單片機(jī)原理抗干擾

在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)為例，對(duì)微機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾方法進(jìn)行研究。

在工程實(shí)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(hào)的噪聲(如數(shù)字濾波技術(shù));二、程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。本文針對(duì)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(cuò)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(shí)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(cuò)。若"飛" 到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)機(jī)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(gè)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(dòng)納入正軌。

此外，對(duì)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(cuò)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(jì)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(jì)

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(cuò)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(dòng)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(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)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(jì)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(yùn)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(gè)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(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入"死循環(huán)"，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。

"看門狗"技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)無法定時(shí)"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(shí)際應(yīng)用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。用定時(shí)器T0監(jiān)視定時(shí)器T1，用定時(shí)器T1監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時(shí)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(duì)于需經(jīng)常使用T1定時(shí)器進(jìn)行串口通訊的測(cè)控系統(tǒng)，則定時(shí)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(jī)，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(yùn)行觀測(cè)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(cè)T1Watch的變化情況判定T1運(yùn)行是否正常，在T1中斷服務(wù)程序中檢測(cè)MWatch的變化情況判定主程序是否正常運(yùn)行，在主程序中通過檢測(cè)T0Watch的變化情況判別T0是否正常工作。若檢測(cè)到某觀測(cè)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(cuò)處理程序作排除故障處理。當(dāng)然，對(duì)主程序最大循環(huán)周期、定時(shí)器T0和T1定時(shí)周期應(yīng)予以全盤合理考慮。限于篇幅不贅述。

單片機(jī)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(dòng)恢復(fù)非正常復(fù)位前的狀態(tài)。

非正常復(fù)位的識(shí)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(jī)上電復(fù)位;二、軟件故障復(fù)位;三、看門狗超時(shí)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(shí)別。

(1 )硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識(shí)別

此處硬件復(fù)位指開機(jī)復(fù)位與看門狗復(fù)位，硬件復(fù)位對(duì)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(duì)SP、SPW無影響。故對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行時(shí)設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時(shí)只需檢測(cè)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(shí)片內(nèi)RAM狀態(tài)是隨機(jī)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(gè)或兩個(gè)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(cuò)處理。若用兩個(gè)單元作上電標(biāo)志，則這種判別方法的可靠性更高。

(2 )開機(jī)復(fù)位與看門狗故障復(fù)位的識(shí)別

開機(jī)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(shí)別，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)置一可掉電保護(hù)的觀測(cè)單元。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在定時(shí)喂狗的中斷服務(wù)程序中使該觀測(cè)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(cè)單元掉電可保護(hù)，則開機(jī)時(shí)通過檢測(cè)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(jī)復(fù)位與非正常開機(jī)復(fù)位的識(shí)別

識(shí)別測(cè)控系統(tǒng)中因意外情況如系統(tǒng)掉電等情況引起的開機(jī)復(fù)位與正常開機(jī)復(fù)位，對(duì)于過程控制系統(tǒng)尤為重要。如某以時(shí)間為控制標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控系統(tǒng)，完成一次測(cè)控任務(wù)需1小時(shí)。在已執(zhí)行測(cè)控50分鐘的情況下，系統(tǒng)電壓異常引起復(fù)位，此時(shí)若系統(tǒng)復(fù)位后又從頭開始進(jìn)行測(cè)控則會(huì)造成不必要的時(shí)間消耗。因此可通過一監(jiān)測(cè)單元對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間予以監(jiān)控，將控制過程分解為若干步或若干時(shí)間段，每執(zhí)行完一步或每運(yùn)行一個(gè)時(shí)間段則對(duì)監(jiān)測(cè)單元置為關(guān)機(jī)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(cè)控任務(wù)或正在執(zhí)某時(shí)間段，則將監(jiān)測(cè)單元置為非正常關(guān)機(jī)值。那么系統(tǒng)復(fù)位后可據(jù)此單元判系統(tǒng)原來的運(yùn)行狀態(tài)，并跳到出錯(cuò)處理程序中恢復(fù)系統(tǒng)原運(yùn)行狀態(tài)。

非正常復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)

對(duì)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(gè)模塊或任務(wù)恢復(fù)運(yùn)行。所以測(cè)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(yùn)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(shí)鐘值、觀測(cè)單元值等，這些數(shù)據(jù)既要定時(shí)備份，同時(shí)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(duì)測(cè)控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)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(yùn)行時(shí)間等恢復(fù)， 再進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

應(yīng)當(dāng)說明的是，真實(shí)地恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)需 要極為細(xì)致地對(duì)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(duì)多任務(wù)、多進(jìn)程測(cè)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(duì)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(dòng)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(yùn)行時(shí)間等。

