十年專注單片機方案開發(fā)的方案公司英銳恩，分享單片機應(yīng)用編程技巧（三）。英銳恩現(xiàn)提供服務(wù)產(chǎn)品涉及主控芯片：8位單片機、16位單片機、32位單片機及各類運算放大器等。

30.    如果準備估計一個算法的MIPS，有什么好的途徑？
答：算法的運行時間是指一個算法在計算機上運算所花費的時間。它大致等于計算機執(zhí)行簡單操作（如賦值操作，比較操作等）所需要的時間與算法中進行簡單操作次數(shù)的乘積。通常把算法中包含簡單操作次數(shù)的多少叫做算法的時間復(fù)雜性。它是一個算法運行時間的相對量度，一般用數(shù)量級的形式給出。度量一個程序的執(zhí)行時間通常有兩種方法：  

 一種是事后統(tǒng)計的方法。因為很多計算機內(nèi)部都有計時功能，不同算法的程序可通過一組或若干組相同的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以分辨優(yōu)劣。但這種方法有兩個缺陷：一是必須先運行依據(jù)算法編制的程序；二是所得時間的統(tǒng)計量依賴于計算機的硬件、軟件等環(huán)境因素，有時容易掩蓋算法本身的優(yōu)劣。因此人們常常采用另一種事前分析估算的方法。 

l    一種是事前分析估算的方法。一個程序在計算機上運行時所消耗的時間取決于下列因素： 

(1)依據(jù)的算法選用何種策略； 
(2)問題的規(guī)模。例如求100以內(nèi)還是1000以內(nèi)的素數(shù)； 
(3)書寫程序的語言。對于同一個算法，實現(xiàn)語言的級別越高，執(zhí)行效率就越低； 
(4)編譯程序所產(chǎn)生的機器代碼的質(zhì)量。這個跟編譯器有關(guān)； 
(5)機器執(zhí)行指令的速度。

顯然，同一個算法用不同的語言實現(xiàn)，或者用不同的編譯程序進行編譯，或者在不同的計算機上運行時，效率均不相同。這表明使用絕對的時間單位衡量算法的效率是不合適的。撇開這些與計算機硬件、軟件有關(guān)的因素，可以認為一個特定算法"運行工作量"的大小，只依賴于問題的規(guī)模（通常用整數(shù)量n表示），或者說，它是問題規(guī)模的函數(shù)。 

一個算法是由控制結(jié)構(gòu)（順序、分支和循環(huán)三種）和原操作（指固有數(shù)據(jù)類型的操作）構(gòu)成的，則算法時間取決于兩者的綜合效果。為了便于比較同一問題的不同算法，通常的做法是，從算法中選取一種對于所研究的問題（或算法類型）來說是基本運算的原操作，以該基本操作重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)作為算法的時間度量。  

算法的MIPS有專門的一門學(xué)問，可以去好好參考相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)書籍。 

31.    遙控的編解碼思路和設(shè)計流程是怎樣的？
答：一般來說完整的遙控碼分為頭碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼和校驗碼四個組成部分。頭碼根據(jù)不同的廠家各不相同，地址碼和數(shù)據(jù)碼都由邏輯“1”和邏輯“0”組成。編碼的設(shè)計目的，就是按照編碼規(guī)則發(fā)送不同的碼值。我們最常見的碼型有SONY、松下、NEC等廠家型號。遙控編碼芯片最常用的是在空調(diào)、DVD、車庫門等遙控器上。  

設(shè)計編碼程序可以分為三個部分。 

第一部分是了解碼型的特性。遙控碼的頭碼和地址碼（也稱為客戶碼）是固定不變的，數(shù)據(jù)碼和校驗碼根據(jù)不同的鍵值而改變。 

第二部分是計算發(fā)碼時間。遙控碼大部分都是由邏輯“1”和邏輯“0”組成，也就是由一串固定占空比、固定周期的方波所組成。通常這些方波的周期是毫秒甚至微秒等級，需要在時間上計算的比較精確。所以選擇發(fā)碼單片機型號的時候，就要考慮到單片機的運行速度是不是夠快，以及程序運行時間夠不夠。  

第三部分就是程序的編寫。選定單片機型號之后，開始設(shè)計程序流程。一般來說我們使用I/O口就可以做發(fā)碼的輸出端口。發(fā)碼程序一般由幾個子程序組成，頭碼子程序、邏輯1子程序，邏輯0子程序以及校驗碼的算法子程序。一旦我們得到要發(fā)送碼的命令后，首先調(diào)用頭碼子程序，然后根據(jù)客戶碼和鍵值調(diào)用邏輯1子程序或者邏輯0子程序，最后調(diào)用校驗碼算法子程序輸出校驗碼。 

