的理解要有一定的匯編語言基礎(chǔ)。

我們知道，一個電路總是由元器件通過電線連接而成的，在模擬電路中，連線并不成為一個問題，因為各器件間一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很多，但計算機電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào)，所以需要的連線就很多了，如果仍如同模擬電路一樣，在各微處理器和各器件間單獨連線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機中引入了總線的概念，各個器件共同享用連線，所有器件的8根數(shù)據(jù)線全部接到8根公用的線上，即相當(dāng)于各個器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩個器件同時送出數(shù)據(jù)，一個為0，一個為1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢?這種情況是不允許的，所以要通過控制線進(jìn)行控制，使器件分時工作，任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)(可以有多個器件同時接收)。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱為控制總線。在單片機內(nèi)部或者外部存儲器及其它器件中有存儲單元，這些存儲單元要被分配地址，才能使用，分配地址當(dāng)然也是以電信號的形式給出的，由于存儲單元比較多，所以，用于地址分配的線也較多，這些線被稱為地址總線。

這三者的本質(zhì)都是一樣的--數(shù)字，或者說都是一串'0'和'1'組成的序列。換言之，地址、指令也都是數(shù)據(jù)。指令:由單片機芯片的設(shè)計者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān)系，不可以由單片機的開發(fā)者更改。地址:是尋找單片機內(nèi)部、外部的存儲單元、輸入輸出口的依據(jù)，內(nèi)部單元的地址值已由芯片設(shè)計者規(guī)定好，不可更改，外部的單元可以由單片機開發(fā)者自行決定，但有一些地址單元是一定要有的(詳見程序的執(zhí)行過程)。數(shù)據(jù):這是由微處理機處理的對象，在各種不同的應(yīng)用電路中各不相同，一般而言，被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況:

1.地址(如MOV DPTR，1000H)，即地址1000H送入DPTR。

2.方式字或控制字(如MOV TMOD，#3)，3即是控制字。

3.常數(shù)(如MOV TH0，#10H)10H即定時常數(shù)。

4.實際輸出值(如P1口接彩燈，要燈全亮，則執(zhí)行指令:MOV P1，#0FFH，要燈全暗，則執(zhí)行指令:MOV P1，#00H)這里0FFH和00H都是實際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實際輸出的值。

理解了地址、指令的本質(zhì)，就不難理解程序運行過程中為什么會跑飛，會把數(shù)據(jù)當(dāng)成指令來執(zhí)行了。

初學(xué)時往往對P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，認(rèn)為第二功能和原功能之間要有一個切換的過程，或者說要有一條指令，事實上，各端口的第二功能完全是自動的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號，當(dāng)微處理機外接RAM或有外部I/O口時，它們被用作第二功能，不能作為通用I/O口使用，只要一微處理機一執(zhí)行到MOVX指令，就會有相應(yīng)的信號從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。事實上'不能作為通用I/O口使用'也并不是'不能'而是(使用者)'不會'將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條SETB P3.7的指令，并且當(dāng)單片機執(zhí)行到這條指令時，也會使P3.7變?yōu)楦唠娖?，但使用者不會這么去做，因為這通常會導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

單片機在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計數(shù)器(PC)中的值為'0000'，所以程序總是從'0000'單元開始執(zhí)行，也就是說:在系統(tǒng)的ROM中一定要存在'0000'這個單元，并且在'0000'單元中存放的一定是一條指令。

