單片機(jī)應(yīng)用編程技巧問(wèn)答（三）

41. 通常采用什么方法來(lái)測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性?

答：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)可以分為軟件和硬件兩個(gè)方面，我們要保證單片機(jī)系統(tǒng)可靠性就必須從這兩方面入手。

首先在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，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(jī)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 HOLTEK最基本的I/O單片機(jī)HT48R05A-1為例，它內(nèi)部提供了看門狗定時(shí)器WDT防止單片機(jī)內(nèi)部程序亂跑出錯(cuò);提供了低電壓復(fù)位系統(tǒng)LVR， 當(dāng)電壓低于某個(gè)允許值時(shí)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)RESET防止芯片被鎖死;HOLTEK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(duì)芯片的影響。

當(dāng)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，對(duì)于不同的單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品會(huì)有不同的測(cè)試項(xiàng)目和方法，但是有一些是必須測(cè)試的：

 測(cè)試單片機(jī)軟件功能的完善性。 這是針對(duì)所有單片機(jī)系統(tǒng)功能的測(cè)試，測(cè)試軟件是否寫(xiě)的正確完整。

 上電掉電測(cè)試。在使用中用戶必然會(huì)遇到上電和掉電的情況，可以進(jìn)行多次開(kāi)關(guān)電源，測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

 老化測(cè)試。測(cè)試長(zhǎng)時(shí)間工作情況下，單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下測(cè)試。

 ESD和EFT等測(cè)試?？梢允褂酶鞣N干擾模擬器來(lái)測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。例如使用靜電模擬器測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的抗靜電ESD能力;使用突波雜訊模擬器進(jìn)行快速脈沖抗干擾EFT測(cè)試等等。

當(dāng)然如果沒(méi)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(jī)系統(tǒng)的接觸端口，由此測(cè)試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機(jī)系統(tǒng)工作，由此測(cè)試抗電磁干擾能力等。

42. 在開(kāi)發(fā)單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)，具體有那些是衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)?

答：從工業(yè)的角度來(lái)看，衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)有很多，也針對(duì)不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同。下面我們大概介紹單片機(jī)系統(tǒng)最常用的標(biāo)準(zhǔn)。

 電試驗(yàn)(ESD)

參考標(biāo)準(zhǔn)： IEC 61000-4-2

本試驗(yàn)?zāi)康臑闇y(cè)試試件承受直接來(lái)自操作者及相對(duì)對(duì)象所產(chǎn)生之靜電放電效應(yīng)的程度。

 空間輻射耐受試驗(yàn)(RS)

參考標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-3

本試驗(yàn)為驗(yàn)證試件對(duì)射頻產(chǎn)生器透過(guò)空間散射之噪聲耐受程度。

測(cè)試頻率：80 MHz~1000 MHz

 快速脈沖抗擾測(cè)試(EFT/B)

參考標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-4

本試驗(yàn)?zāi)康臑轵?yàn)證試件之電源線，信號(hào)線(控制線)遭受重復(fù)出現(xiàn)之快速瞬時(shí)叢訊時(shí)之耐受程度。

 雷擊試驗(yàn)(Surge)

參考標(biāo)準(zhǔn) ： IEC 61000-4-5

本試驗(yàn)為針對(duì)試件在操作狀態(tài)下，承受對(duì)于開(kāi)關(guān)或雷擊瞬時(shí)之過(guò)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(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-6

本試驗(yàn)為驗(yàn)證試件對(duì)射頻產(chǎn)生器透過(guò)電源線傳導(dǎo)之噪聲耐受程度。

測(cè)試頻率范圍：150 kHz~80 MHz

 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(yàn)。

43. 在設(shè)計(jì)軟體時(shí)，大多單片機(jī)都設(shè)有看門狗，需要在軟體適當(dāng)?shù)奈恢萌ノ构罚苑乐管涹w復(fù)位和軟體進(jìn)入死循環(huán)，如何適當(dāng)?shù)奈构?，即如何精確判定軟體的運(yùn)行時(shí)間?