ENROO公司的EN8F630/EN8F690和EN8F629是專為遙控器設(shè)計的單片機，它們具有專門紅外輸出口，可以實現(xiàn)絕大部分發(fā)碼的要求。 

設(shè)計解碼程序也可以分為三部分。 

第一部分了解編碼波形特性。從分析編碼的高、低脈沖寬度入手，了解邏輯“1”和邏輯“0”的波形占空比、周期。了解頭碼的特性。  

第二部分確定接收方式。一般我們可以用I/O口查詢方法或者INT口中斷響應(yīng)方法來接收編碼。這兩者的區(qū)別是I/O口查詢方式比較耗費單片機的運行時間資源，需要不斷的去偵測I/O的電平變化，以免漏掉有效的碼值；而INT口中斷接收方式則比較節(jié)省資源，當外部有電平變化時，單片機才需要去處理，不需要時刻進行偵測。但是INT口中斷接收方式不能辨別相同周期不同占空比的波形特性，當編碼所攜帶的邏輯“1”和邏輯“0”具有這種特性時，就無法通過INT口中斷接收方式來辨別了，因為INT中斷只是在上升沿或者下降沿的時候才觸發(fā)。  

第三部分將接收的碼值存儲并分析執(zhí)行。根據(jù)判斷高低電平的寬度（定時器或者延時），可以得到碼值，也就是我們所說的解碼。一般我們連續(xù)收到3個相同的完整碼值，就確認此碼的確被發(fā)出，并接收成功。當解碼結(jié)束，根據(jù)碼值我們可以判斷出是哪個按鍵被按下，由此去執(zhí)行相對的按鍵功能。 

ENROO公司的EN8F630以及629系列單片機，都可以符合大多數(shù)解碼的任務(wù)。 

32.    在學(xué)習(xí)單片機的過程中，如何理解預(yù)分頻，12時鐘模式（6時鐘模型）等概念？
答：預(yù)分頻器的英文是prescaler。它就是將輸入的頻率信號分頻，然后再輸出。ENROO公司有一款最基本的8位I/O型單片機HT48R05A-1，我們就以這款單片機為例說明。HT48R05A-1有一個8位向上計數(shù)的定時器Counter。系統(tǒng)時鐘Fsys（4MHz）進入八階預(yù)分頻器（8-stage Prescaler）進行分頻，再進入定時計數(shù)器Counter計數(shù)。根據(jù)軟件設(shè)置，預(yù)分頻器可以將Fsys進行2的n次方分頻（n=1~8）。舉例來說，如果軟件設(shè)置為預(yù)分頻器2分頻，那幺預(yù)分頻器輸出的頻率就是Fsys/2=2MHz，這個2MHz信號再進入定時計數(shù)器Counter。  

12時鐘模式(6時鐘模型)應(yīng)該就是在MCS51系列中，12個系統(tǒng)時鐘為一個機器周期，2個系統(tǒng)時鐘為一個狀態(tài)，即一個機器周期有6個狀態(tài)。

33.    A/D、D/A的采樣速率與其它單片機相比有什么優(yōu)勢？
答：ENROO/A/D Tyep MCU內(nèi)嵌逐位逼近的A/D轉(zhuǎn)換電路，精度有8bit/9bit/10bit，A/D轉(zhuǎn)換時間最快為76us。  

至于D/A，一般是指PWM輸出，ENROO A/D Type MCU都帶有8bit的PWM輸出，但ENROO PWM的特點是其輸出頻率由系統(tǒng)頻率決定(既系統(tǒng)頻率選定后，PWM頻率也就定了)，其占空比通過對[PWM]寄存器賦值進行控制，不需要占用定時/計數(shù)器資源。

34.    采用AT89S51時，出現(xiàn)了按了復(fù)位按鈕，RAM中的數(shù)據(jù)被修改了。這是怎么回事？注：數(shù)據(jù)放在特殊寄存器之外。 
答：如果是RESET腳的復(fù)位按鈕：一般MCU的RESET復(fù)位，其特殊寄存器會被重新初始化，而通用寄存器的值保持不變。 

如果復(fù)位按鈕是電源復(fù)位：那就是MCU的上電復(fù)位，其特殊寄存器會被初始化，而通用寄存器的值是隨機數(shù)。

35.    將P2.7用來驅(qū)動一個NPN三極管，中間串接了一個1K的電阻。問題是：當我嘗試向P2.7寫’1’時，發(fā)現(xiàn)管腳只能輸出大約0.5V的一個電平。這個電路的使用得妥當么？如何正確的使用IO功能？ 
答：是在仿真時遇到的問題，還是燒錄芯片后遇到的問題？  