堆棧是一個區(qū)域，是用來存放數(shù)據(jù)的，這個區(qū)域本身沒有任何特殊之處，就是內(nèi)部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式，即所謂的'先進(jìn)后出，后進(jìn)先出'，并且堆棧有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令，即'PUSH'和'POP'，有一個特殊的專為其服務(wù)的單元，即堆棧指針SP，每當(dāng)執(zhí)一次PUSH指令時，SP就(在原來值的基礎(chǔ)上)自動加1，每當(dāng)執(zhí)行一次POP指令，SP就(在原來值的基礎(chǔ)上)自動減1。由于SP中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開始階段更改了SP的值，就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中，如在程序開始時，用一條MOV SP，#5FH指令，就是把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存單元60H開始的單元中。一般程序的開頭總有這么一條設(shè)置堆棧指針的指令，因為開機時，SP的初始值為07H，這樣就使堆棧從08H單元開始往后，而08H到1FH這個區(qū)域正是8031的第二、三、四工作寄存器區(qū)，經(jīng)常要被使用，這會造成數(shù)據(jù)的混亂。不同作者編寫程序時，初始化堆棧指令也不完全相同，這是作者的習(xí)慣問題。當(dāng)設(shè)置好堆棧區(qū)后，并不意味著該區(qū)域成為一種專用內(nèi)存，它還是可以象普通內(nèi)存區(qū)域一樣使用，只是一般情況下編程者不會把它當(dāng)成普通內(nèi)存用了。

這里所說的開發(fā)過程并不是一般書中所說的從任務(wù)分析開始，我們假設(shè)已設(shè)計并制作好硬件，下面就是編寫軟件的工作。在編寫軟件之前，首先要確定一些常數(shù)、地址，事實上這些常數(shù)、地址在設(shè)計階段已被直接或間接地確定下來了。如當(dāng)某器件的連線設(shè)計好后，其地址也就被確定了，當(dāng)器件的功能被確定下來后，其控制字也就被確定了。然后用文本編輯器(如EDIT、CCED等)編寫軟件，編寫好后，用編譯器對源程序文件編譯，查錯，直到?jīng)]有語法錯誤，除了極簡單的程序外，一般應(yīng)用仿真機對軟件進(jìn)行調(diào)試，直到程序運行正確為止。運行正確后，就可以寫片(將程序固化在EPROM中)。在源程序被編譯后，生成了擴(kuò)展名為HEX的目標(biāo)文件，一般編程器能夠識別這種格式的文件，只要將此文件調(diào)入即可寫片。在此，為使大家對整個過程有個認(rèn)識，舉一例說明:

STC單片機

STC公司的單片機主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強型單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8~12倍，帶ADC,4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強.

PIC單片機:

是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片.

EMC單片機:

是臺灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與PIC 8位單片機兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對比PIC的多，價格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差.

ATMEL單片機(51單片機):

ATMEl公司的8位單片機有AT89、AT90兩個系列，AT89系列是8位Flash單片機，與8051系列單片機相兼容，靜態(tài)時鐘模式;AT90系列單片機是增強RISC結(jié)構(gòu)、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程Flash的單片機，也叫AVR單片機.

PHLIPIS 51LPC系列單片機(51單片機):

PHILIPS公司的單片機是基于80C51內(nèi)核的單片機，嵌入了掉電檢測、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計中可以滿足多方面的性能要求.

HOLTEK單片機:

臺灣盛揚半導(dǎo)體的單片機，價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費類產(chǎn)品.

TI公司單片機(51單片機):

德州儀器提供了TMS370和MSP430兩大系列通用單片機.TMS370系列單片機是8位CMOS單片機，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù)雜的實時控制場合;MSP430系列單片機是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機，特別適用于要求功耗低的場合

松翰單片機(SONIX):

是臺灣松翰公司的單片，大多為8位機，有一部分與PIC 8位單片機兼容，價格便宜，系統(tǒng)時鐘分頻可選項較多，有PMW ADC 內(nèi)振 內(nèi)部雜訊濾波。缺點RAM空間過小，抗干擾較好。

三星單片機:

三星單片機有KS51和KS57系列4位單片機，KS86和KS88系列8位單片機，KS17系列16位單片機和KS32系列32位單片機，三星還為ARM公司生產(chǎn)ARM單片機，常見的S344b0等.三星單片機為OTP型ISP在片編程功能。

凌陽單片機:

中國臺灣凌陽科技股份有限公司(Sunplus Technology CO. LTD)至力于8位和16位機的開發(fā)。SPMC65系列單片機是凌陽主推產(chǎn)品，采用8位SPMC65 CPU 內(nèi)核，并圍繞這個通用的CPU內(nèi)核，形成了不同的片內(nèi)資源的一系列產(chǎn)品。在系列芯片中相同的片內(nèi)硬件功能模塊具有相同的資源特點;不同型號的芯片只是對片內(nèi)資源進(jìn)行刪減.其最大的特點就是超強抗干擾. 廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、儀器儀表、安防報警、計算機外圍等領(lǐng)域。SPMC75 系列單片機內(nèi)核采用凌陽科技自主知識產(chǎn)權(quán)的μ' nSP(Microcontroller and Signal Processor)16位微處理器SPMC75 系列單片機集成了多種功能模塊:多功能 I/O 口、串行口、 ADC 、定時計數(shù)器等常硬件模塊，以及能產(chǎn)生電機驅(qū)動波形的 PWM 發(fā)生器、多功能的捕獲比較模塊、 BLDC 電機驅(qū)動專用位置偵測接口、兩相增量編碼器接口等特殊硬設(shè)，主要用于變頻馬達(dá)驅(qū)動控制。 SPMC75 系列單片機具有很強的抗干擾能力，廣泛應(yīng)用于變頻家電、變頻器、工業(yè)控制等控制領(lǐng)域。

華幫單片機:

華幫單片機屬于8051類單片機，它們的W78系列與標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容,W77系列為增強型51，對8051的時序做了改進(jìn).同樣時鐘下速度快了不少。在4位機上華幫有921系列,帶LCD驅(qū)動的741系列。在32位機方面，華幫使用了惠普公司PA-RISC單片機技術(shù)，生產(chǎn)低位32位RISC單片機。

SST 單片機:

美國SST公司推出的SST89系列單片機為標(biāo)準(zhǔn)的51系列單片機，包括SST89E/V52RD2，SST89E/V54RD2，SST89E/V58RD2，SST89E/V554RC，SST89E/V564RD等。它與8052系列單片機兼容。提供系統(tǒng)在線編程(ISP功能)。內(nèi)部flash擦寫次數(shù)1萬次以上，程序保存時間可達(dá)100年。

還有很多優(yōu)秀的單片機生產(chǎn)企業(yè)這里沒有收集，每個企業(yè)都有自己的特點，大家根據(jù)需要選擇單片機，在完全實現(xiàn)功能的前提下追求低價位，當(dāng)然并不是這樣最好，實際中選擇單片機跟開發(fā)者的應(yīng)用習(xí)慣和開發(fā)經(jīng)驗是密不可分的。

科研成果保護(hù)是每一個科研人員最關(guān)心的事情，加密方法有軟件加密，硬件加密,軟硬件綜合加密，時間加密，錯誤引導(dǎo)加密，專利保護(hù)等措施有矛就有盾，有盾就有矛，有矛有盾，才促進(jìn)矛盾質(zhì)量水平的提高加密只講盾，也希望網(wǎng)友提供更新的加密思路，現(xiàn)先講一個軟件加密:利用MCS-51 中A5 指令加密，其實世界上所有資料，包括英文資料都沒有講這條指令，其實這是很好的加密指令A(yù)5 功能是二字節(jié)空操作指令加密方法在A5 后加一個二字節(jié)或三字節(jié)操作碼，因為所有反匯編軟件都不會反匯編A5 指令，造成正常程序反匯編亂套，執(zhí)行程序無問題仿制者就不能改變你的源程序。

硬件加密:8031/8052單片機就是8031/8052掩模產(chǎn)品中的不合格產(chǎn)品，內(nèi)部有ROM，可以把8031/8052 當(dāng)8751/8752 來用，再擴(kuò)展外部程序器，然后調(diào)用8031 內(nèi)部子程序當(dāng)然你所選的同批8031芯片的首地址及所需用的中斷入口均應(yīng)轉(zhuǎn)到外部程序區(qū)。

硬件加密

用高電壓或激光燒斷某條引腳，使其讀不到內(nèi)部程序，用高電壓會造成一些器件損壞重要RAM 數(shù)據(jù)采用電池(大電容，街機采用的辦法)保護(hù)，拔出芯片數(shù)據(jù)失去機器不能起動，或能初始化，但不能運行。

用真假方法加密

擦除芯片標(biāo)識

把8X52單片機，標(biāo)成8X51 單片機，并用到后128B的RAM 等方法，把AT90S8252 當(dāng)AT89C52,初始化后程序段中并用到EEPROM 內(nèi)容，你再去聯(lián)想吧!