答：大多數(shù)單片機(jī)都有看門狗定時(shí)器功能(WDT，Watch Dog Timer)以避免程序跑錯(cuò)。HOLTEK有一款基本I/O型單片機(jī)--HT48R05A-1，我們就以它為例做個(gè)說(shuō)明吧。

首先了解一下WDT的基本結(jié)構(gòu)，它其實(shí)是一個(gè)定時(shí)器，所謂的喂狗是指將此定時(shí)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(lái)清除 WDT，即CLR WDT;硬件喂狗就是硬件復(fù)位RESET。當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，會(huì)造成WDT復(fù)位，也就是我們常說(shuō)的看門狗起作用了。在程序正常執(zhí)行時(shí)，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(jì)算WDT相隔多久時(shí)間會(huì)溢出一次。HT48R05A-1的WDT溢出時(shí)間計(jì)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(shí)鐘來(lái)源周期。如果使用內(nèi)部RC振蕩作為WDT的時(shí)鐘來(lái)源 (RC時(shí)鐘周期為65us/5V)，最大的WDT溢出時(shí)間為2.1秒。

當(dāng)我們得到了WDT溢出時(shí)間Twdt后，一般選擇在Twdt/2左右的時(shí)間進(jìn)行喂狗，以保證看門狗不會(huì)溢出，同時(shí)喂狗次數(shù)不會(huì)過(guò)多。

軟件運(yùn)行時(shí)間是根據(jù)不同的運(yùn)行路線來(lái)決定的，如果可以預(yù)見(jiàn)軟件運(yùn)行的路線，那么可以根據(jù)T=n*T1來(lái)計(jì)算軟件的運(yùn)行時(shí)間。n是指運(yùn)行的機(jī)器周期 數(shù)，T1是指機(jī)器周期。HOLTEK單片機(jī)是RISC結(jié)構(gòu)，大部分指令由一個(gè)機(jī)器周期組成，只需要知道軟件運(yùn)行了多少條指令，就可以算出運(yùn)行時(shí)間了。 HOLTEK的編譯軟件HT-IDE3000中，就有計(jì)算運(yùn)行時(shí)間的工具。但是對(duì)于CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，一條指令可以由若干個(gè)機(jī)器周期組成，那么就需要 根據(jù)具體執(zhí)行的指令來(lái)計(jì)算了。

44. 我們是一家開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的專業(yè)廠，利用各種單片機(jī)和CPU開(kāi)發(fā)了很多產(chǎn)品，在軟件開(kāi)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(shí)際運(yùn)用中還是很不可靠，如：經(jīng)常莫名其妙地死機(jī)、程序跳段、I/O數(shù)據(jù)錯(cuò)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(wú)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(duì)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(jī)抗干擾能力夠不夠強(qiáng)了。單片機(jī)干擾最常見(jiàn)的現(xiàn)象就是復(fù)位;至于程序跑飛，其實(shí)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(jī)軟件抗干擾最重要的是處理好復(fù)位狀態(tài)。

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

可以在定時(shí)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(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間)，SET標(biāo)志位，這些動(dòng)作都在中斷程序里面。而主程序只需要查詢標(biāo)志位就好了，但是注意標(biāo)志位使用后，記得清除，還有中斷里面的時(shí)基累加器使用以后也要記得清除。

45. 在單片機(jī)的應(yīng)用方面應(yīng)注重哪幾個(gè)方面的學(xué)習(xí)?

答：學(xué)習(xí)的過(guò)程基本上可分四個(gè)階段：

第一階段是先瀏覽教科書(shū)里的硬體部分，大至了解單片機(jī)的硬體結(jié)構(gòu)。如ROM、RAM、地址、I/O口等，以及看一些廠家的Data Sheet如HOLTEK網(wǎng)站有提供簡(jiǎn)體版各項(xiàng)MCU資料，來(lái)加強(qiáng)IC所提供各項(xiàng)資源的印象。

第二階段就是了解二進(jìn)位數(shù)字、十六進(jìn)位數(shù)和軟體方面的內(nèi)容。盡管有很多高階語(yǔ)言可用于單片機(jī)的編程，但我覺(jué)得初學(xué)還是以組合語(yǔ)言為好(即匯編語(yǔ) 言)，更有利于和硬體結(jié)合，掌握硬體結(jié)構(gòu)。知道組合語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言、 指令、程式、根源程式、目的程式等概念后，就從MOV指令開(kāi)始，學(xué)習(xí)組合語(yǔ)言和編程，在此如HOLTEK的MCU組合語(yǔ)言系統(tǒng)有63條指令，簡(jiǎn)單又好理解 它們?cè)鯓雍陀搀w聯(lián)系，更有助于一般學(xué)習(xí)單片機(jī)的指令整合與運(yùn)用.因此其方法可先了解幾條基本的MOV指令和它的機(jī)器語(yǔ)言，大致建立起單片機(jī)的硬體和軟體概 念，來(lái)知道單片機(jī)的硬體是由指令控制指揮的。