可以先將P2.7的外部電路斷開，測量輸出電壓是否正常。如果斷開后輸出電壓正常，那就說明P2.7的驅(qū)動能力不夠，不能驅(qū)動NPN三極管，應(yīng)該改用PNP三極管(一般在MCU應(yīng)用中，都采用PNP方式驅(qū)動)。如果斷開后輸出電壓還不正常，那有可能是仿真器(或芯片)已經(jīng)損壞。

36.    在做充電管理的時候，提高pwm的頻率往往以犧牲精度為代價，如果用的AT90S4433(avr)、78P458(elan)頻率分別做到16kHz(8bit)和32kHz(8bit)，而希望做到的是100kHz(8bit以上)，諸如atiny15那樣。怎么辦？
答：你所說的PWM是通過定時/計數(shù)器來控制其頻率和占空比的，所以要提高頻率，必然會降低精度。如

果要提高PWM的頻率，只能通過提高系統(tǒng)振蕩頻率來解決。

37.    汽車電子用的單片機是8位多，還是32位？如何看待單片機在汽車電子市場中的前景？
答：現(xiàn)今汽車制造也是一個進步很快的工業(yè)，特別是電子應(yīng)用于汽車上，令多種新功能得以實現(xiàn)。

總的來說，汽車電子應(yīng)用分三部份。  

汽車發(fā)動機控制：限速控制，渦輪增壓，燃料噴注控制等。
l    汽車舒適裝置：遙控防盜系統(tǒng)，自動空調(diào)系統(tǒng)，影音播放系統(tǒng)，**導(dǎo)航系統(tǒng)等。 
l    汽車操控和制動：剎車防抱死系統(tǒng)(ABS)，循跡系統(tǒng)(TCS)，防滑系統(tǒng)(ASR)，電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)等。 

汽車上的各系統(tǒng)繁多，且日新月異，故利用何種單片機是依各系統(tǒng)規(guī)格，要求不一，但有一樣可肯定是該單片機要符工業(yè)規(guī)格，才能忍受汽車應(yīng)用的惡劣環(huán)境，

高溫，電源干擾，可靠度要求。不同檔次的汽車其功能配置相對亦有差別，故8位單片機在較低階的系統(tǒng)如機械控制，遙控防盜等應(yīng)該還有空間，但高階的系統(tǒng)如影音、導(dǎo)航及將來的無人駕駛，就非一般單片機能實現(xiàn)。

因汽車工業(yè)現(xiàn)階段由歐美日數(shù)個大集團所把持，相關(guān)的汽車電子配件各集團會挑選單片機大廠合作， 故汽車內(nèi)置的電子系統(tǒng)亦由單片機大廠把持，市場只剩外置系統(tǒng)如遙控防盜，影音導(dǎo)航供小廠開發(fā)。 

38.    在使用三星的s3c72n4時，覺得它的time/counter不夠用。現(xiàn)在要同時用到3個counter，該怎么辦？
答：您是需要三個外部counter還是需要三個定時器？

如果是三個定時器標志的話，可以取這三個定時最基本的時基作為timer的基礎(chǔ)計數(shù)，然后以這個時基來計算這三個需要的計數(shù)標志的flag，在程序中只需要查詢flag是否到，再采取動作。

如果要3個外部脈沖計數(shù)的話，這個有一定的難度，如果外部脈沖不是很頻繁，可以考慮通過外部中斷進行，但是這個方法必須是外部脈沖的頻率與MCU執(zhí)行速度有一定的數(shù)量級差，否則mcu可能無法處理其它程序，一直在處理外部中斷。

39.    在芯片集成技術(shù)日益進步的今天，單片機的集成技術(shù)發(fā)展也很迅速，在傳統(tǒng)的40引腳的基礎(chǔ)上，飛利浦公司推出20引腳的單片機系列，使很多的引腳可以復(fù)用，這種復(fù)用技術(shù)的使用在實際應(yīng)用中會不會影響其功能的執(zhí)行？ 
答：現(xiàn)在有很多品牌的單片機都有引腳復(fù)用功能，不止飛利浦一家，應(yīng)該說這個方式前幾年就已經(jīng)有了。在實際應(yīng)用中不會影響其功能的執(zhí)行，但是要注意的是，有的MCU如果采用復(fù)用引腳的話，該引腳會有一些應(yīng)用上的限制，這在相應(yīng)的datasheet里面都會有描述，所以在系統(tǒng)規(guī)劃的時候都要予以注意。 

