單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)四問

3.單片機(jī)程序的作用是什么?如何編寫?如何寫入單片機(jī)?

單片機(jī)程序的用途是讓單片機(jī)“聽話”，按人們所預(yù)定的設(shè)計(jì)完成一系列動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的功能。

例如使用單片機(jī)控制流水燈，接通電源后，第一次燈亮，然后延時(shí)一段時(shí)間，第二次燈亮，然后延時(shí)一段時(shí)間，第三次燈亮……，延時(shí)一段時(shí)間后又回到第一次燈亮，如此循環(huán)不已。這里就有這樣的一些問題：第一次亮幾盞燈、延時(shí)多少時(shí)間、一個(gè)循環(huán)中設(shè)置多少次不同的燈亮的情況……，這些決定了流水燈的花樣，流動(dòng)的速度，而這些，單片機(jī)顯然沒有自我判斷能力，必須依靠人們給它“布置”任務(wù)，而它則是按人們的設(shè)計(jì)依次執(zhí)行。

要讓單片機(jī)“聽話”，就要用單片機(jī)能夠聽懂的語言發(fā)布命令，單片機(jī)能夠聽懂的語言稱之為“指令”。任何一種型號(hào)單片機(jī)能夠接受的指令都是有限的，51單片機(jī)的指令條數(shù)為111條，而PIC單片機(jī)的指令僅有35條。每一條指令完成一個(gè)最基本的動(dòng)作，人們?yōu)榱艘瓿梢粋€(gè)特定的功能，就要將這些指令排列組合，成為一個(gè)指令序列，這就是程序。

指令的表示形式有兩種：機(jī)器語言和匯編語言。以51為例，如果要讓P1.0引腳變?yōu)榈碗娖?，用機(jī)器語言來表示就是 C2H 90H，將這兩個(gè)數(shù)放進(jìn)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，單片機(jī)執(zhí)行后，就可以讓P1.0引腳變?yōu)榈碗娖搅?而要讓P1.0引腳變?yōu)楦唠娖?，用機(jī)器語言來表示就是D2H，90H。至于為什么是這兩個(gè)數(shù)字，大家沒必要追究，這是設(shè)計(jì)這塊芯片的設(shè)計(jì)工程師規(guī)定的，我們不能更改，只能學(xué)習(xí)。

C2H，90H就是一條指令，顯然這樣的指令形式是很難記憶的，編程也非常困難，于是人們使用了“助記符”來代替這些數(shù)字。例如C2H，90H的助記符是CLR P1.0，而D2H，90H的助記符是SETB P1.0，由于助記符采用了英語字母的縮寫，有一定含義，因此比數(shù)字形式的指令易記、易用。使用助記符形式的指令來編寫程序就稱之為“匯編語言源程序”。但是匯編語言源程序是沒有辦法直接送到單片機(jī)內(nèi)部去的，使用助記符形式的指令編寫的程序最終還是要變成為諸如：C2H，90H，D2H，90H，這種形式的指令才能被送入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器。將助記符形式的指令變?yōu)閿?shù)字形式的指令的過程稱之“匯編”。匯編有兩種方法，一種是“手工匯編”，即人們通過查表的形式找到所寫匯編指令的數(shù)字形式然后寫下來;另一種是“機(jī)器匯編”，即編寫好匯編語言源程序以后，使用一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)這些源程序進(jìn)行處理，從而得到數(shù)字形式的指令序列，這個(gè)指令序列通常被稱為“機(jī)器碼”，即可以直接被機(jī)器所執(zhí)行的代碼。

機(jī)器匯編后得到的數(shù)字形式的指令序列以一個(gè)文件的形式保存在磁盤上，這個(gè)文件的擴(kuò)展名一般是HEX，即人們常說的HEX文件。得到了HEX文件后，就可以將其寫入程序存儲(chǔ)器中了。要將程序?qū)懭胄酒?，通常需要一個(gè)稱之為“編程器”的專用設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行與之配套的編程軟件，然后在這個(gè)軟件中打開HEX文件，即可將其寫入芯片中。隨著技術(shù)的發(fā)展，編程方式越來越多，但總的概念是這樣的，具體的細(xì)節(jié)，將在另一個(gè)問題“單片機(jī)編程器是什么”中回答。

4. 8位、16位、32位單片機(jī)中的“XX位”指什么?

8位、16位、32位是指單片機(jī)的“字長(zhǎng)”，也就是一次運(yùn)算中參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，這個(gè)位是指二進(jìn)制位。以8位為例，8位二進(jìn)制的表達(dá)范圍是0000，0000~1111，1111即十進(jìn)制的0~255，即每次參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)最大不能超過255。而16位機(jī)的字長(zhǎng)是16位，其數(shù)據(jù)表達(dá)范圍是0~65535，即每次參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)最大不能超過65535;32位單片機(jī)的字長(zhǎng)是32位，其數(shù)據(jù)表達(dá)范圍是0~4294967295，即每次參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)最大不能超過4294967295。

8位、16位、32位與單片機(jī)的性能密切相關(guān)，通常32位機(jī)的性能要高于16位機(jī)，而16位機(jī)的性能又要高于8位機(jī)。為什么會(huì)這樣呢?這要從2個(gè)方面來分析。第一，位數(shù)不同，運(yùn)算效率不同。對(duì)于8位機(jī)而言，由于在一次運(yùn)算中的每一個(gè)數(shù)都不能超過8位，因此即便如100+200=300這樣的運(yùn)算，它也不能一次完成，因?yàn)?00已超過了8位所能表達(dá)的最大范圍(255)，因此，要對(duì)這樣的一個(gè)式子進(jìn)行運(yùn)算，就要編寫一段程序，將運(yùn)算分步完成，最后合成起來得到一個(gè)正確的結(jié)果。而如果采用16位單片機(jī)來運(yùn)算的話，那么一次運(yùn)算就夠了，顯然分步完成所需要的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單步完成所需要的時(shí)間。同樣道理，當(dāng)某個(gè)運(yùn)算的結(jié)果或者中間值大于65535時(shí)，16位機(jī)也不能一次運(yùn)算，要分步實(shí)現(xiàn)它，而32位機(jī)則可以一次運(yùn)算完成。第二，商業(yè)因素。通常運(yùn)算能力越高，表示這個(gè)單片機(jī)性能越強(qiáng)，當(dāng)然，價(jià)格高一些人們也可以接受，有了價(jià)格空間，生產(chǎn)商通常都會(huì)在這些芯片中提供更多的其他的功能，使得芯片的整體性能得到更大的提升。

典型的單片機(jī)中，80C51系列，PIC系列，AVR系列都是8位單片機(jī);80C196、MSP430系列是16位機(jī);而目前非常熱門的ARM系列則是32位機(jī)。