第三階段按照編程器的使用手冊(cè)，熟悉使用編程器。現(xiàn)在的編程器一般都和電腦相連，只要具備基本電腦知識(shí)的人都可很快掌握操作步驟。如果初學(xué)者想要快 點(diǎn)熟悉使用單片機(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，HOLTEK有提供單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)詳細(xì)操作資料，可上HOLTEK網(wǎng)站(www.holtek.com.cn) 來(lái)Download HT-IDE3000使用手冊(cè)。

第四階段是依靠實(shí)驗(yàn)板，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)的組合語(yǔ)言指令系統(tǒng)和簡(jiǎn)單編程。同時(shí)和前面所學(xué)硬體知識(shí)結(jié)合組裝，起到主學(xué)軟體，鞏固硬體的雙重作用。開(kāi)始時(shí) 可用別人編的簡(jiǎn)單程式在實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行驗(yàn)證、分析，主要是熟悉該學(xué)習(xí)方法，在應(yīng)用方面主要針對(duì)單片機(jī)I/O各項(xiàng)介面的使用，如A/D，D/A，PWM輸出口 的應(yīng)用，LCD與VFD的控制，以及如何規(guī)范各項(xiàng)串列輸出入口的通訊協(xié)定等，對(duì)其所控制的各項(xiàng)元器件須先分析驅(qū)動(dòng)能力，如電流電壓?jiǎn)栴}等。

46. 當(dāng)今世界單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展有什么不同?

答：對(duì)于應(yīng)用與發(fā)展是一體兩面，是以市場(chǎng)為導(dǎo)向，當(dāng)有市場(chǎng)需求時(shí)，在其應(yīng)用層面的規(guī)劃和分析，而引導(dǎo)單片機(jī)朝此方面的發(fā)展。

47. 在中國(guó)，單片機(jī)在哪方面有較好的前景?

答：觀察之前幾年以來(lái)各家廠商的銷售地區(qū)比重，可以發(fā)現(xiàn)中國(guó)大陸市場(chǎng)比重逐漸提升，臺(tái)灣與北美市場(chǎng)則逐漸衰退，主要原因在于多項(xiàng)產(chǎn)品制造基地轉(zhuǎn)移至 大陸，MCU在大陸的需求也隨之提升。銷貨至大陸的MCU產(chǎn)品，多應(yīng)用于電話、Caller ID、玩具與LCD等產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在未來(lái)，銷貨至大陸的比重仍將持續(xù)增加。在中國(guó)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域可分為五大項(xiàng)目，包括電腦周邊(高速M(fèi)odem、DSC、NB 中的電源管理等)、通訊產(chǎn)業(yè)、消費(fèi)性產(chǎn)品(家電、冷氣等)、車用市場(chǎng)(定速器、控制器、防盜器)及工業(yè)上的應(yīng)用。有部份廠家將特別瞄準(zhǔn)消費(fèi)性產(chǎn)品市場(chǎng)跨 入，如Audio方式將朝多媒、MP3解決方案前進(jìn)，另外在PC連結(jié)應(yīng)用上，包括無(wú)線、網(wǎng)路及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用產(chǎn)品，都會(huì)有一系列產(chǎn)品推出。另外在電源系統(tǒng)應(yīng)用方 面，在UPS(不斷電系統(tǒng))、Server Power(伺服器電源)、Charger(充電器)等應(yīng)用上;以及周邊應(yīng)用領(lǐng)域方面，針對(duì)Game Device、記憶卡、讀卡機(jī)、及Pen Drive(隨身碟)等應(yīng)用上。邏輯IC包括微處理器(MPU)、微控制器(MCU)、特殊應(yīng)用IC(ASIC)、可程式邏輯元件(PLD)以及一般的標(biāo) 準(zhǔn)應(yīng)用IC(ASSP)等，不同的邏輯IC有其發(fā)展方向，而MCU產(chǎn)品則朝向整合型產(chǎn)品發(fā)展，希望能在單一的IC中加入更多的功能，以降低使用者在系統(tǒng)設(shè) 計(jì)上的困難度與成本。

48. 雖然16位也很多，但是真正低端用戶還是用4，8位。高性能要求的現(xiàn)在可以選用32位單片機(jī)。而16位只能是充當(dāng)一個(gè)過(guò)渡的角色。這樣認(rèn)為對(duì)嗎?

