单片机关键技术基础详解（二）

        单片机被广泛应用于工业控制，家电，消费电子，医疗电子，仪表测量等领域，为应广大初级电子工程师/单片机爱好者之需，电子发烧友隆重策划整合推出《单片机关键技术基础详解》系列技术文章，以后会陆续推出其他章节，敬请广大工程师朋友继续关注和留意。

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单片机关键技术基础详解（一）

一、CPU与单片机的复位电路的作用及基本复位方式

　　在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误 *** 作，也可以提高电磁兼容性能。

　　无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。

　　基本的复位方式

　　单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。

　　1、手动按钮复位

　　手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平(图1)。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

　　

 

　　图1

　　2、上电复位

　　AT89C51的上电复位电路如图2所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1?F。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms;晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。

　　

 

　　图2

　　3、积分型上电复位

　　常用的上电或开关复位电路如图3所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的 *** 作。

　　根据实际 *** 作的经验，下面给出这种复位电路的电容、电阻参考值。

　　图3中：C：=1uF，Rl=lk，R2=10k

　　

 

　　图3 积分型上电复位电路

二、编制单片机应用程序的步骤和难点

　　1前言

　　如何编写单片机应用程序，这是一个实践性很强的题目，也是1项艰苦而细致的工作。如果按照一定的步骤并且找出难点，事先对这些难点加以处理，能够收到事半功倍的效果。下面根据实际工作中的经验，谈谈实际开发中必经的几个步骤和可能遇到的难处理。对于1个单片机应用程序，其编制过程如图1所示。

　　

 

　　2编制步骤

　　2.1搞清功能和编写方案

　　接到一个单片机项目设计文件之后，并不是马上动手编写程序，而是仔细研究用户提出的技术要求或者技术说明，根据这些技术要求和技术说明，也就是客户要求，把程序应该具备的主要功能写清楚，写仔细，这是最关键的工作。如不清楚，应向客户和使用者问清楚，否则在设计完成以后会发现有些功能由于事先没有考虑清楚再重新设计将会很麻烦，可能有些需要重新增加的功能很容易补充，而有些可能由于没有事先考虑周全而无法实现。

　　2.2编写总流程图和各功能模块流程图

　　根据要完成的程序功能写出总流程图，根据总流程图把整个程序划分成几个主要的功能模块，每个功能模块都要写出基本流程图，这主要是为以后的程序编写起到一个指导作用。当然，在实际的程序编写过程中肯定会有一些改动，1个基本的流程会指导您在写程序的过程中不会出现太大的偏差。例如，编写键盘扫描并且区分是功能键还是数字键的子程序，如果是功能键就转相应的功能处理程序;如果是数字键就在相应的数码管上显示出来;可以写出其流程图，如图2所示。

　　

 

　　2.3准备编程所需的资料

　　这些资料主要是编程语言方面的书籍、杂志等。因为程序语言的有些资料任何编程人员都不可能记得太清楚，如每条指令的含义，具体 *** 作每条指令所牵涉的硬件电路等。如果资料准备得比较充分，可以放在案边，若有需要，顺手查阅。

　　2.4人机界面的编程

　　用单片机实现的项目人机界面相对简单。若为LED显示，应根据LED的位数选取简单、明燎、用户一看便知的提示符;显示的数据位数应充分考虑用户提出的技术要求。

　　2.5分析编程的难点和技术解决方案

　　即使1个熟练的编程人员，编程过程中会遇到一些困难。为了能比较顺利地完成程序设计，应根据程序所完成的功能和程序流程对整个程序的框架分析一下，并根据自己掌握的技能定位整个程序的难点，然后找到最佳的算法。例如对于稍微大一点的项目，键盘扫描和显示部分的程序编制应该是单片机编程的难点。

　　(1)无论是键盘扫描还是显示过程都和硬件部分息息相关

　　送片选信号选取键盘就必须搞清单片机芯片是高电平选通还是低电平选通;选通键盘后，还需要读回键盘的状态。对读回的键盘状态还要进行防抖处理;若键盘抖动，放弃读回的数据，重新读键盘状态;若确定为键盘按下，才能对按键值进行处理;处理后的键值送显示或作为其它使用。由此可知以上的每一过程都和硬件电路打交道。

　　(2)键盘扫描和显示牵涉到的算法比较复杂

　　因为扫描键盘的过程就是遍历每个按键，识别抖动，识别按键是否松开等过程;除此之外还要延迟合适的时间，以便再次读取键值。显示过程也要遍历每个数码管或液晶字符;其中查表过程，送显示过程都要用到比较复杂的循环遍历算法。

　　(3)数字键和功能键的区分

　　是数字键就送显示，是功能键就转相应的功能子程序，把两者结合起来就构成比较复杂的散转程序。MCS51单片机有现成的散转子程序可供参阅，PIC可以参照MCS51的散转子程序套用。

　　以上3点都是单片机编程的难点部分，在编程之前都应该找出来仔细分析。通过分析，将所有可能成为难点之处都一一找出并找出相应的算法，在以后的程序编写过程中也相应地比较顺利。

　　2.6写程序

　　在上面的准备工作完成后，就可以着手编写程序。因为有了明确的程序流程，有了充足的资料，可能遇到的难点基本上找到了解决方法;这样，事先准备得比较充分，即使在以后的程序编写过程中遇到困难，也较易解决。这样就可以节省很多时间，以便静下心来认真按照方案和流程编写程序。另外，一般写完1个功能程序就进行调试，通过后再编写另外1个功能代码，这样可以防止全部代码编写完毕后再调试可能带来的相互影响，从而可以搞清楚到底是哪部分程序有问题。

　　2.7程序调试

　　程序的调试过程是1个比较复杂的过程，有些需要高度的技巧和一定的方法。一般的编程软件都提供单步、单步越过、断点、运行到光标处等基本方法，一般掌握这几种基本方法就可以解决绝大部分问题。经过长时间的调试实践之后自然就可以掌握一定的调试技巧，即熟能生巧。

　　3结束语

　　以上是编程一般单片机程序必须经过的7大步骤，假如这7个过程的工作做得比较充分，一定能够编写出令人满意的单片机程序。