對(duì)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(cuò)等，限于篇幅，本文未作討論。在工程實(shí)踐中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補(bǔ)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(dòng)的，而軟件是抗干擾是被動(dòng)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(jì)一穩(wěn)定可靠的單片機(jī)系統(tǒng)是完全可行的。

基礎(chǔ)理論知識(shí)包括模擬電路、數(shù)字電路和C語言知識(shí)。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(fèi)點(diǎn)精神。在你學(xué)習(xí)單片機(jī)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(jī)，應(yīng)該先回顧所學(xué)過的模擬電路和數(shù)字電路知識(shí)，為學(xué)習(xí)單片機(jī)加強(qiáng)基礎(chǔ)。否則，你的單片機(jī)學(xué)習(xí)之路不僅會(huì)很艱難和漫長(zhǎng)，還可能半途而廢。筆者始終認(rèn)為，扎實(shí)的電子技術(shù)基礎(chǔ)是學(xué)好單片機(jī)的關(guān)鍵，直接影響單片機(jī)學(xué)習(xí)入門的快慢。有些同學(xué)覺得單片機(jī)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(shí)似乎明白了，可是動(dòng)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(shí)給困惑了。

單片機(jī)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(shí)，對(duì)復(fù)雜的單片機(jī)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(huì)樹立起來。相反，基礎(chǔ)不好，這個(gè)看不懂那個(gè)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(jī)很難，那就應(yīng)該先放下單片機(jī)教材，去重溫?cái)?shù)字電路，搞清楚觸發(fā)器、寄存器、門電路、COMS電路、時(shí)序邏輯和時(shí)序圖、進(jìn)制轉(zhuǎn)換等理論知識(shí)。理解了這些知識(shí)之后再去看看單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，我想你會(huì)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(chǎng)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(shí)。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(shí)的模擬電路基礎(chǔ)不僅讓你容易看懂別人設(shè)計(jì)的電路，而且讓你的設(shè)計(jì)的電路更可靠，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

單片機(jī)的學(xué)習(xí)離不開編程，在所有的程序設(shè)計(jì)中C語言運(yùn)用的最為廣泛。C語言知識(shí)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(huì)。當(dāng)然，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好、邏輯思維好的人學(xué)起來相對(duì)輕松一些。C語言需要掌握的知識(shí)就那么3個(gè)條件判斷語句、3個(gè)循環(huán)語句、3個(gè)跳轉(zhuǎn)語句和1個(gè)開關(guān)語句。別小看這10個(gè)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(shí)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(huì)感覺到單片機(jī)不再難學(xué)了，而且越學(xué)越起勁。當(dāng)單片機(jī)乖乖的依照你的邏輯思維和算法去執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制效果的時(shí)候，成就感會(huì)讓你信心十足、夜以續(xù)日、廢寢忘食的投入到單片機(jī)的世界里?？梢赃@么說，扎實(shí)的電子技術(shù)基礎(chǔ)和C語言基礎(chǔ)能增強(qiáng)學(xué)習(xí)單片機(jī)信心，較快掌握單片機(jī)技術(shù)。

這是真正學(xué)習(xí)單片機(jī)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(dú)又讓人充實(shí)，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(huì)。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(shí)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(gè)問題:我學(xué)單片機(jī)來做什么?需要多長(zhǎng)時(shí)間把它學(xué)會(huì)?這是你學(xué)單片機(jī)的動(dòng)力。沒有動(dòng)力，我想你堅(jiān)持不了多久。其次，端正學(xué)習(xí)心態(tài)。單片機(jī)學(xué)習(xí)過程是枯燥乏味、孤獨(dú)寂寞的過程。要知道，學(xué)習(xí)知識(shí)沒有捷徑，只有循序漸進(jìn)，腳踏實(shí)地，一步一個(gè)腳印，才能學(xué)到真功夫。再次，要多動(dòng)腦勤動(dòng)手。單片機(jī)的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，是一門很注重實(shí)際動(dòng)手操作的技術(shù)學(xué)科。不動(dòng)手實(shí)踐你是學(xué)不會(huì)單片機(jī)的。最后，虛心交流。在單片機(jī)學(xué)習(xí)過程中每個(gè)人都會(huì)遇到無數(shù)不能解決的問題，需要你向有經(jīng)驗(yàn)的過來人虛心求教，否則，一味的自己埋頭摸索會(huì)走許多彎路，浪費(fèi)很多時(shí)間。