答：基本上可以這樣說(shuō)，微控制器歷經(jīng)4位元、8位元、16及32位元等開(kāi)發(fā)過(guò)程，投入廠商眾多，亦無(wú)所不在地應(yīng)用于各種生活領(lǐng)域，只要與操作介面有 關(guān)的范圍，都能發(fā)現(xiàn)MCU的蹤跡，MCU的使用數(shù)量，在國(guó)外甚至成為評(píng)估收入、經(jīng)濟(jì)狀況的指標(biāo)之一。由于汽車、家電和消費(fèi)電子產(chǎn)品的銷售穩(wěn)健，因此將使 2003年MCU市場(chǎng)充滿活力。32位元MCU市場(chǎng)之中，成長(zhǎng)最快的領(lǐng)域仍屬因汽車、可上網(wǎng)手機(jī)、PDA、印表機(jī)、數(shù)位相機(jī)、高速M(fèi)ODEM和其它應(yīng)用對(duì) 其需求較大，市場(chǎng)機(jī)構(gòu)預(yù)估2003年將成長(zhǎng)30%、2004年上升38%。雖然32 bit市場(chǎng)成長(zhǎng)潛力雄厚，不過(guò)目前能以32 bit為主力的廠商畢竟少數(shù)，而無(wú)論是國(guó)內(nèi)外的IC供應(yīng)商，現(xiàn)階段的產(chǎn)品發(fā)展策略重心仍擺在8 bit領(lǐng)域的市場(chǎng)之中，而8 bit及32 bit MCU也成為廠商跨入發(fā)展的對(duì)象，至于16 bit MCU產(chǎn)品雖然速度比8 bit快，但由于16 bit介于8與32之中尷尬位置，且32 bit價(jià)格也逼近16 bit，因此對(duì)于業(yè)者對(duì)于16 bit產(chǎn)品的著墨程度相較之下少了許多。

49. 將原來(lái)的51系統(tǒng)過(guò)渡到ARM系統(tǒng)，需要注意哪些事情以及如何入手?

答：51系統(tǒng)轉(zhuǎn)為ARM系統(tǒng)是比較困難的。ARM提供一系列內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案，并且現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了好幾種內(nèi)核了，現(xiàn)在主要有以下幾種：

 ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC內(nèi)核

 ARM7TDMI(Thumb)：它將ARM7指令集同Thumb擴(kuò)展結(jié)合在一起，減少了內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本;而且還利用嵌入式ICE調(diào)試技術(shù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì);并且有DSP增強(qiáng)擴(kuò)展改進(jìn)了性能。

 ARM9TDMI：采用5階段管道化ARM9內(nèi)核，同時(shí)配備Thumb擴(kuò)展、調(diào)試和Harvard總線。

如果只是想學(xué)習(xí)上手的話，建議先做個(gè)最小系統(tǒng)板，根據(jù)硬件寫(xiě)一個(gè)能夠啟動(dòng)的小代碼包括初始化端口，屏蔽中斷，把程序拷貝到SRAM中;完成代碼的重 映射;配置中斷句柄，連接到C語(yǔ)言入口。其實(shí)還是多實(shí)踐，多點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，多上上電子網(wǎng)站，吸取他人的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)對(duì)自己的成長(zhǎng)有所幫助的。

50. Holtek的編程語(yǔ)句是否就是C51或是相關(guān)的，能否介紹有關(guān)汽車電子設(shè)計(jì)的資料或網(wǎng)站地址?

答：HOLTEK的編程語(yǔ)句就匯編指令來(lái)說(shuō)，與MCS51是不一樣的，但是很多指令比較類似;而C語(yǔ)言，每家公司的C編譯器都會(huì)有點(diǎn)差異，但是很多 與TURBO C相似，所以還是有很大相似性，所以可讀性要比匯編語(yǔ)言好得多，但是不同廠家也還是有一定差別，HOLTEK C語(yǔ)言的介紹請(qǐng)下載http://www.holtek.com.cn/referanc/ht-ide3k.pdf，第十章有詳細(xì)介紹。而關(guān)于汽車電子 設(shè)計(jì)的資料或網(wǎng)站地址您可以到GOOGLE上面去搜索一下，應(yīng)該有比較多的鏈接地址。