40.    Delta-Sigma軟件測量方式，是什么概念？ 
答：Delta-Sigma原理一般應(yīng)用在ADC應(yīng)用中。具體來說，Delta-Sigma ADC的工作原理是由差動器、積分器和比較器構(gòu)成調(diào)制器，它們一起構(gòu)成一個反饋環(huán)路。調(diào)制器以大大高于模擬輸入信號帶寬的速率運行，以便提供過采樣。模擬輸入與反饋信號（誤差信號）進行差動 (delta)比較。該比較產(chǎn)生的差動輸出饋送到積分器(sigma)中。然后將積分器的輸出饋送到比較器中。比較器的輸出同時將反饋信號（誤差信號）傳送到差動器，而自身被饋送到數(shù)字濾波器中。這種反饋環(huán)路的目的是使反饋信號（誤差信號）趨于零。比較器輸出的結(jié)果就是1/0 流。該流如果1密度較高，則意味著模擬輸入電壓較高；反之，0密度較高，則意味著模擬輸入電壓較低。接著將1/0流饋送到數(shù)字濾波器中，該濾波器通過過采樣與抽樣，將1/0流從高速率、低精度位流轉(zhuǎn)換成低速率、高精度數(shù)字輸出。

簡而言之，Delta就是差動，Sigma就是積分的意思。Delta-Sigma軟件測試，我的理解應(yīng)該是通過軟件模擬差動積分的過程。具體來說，就是偵測外部輸入的電壓（或者電流）信號變化，然后通過軟件積分運算，得出外部信號隨時間變化的基本狀況。

41.    通常采用什么方法來測試單片機系統(tǒng)的可靠性？ 
答：單片機系統(tǒng)可以分為軟件和硬件兩個方面，我們要保證單片機系統(tǒng)可靠性就必須從這兩方面入手。

首先在設(shè)計單片機系統(tǒng)時，就應(yīng)該充分考慮到外部的各種各樣可能干擾，盡量利用單片機提供的一切手段去割斷或者解決不良外部干擾造成的影響。我們以ENROO最基本的I/O單片EN8F630為例，它內(nèi)部提供了看門狗定時器WDT防止單片機內(nèi)部程序亂跑出錯；提供了低電壓復(fù)位系統(tǒng)LVR，當電壓低于某個允許值時，單片機會自動RESET防止芯片被鎖死；ENROO也提供了最佳的外圍電路連接方案，最大可能的避免外部干擾對芯片的影響。  

當一個單片機系統(tǒng)設(shè)計完成，對于不同的單片機系統(tǒng)產(chǎn)品會有不同的測試項目和方法，但是有一些是必須測試的：

l    測試單片機軟件功能的完善性。 這是針對所有單片機系統(tǒng)功能的測試，測試軟件是否寫的正確完整。
l    上電掉電測試。在使用中用戶必然會遇到上電和掉電的情況，可以進行多次開關(guān)電源，測試單片機系統(tǒng)的可靠性。

l    老化測試。測試長時間工作情況下，單片機系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強電磁干擾的環(huán)境下測試。

  ESD和EFT等測試。可以使用各種干擾模擬器來測試單片機系統(tǒng)的可靠性。例如使用靜電模擬器測試單片機系統(tǒng)的抗靜電ESD能力；使用突波雜訊模擬器進行快速脈沖抗干擾EFT測試等等。

當然如果沒有此類條件，可以模擬人為使用中，可能發(fā)生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機系統(tǒng)的接觸端口，由此測試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機系統(tǒng)工作，由此測試抗電磁干擾能力等。  

42.    在開發(fā)單片機的系統(tǒng)時，具體有那些是衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定性的標準？
答：從工業(yè)的角度來看，衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的標準有很多，也針對不同的產(chǎn)品標準不同。下面我們大概介紹單片機系統(tǒng)最常用的標準。 

l    電試驗(ESD)
參考標準： IEC 61000-4-2 
本試驗?zāi)康臑闇y試試件承受直接來自操作者及相對對象所產(chǎn)生之靜電放電效應(yīng)的程度。

l    空間輻射耐受試驗(RS) 
參考標準：IEC 61000-4-3 
本試驗為驗證試件對射頻產(chǎn)生器透過空間散射之噪聲耐受程度。
測試頻率：80 MHz~1000 MHz 

  快速脈沖抗擾測試(EFT/B) 
參考標準：IEC 61000-4-4
本試驗?zāi)康臑轵炞C試件之電源線，信號線(控制線)遭受重復(fù)出現(xiàn)之快速瞬時叢訊時之耐受程度。

l    雷擊試驗(Surge) 
參考標準 ： IEC 61000-4-5 
本試驗為針對試件在操作狀態(tài)下，承受對于開關(guān)或雷擊瞬時之過電壓/電流產(chǎn)生突波之耐受程度。 