2.有一套完整的學(xué)習(xí)開發(fā)工具

學(xué)習(xí)單片機(jī)是需要成本的。必須有一臺(tái)電腦、一塊單片機(jī)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(gè)編程器)、一套視頻教程、一本單片機(jī)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(jī)上;開發(fā)板用來運(yùn)行單片機(jī)程序，驗(yàn)證實(shí)際效果;視頻教程就是手把手教你單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的使用、單片機(jī)編程和調(diào)試。對(duì)于單片機(jī)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(jī)教材，學(xué)了之后，面對(duì)真正的單片機(jī)時(shí)可能還是束手無策;單片機(jī)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(shí)踐相結(jié)合

單片機(jī)C語言編程理論知識(shí)并不深?yuàn)W，光看書不動(dòng)手也能明白。但在實(shí)際編程的時(shí)候就沒那么簡(jiǎn)單了。一個(gè)程序的形成不僅需要有C語言知識(shí)，更多需要融入你個(gè)人的編程思路和算法。編程思路和算法決定一個(gè)程序的優(yōu)劣，是單片機(jī)編程的大問題，只有在實(shí)際動(dòng)手編寫的時(shí)候才會(huì)有深切的感悟。一個(gè)程序能否按照你的意愿正常運(yùn)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(gè)過程耗時(shí)、費(fèi)腦、疲精神，意志不堅(jiān)強(qiáng)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(huì)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(dòng)手編寫這個(gè)程序，領(lǐng)會(huì)其中每一條語句的作用;對(duì)有疑問的地方試著按照自己的思路修改程序，比較程序運(yùn)行效果，領(lǐng)會(huì)其中的奧妙。每一個(gè)例程都堅(jiān)持按照這個(gè)過程學(xué)習(xí)，你很快會(huì)找到編程的感覺，取其精華去其糟粕，久而久之會(huì)形成你獨(dú)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(duì)照。只要能堅(jiān)持下來，學(xué)習(xí)收獲會(huì)事半功倍。在實(shí)踐過程中不僅要學(xué)會(huì)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(qiáng)大的功能。同時(shí)，還要懂得通過查閱芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)(DATASHEET)里有關(guān)芯片命令和數(shù)據(jù)的讀寫時(shí)序來核對(duì)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(xiàng)目來做，以鞏固所學(xué)的知識(shí)和積累更多的經(jīng)驗(yàn)。

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(shí)候，說明你的單片機(jī)編程水平相當(dāng)不錯(cuò)了。接下來就應(yīng)該研究硬件了。硬件設(shè)計(jì)包括電路原理設(shè)計(jì)和PCB板設(shè)計(jì)。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(zhǎng)。但是，學(xué)習(xí)單片機(jī)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(jī)技術(shù)的一個(gè)必學(xué)內(nèi)容。

電路原理設(shè)計(jì)涉及到各種芯片的應(yīng)用，而這些芯片外圍電路的設(shè)計(jì)、典型應(yīng)用電路和與單片機(jī)的連接等在芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)(DATASHEET)都能找到答案，前提是要看得懂全英文的數(shù)據(jù)手冊(cè)。否則，照搬別人的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)。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(cuò)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(jī)學(xué)習(xí)者晉級(jí)的絆腳石。良好的英文閱讀能力能讓你在單片機(jī)技術(shù)知識(shí)的海洋里自由遨游。

做PCB板就比較簡(jiǎn)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(fèi)一番功夫了。

嫻熟的單片機(jī)C語言編程、會(huì)使用Protel軟件或 AltimDesigner軟件設(shè)計(jì)PCB板和具備一定的英文閱讀能力，你就是一個(gè)遇強(qiáng)則強(qiáng)的單片機(jī)高手了。

1.運(yùn)算器

運(yùn)算器由運(yùn)算部件--算術(shù)邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit，簡(jiǎn)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(yùn)算，輸入來源為兩個(gè)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(duì)這兩個(gè)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(gè)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(shí)，ALU即把兩個(gè)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(yùn)算器有兩個(gè)功能:

(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。

(2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。

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

2.控制器

控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的"決策機(jī)構(gòu)"，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)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(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)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(dòng)的方向。

微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計(jì)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(chǔ)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(shí)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(jī)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(yùn)算時(shí)它有雙功能:運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù);運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)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(chǔ)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(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)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(shí)，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(shí)，必須對(duì)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(xiàng)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(jì)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(jì)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(chǔ)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(shí)，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(shí)，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。

1、主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)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(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化;

3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無故障;

4、處理功能強(qiáng)，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(qiáng)

7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)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(jī)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(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專用途設(shè)計(jì)的;專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。

這是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū)分的。總線型單片機(jī)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(jī)連接，另外，許多單片機(jī)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(jī)稱為非總線型單片機(jī)。

這是按照單片機(jī)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(yùn)算能力強(qiáng);用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)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(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。

單片機(jī)到底是什么呢?就是一個(gè)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(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)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(jī)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(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)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(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)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(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別!只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性!