用激光(或絲印)打上其它標(biāo)識如有的單片機引腳兼容，有的又不是同一種單片機，可張冠李戴，只能意會了，這要求你知識面廣一點 。

用最新出廠編號的單片機，如2000 年后的AT89C 就難解密，或新的單片機品種，如AVR 單片機。

DIP 封裝改成PLCC,TQFP,SOIC,BGA等封裝，如果量大可以做定制ASIC，或軟封裝，用不需外晶振的單片機工作(如AVR 單片機中的AT90S1200)，使用更復(fù)雜的單片機，F(xiàn)PGA+AVR+SRAM=AT40K系列。

硬件加密與軟件加密只是為敘說方便而分開來講，其實它們是分不開的，互相支撐，互相依存的軟件加密:其目的是不讓人讀懂你的程序，不能修改程序，你可以………….....

利用單片機未公開，未被利用的標(biāo)志位或單元，作為軟件標(biāo)志位，如8031/8051有一個用戶標(biāo)志位，PSW.1 位，是可以利用的程序入口地址不要用整地址，如:XX00H,XXX0H，可用整地址-1，或-2，而在整地址處加二字節(jié)或三字節(jié)操作碼，在無程序的空單元也加上程序機器碼，最好要加巧妙一點用大容量芯片，用市場上仿真器不能仿真的芯片，如內(nèi)部程序為64KB 或大于64KB 的器件，如:AVR 單片機中ATmega103 的Flash 程序存儲器為128KBAT89S8252/AT89S53中有EEPROM，關(guān)鍵數(shù)據(jù)存放在EEPROM 中，或程序初始化時把密碼寫到EEPROM 中，程序執(zhí)行時再查密碼正確與否，盡量不讓人家讀懂程序。關(guān)于單片機加密，講到這里，就算拋磚引玉。

一、單片機與嵌入式系統(tǒng)概述:包括嵌入式系統(tǒng)概念、單片機的特點、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢、市場主流單片機性能比較與選型、常用51核單片機介紹、業(yè)內(nèi)通用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法和流程、開發(fā)板及相關(guān)開發(fā)工具的介紹和使用等;

二、51單片機架構(gòu)及基本資源的使用:包括單片機工作原理介紹、51單片機架構(gòu)介紹、單片機最小系統(tǒng)介紹、51單片機基本資源如并口、中斷、時鐘與復(fù)位、串口等的熟練使用等;

三、單片機基本資源擴(kuò)展設(shè)計:包括存儲器擴(kuò)展設(shè)計、可編程和不可編程I/O接口擴(kuò)展設(shè)計、I2C總線的模擬設(shè)計等;

四、輸入輸出設(shè)備的設(shè)計:包括獨立式按鍵和矩陣鍵盤的各種輸入方法、數(shù)碼管及液晶顯示器的接口設(shè)計、蜂鳴器的設(shè)計;

五、輸入通道和輸出通道的設(shè)計:包括一定模擬和數(shù)字信號量的輸入、頻率量的輸入方法、A/D轉(zhuǎn)換原理與器件選型及其與單片機的接口設(shè)計、數(shù)字與模擬量的輸出方法、功率驅(qū)動相關(guān)知識、D/A轉(zhuǎn)換原理與器件選型及其與單片機的接口設(shè)計等;

六、單片機軟硬件設(shè)計和調(diào)試經(jīng)驗:各種軟件開發(fā)和設(shè)計技巧、調(diào)試經(jīng)驗等;

七、開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具介紹:Keil uVision2集成開發(fā)環(huán)境的使用與軟調(diào)試等;

八、軟硬件系統(tǒng)集成和調(diào)試方法，技術(shù)文檔的編寫規(guī)范

單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇:

1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備(功率計，示波器，各種分析儀)。

2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用

用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。

3.在家用電器中的應(yīng)用

可以這樣說，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。

4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。

此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。