傳導(dǎo)抗擾耐受性(CS)
參考標準：IEC 61000-4-6 
本試驗為驗證試件對射頻產(chǎn)生器透過電源線傳導(dǎo)之噪聲耐受程度。
測試頻率范圍：150 kHz~80 MHz 

l    Impulse
脈沖經(jīng)由耦合注入電源線或控制線所作的雜抗擾性試驗。

43.    在設(shè)計軟體時，大多單片機都設(shè)有看門狗，需要在軟體適當?shù)奈恢萌ノ构罚苑乐管涹w復(fù)位和軟體進入死循環(huán)，如何適當?shù)奈构罚慈绾尉_判定軟體的運行時間？
答：大多數(shù)單片機都有看門狗定時器功能（WDT，Watch Dog Timer）以避免程序跑錯。ENROO有一款基本I/O型單片機--EN8F630，我們就以它為例做個說明吧。

首先了解一下WDT的基本結(jié)構(gòu)，它其實是一個定時器，所謂的喂狗是指將此定時器清零。喂狗分為軟件和硬件兩種方法。軟件喂狗就是用指令來清除WDT，即CLR WDT；硬件喂狗就是硬件復(fù)位RESET。當定時器溢出時，會造成WDT復(fù)位，也就是我們常說的看門狗起作用了。在程序正常執(zhí)行時，我們并不希望WDT復(fù)位，所以要在看門狗溢出之前使用軟件指令喂狗，也就是要計算WDT相隔多久時間會溢出一次。HT48R05A-1的WDT溢出時間計算公式是：

256*Div*Tclock。其中Div是指wdt預(yù)分頻數(shù)1~128，Tclock是指時鐘來源周期。如果使用內(nèi)部RC振蕩作為WDT的時鐘來源（RC時鐘周期為65us/5V），最大的WDT溢出時間為2.1秒。 

當我們得到了WDT溢出時間Twdt后，一般選擇在Twdt/2左右的時間進行喂狗，以保證看門狗不會溢出，同時喂狗次數(shù)不會過多。  

軟件運行時間是根據(jù)不同的運行路線來決定的，如果可以預(yù)見軟件運行的路線，那么可以根據(jù)T=n*T1來計算軟件的運行時間。n是指運行的機器周期數(shù)，T1是指機器周期。ENROO單片機是RISC結(jié)構(gòu)，大部分指令由一個機器周期組成，只需要知道軟件運行了多少條指令，就可以算出運行時間了。ENROO的編譯軟件EN WRITER中，就有計算運行時間的工具。但是對于CISC結(jié)構(gòu)的單片機，一條指令可以由若干個機器周期組成，那么就需要根據(jù)具體執(zhí)行的指令來計算了。 

44.    我們是一家開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的專業(yè)廠，利用各種單片機和CPU開發(fā)了很多產(chǎn)品，在軟件開發(fā)上也采用了很多通用的抗干擾技術(shù)，如：軟件陷阱、指令允余、看門狗和數(shù)字濾波等等，但實際運用中還是很不可靠，如：經(jīng)常莫名其妙地死機、程序跳段、I/O數(shù)據(jù)錯誤等，并且故障的重復(fù)性很不確定，也不是周期性地重復(fù)。往往用戶使用中出現(xiàn)故障，但又無法重現(xiàn)，很讓人頭痛。反復(fù)檢查硬件也設(shè)查出原因，所以對軟件的可靠性很是懷疑。怎么辦？
答：防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到，所以只能看單片機抗干擾能力夠不夠強了。單片機干擾最常見的現(xiàn)象就是復(fù)位；至于程序跑飛，其實也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復(fù)位狀態(tài)；所以單片機軟件抗干擾最重要的是處理好復(fù)位狀態(tài)。

一般單片機都會有一些標志寄存器，可以用來判斷復(fù)位原因；另外也可以自己在RAM中埋一些標志。在每次程序復(fù)位時，通過判斷這些標志，可以判斷出不同的復(fù)位原因；還可以根據(jù)不同的標志直接跳到相應(yīng)的程序。這樣可以使程序運行有連續(xù)性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復(fù)位過。 

可以在定時中斷里面設(shè)置一些暫存器累加，然后加到預(yù)先設(shè)定的值（一個比較長的時間），SET標志位，這些動作都在中斷程序里面。而主程序只需要查詢標志位就好了，但是注意標志位使用后，記得清除，還有中斷里面的時基累加器使用以后也要記得清除。

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