由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)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(jī)器碼以外最低級(jí)的語言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢?很多高級(jí)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(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸!對(duì)于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對(duì)于單片機(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)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(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC也是承受不了的。

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

單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，

單片機(jī)芯片

常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)(最小系統(tǒng))，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講:一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)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(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)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(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)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(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)。因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。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(jī)，直到目前基于8031的單片機(jī)還在廣泛的使用。在很多方面單片機(jī)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(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。

現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)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(jī)。 汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作!單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。

單片機(jī)是指芯片本身，而單片機(jī)系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)某一個(gè)控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，這是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是指單片機(jī)開發(fā)調(diào)試的工具。單片機(jī)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(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)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(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作;單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)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(jī)能識(shí)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(chǔ)功能的部件--存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元(最小的存儲(chǔ)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(gè)房間的被分配到了唯一房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。

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

我們知道，一個(gè)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(gè)問題，因?yàn)楦髌骷g一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很多，但計(jì)算機(jī)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(dú)連線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機(jī)中引入了總線的概念，各個(gè)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(gè)器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩個(gè)器件同時(shí)送出數(shù)據(jù)，一個(gè)為0，一個(gè)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(shí)工作，任何時(shí)候只能有一個(gè)器件發(fā)送數(shù)據(jù)(可以有多個(gè)器件同時(shí)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(jī)內(nèi)部或者外部存儲(chǔ)器及其它器件中有存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)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(hào)的形式給出的，由于存儲(chǔ)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(jī)芯片的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)關(guān)系，不可以由單片機(jī)的開發(fā)者更改。地址:是尋找單片機(jī)內(nèi)部、外部的存儲(chǔ)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(jì)者規(guī)定好，不可更改，外部的單元可以由單片機(jī)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(jī)處理的對(duì)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(shí)常數(shù)。

4.實(shí)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(shí)際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實(shí)際輸出的值。

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

初學(xué)時(shí)往往對(duì)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(gè)切換的過程，或者說要有一條指令，事實(shí)上，各端口的第二功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號(hào)，當(dāng)微處理機(jī)外接RAM或有外部I/O口時(shí)，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(jī)一執(zhí)行到MOVX指令，就會(huì)有相應(yīng)的信號(hào)從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。事實(shí)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(huì)'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(jī)執(zhí)行到這條指令時(shí)，也會(huì)使P3.7變?yōu)楦唠娖剑褂谜卟粫?huì)這么去做，因?yàn)檫@通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

單片機(jī)在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計(jì)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(gè)單元，并且在'0000'單元中存放的一定是一條指令。

堆棧是一個(gè)區(qū)域，是用來存放數(shù)據(jù)的，這個(gè)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(gè)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(shí)，SP就(在原來值的基礎(chǔ)上)自動(dòng)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(dòng)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(shí)，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?yàn)殚_機(jī)時(shí)，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(gè)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(huì)造成數(shù)據(jù)的混亂。不同作者編寫程序時(shí)，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(huì)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(jì)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(shí)上這些常數(shù)、地址在設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)源程序文件編譯，查錯(cuò)，直到?jīng)]有語法錯(cuò)誤，除了極簡(jiǎn)單的程序外，一般應(yīng)用仿真機(jī)對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試，直到程序運(yùn)行正確為止。運(yùn)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(shí)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(duì)整個(gè)過程有個(gè)認(rèn)識(shí)，舉一例說明:

STC單片機(jī)

STC公司的單片機(jī)主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，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(hào)，加密性好，抗干擾強(qiáng).

PIC單片機(jī):

是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)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(chǔ)器的芯片.

EMC單片機(jī):

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

ATMEL單片機(jī)(51單片機(jī)):

ATMEl公司的8位單片機(jī)有AT89、AT90兩個(gè)系列，AT89系列是8位Flash單片機(jī)，與8051系列單片機(jī)相兼容，靜態(tài)時(shí)鐘模式;AT90系列單片機(jī)是增強(qiáng)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(jī)，也叫AVR單片機(jī).

PHLIPIS 51LPC系列單片機(jī)(51單片機(jī)):

PHILIPS公司的單片機(jī)是基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)，嵌入了掉電檢測(cè)、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(jì)中可以滿足多方面的性能要求.

HOLTEK單片機(jī):

臺(tái)灣盛揚(yáng)半導(dǎo)體的單片機(jī)，價(jià)格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費(fèi)類產(chǎn)品.

TI公司單片機(jī)(51單片機(jī)):

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

松翰單片機(jī)(SONIX):

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

三星單片機(jī):

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

凌陽單片機(jī):

中國(guó)臺(tái)灣凌陽科技股份有限公司(Sunplus Technology CO. LTD)至力于8位和16位機(jī)的開發(fā)。SPMC65系列單片機(jī)是凌陽主推產(chǎn)品，采用8位SPMC65 CPU 內(nèi)核，并圍繞這個(gè)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(diǎn);不同型號(hào)的芯片只是對(duì)片內(nèi)資源進(jìn)行刪減.其最大的特點(diǎn)就是超強(qiáng)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(bào)警、計(jì)算機(jī)外圍等領(lǐng)域。SPMC75 系列單片機(jī)內(nèi)核采用凌陽科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的μ' nSP(Microcontroller and Signal Processor)16位微處理器SPMC75 系列單片機(jī)集成了多種功能模塊:多功能 I/O 口、串行口、 ADC 、定時(shí)計(jì)數(shù)器等常硬件模塊，以及能產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)波形的 PWM 發(fā)生器、多功能的捕獲比較模塊、 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用位置偵測(cè)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(dòng)控制。 SPMC75 系列單片機(jī)具有很強(qiáng)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(jī):

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

SST 單片機(jī):

美國(guó)SST公司推出的SST89系列單片機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的51系列單片機(jī)，包括SST89E/V52RD2，SST89E/V54RD2，SST89E/V58RD2，SST89E/V554RC，SST89E/V564RD等。它與8052系列單片機(jī)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(shí)間可達(dá)100年。

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

科研成果保護(hù)是每一個(gè)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(shí)間加密，錯(cuò)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(gè)軟件加密:利用MCS-51 中A5 指令加密，其實(shí)世界上所有資料，包括英文資料都沒有講這條指令，其實(shí)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(gè)二字節(jié)或三字節(jié)操作碼，因?yàn)樗蟹磪R編軟件都不會(huì)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(jī)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(huì)造成一些器件損壞重要RAM 數(shù)據(jù)采用電池(大電容，街機(jī)采用的辦法)保護(hù)，拔出芯片數(shù)據(jù)失去機(jī)器不能起動(dòng)，或能初始化，但不能運(yùn)行。

用真假方法加密

擦除芯片標(biāo)識(shí)

把8X52單片機(jī)，標(biāo)成8X51 單片機(jī)，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(shí)如有的單片機(jī)引腳兼容，有的又不是同一種單片機(jī)，可張冠李戴，只能意會(huì)了，這要求你知識(shí)面廣一點(diǎn) 。

用最新出廠編號(hào)的單片機(jī)，如2000 年后的AT89C 就難解密，或新的單片機(jī)品種，如AVR 單片機(jī)。

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(jī)工作(如AVR 單片機(jī)中的AT90S1200)，使用更復(fù)雜的單片機(jī)，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(shí)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(jī)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(gè)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(jī)器碼，最好要加巧妙一點(diǎn)用大容量芯片，用市場(chǎng)上仿真器不能仿真的芯片，如內(nèi)部程序?yàn)?4KB 或大于64KB 的器件，如:AVR 單片機(jī)中ATmega103 的Flash 程序存儲(chǔ)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(shí)把密碼寫到EEPROM 中，程序執(zhí)行時(shí)再查密碼正確與否，盡量不讓人家讀懂程序。關(guān)于單片機(jī)加密，講到這里，就算拋磚引玉。

一、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)概述:包括嵌入式系統(tǒng)概念、單片機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)、市場(chǎng)主流單片機(jī)性能比較與選型、常用51核單片機(jī)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(jī)架構(gòu)及基本資源的使用:包括單片機(jī)工作原理介紹、51單片機(jī)架構(gòu)介紹、單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹、51單片機(jī)基本資源如并口、中斷、時(shí)鐘與復(fù)位、串口等的熟練使用等;

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

四、輸入輸出設(shè)備的設(shè)計(jì):包括獨(dú)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(jì)、蜂鳴器的設(shè)計(jì);

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

六、單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn):各種軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)技巧、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(gè)范疇:

1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用

單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)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(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備(功率計(jì)，示波器，各種分析儀)。

2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用

用單片機(jī)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(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)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(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)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(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。

5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

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