單片機(jī)應(yīng)用編程基礎(chǔ)知識(shí)問題

37. 汽車電子用的單片機(jī)是8位多，還是32位?如何看待單片機(jī)在汽車電子市場(chǎng)中的前景?

答：現(xiàn)今汽車制造也是一個(gè)進(jìn)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(shí)現(xiàn)。

總的來說，汽車電子應(yīng)用分三部份。

? 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制：限速控制，渦輪增壓，燃料噴注控制等。

? 汽車舒適裝置：遙控防盜系統(tǒng)，自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，影音播放系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。

? 汽車操控和制動(dòng)：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(jī)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(jī)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(duì)亦有差別，故8位單片機(jī)在較低階的系統(tǒng)如機(jī)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(jī)能實(shí)現(xiàn)。

因汽車工業(yè)現(xiàn)階段由歐美日數(shù)個(gè)大集團(tuán)所把持，相關(guān)的汽車電子配件各集團(tuán)會(huì)挑選單片機(jī)大廠合作， 故汽車內(nèi)置的電子系統(tǒng)亦由單片機(jī)大廠把持，市場(chǎng)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(shí)，覺得它的time/counter不夠用。現(xiàn)在要同時(shí)用到3個(gè)counter，該怎么辦?

答：您是需要三個(gè)外部counter還是需要三個(gè)定時(shí)器?如果是三個(gè)定時(shí)器標(biāo)志的話，可以取這三個(gè)定時(shí)最基本的時(shí)基作為timer的基礎(chǔ)計(jì)數(shù)，然后以這個(gè)時(shí)基來計(jì)算這三個(gè)需要的計(jì)數(shù)標(biāo)志的flag，在程序中只需要查詢flag是否到，再采取動(dòng)作。

如果要3個(gè)外部脈沖計(jì)數(shù)的話，這個(gè)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(jìn)行，但是這個(gè)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(jí)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(jìn)步的今天，單片機(jī)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(jī)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(shí)際應(yīng)用中會(huì)不會(huì)影響其功能的執(zhí)行?

答：現(xiàn)在有很多品牌的單片機(jī)都有引腳復(fù)用功能，不止飛利浦一家，應(yīng)該說這個(gè)方式前幾年就已經(jīng)有了。在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)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(huì)有一些應(yīng)用上的限制，這在相應(yīng)的datasheet里面都會(huì)有描述，所以在系統(tǒng)規(guī)劃的時(shí)候都要予以注意。

40. Delta-Sigma軟件測(cè)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(dòng)器、積分器和比較器構(gòu)成調(diào)制器，它們一起構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)路。調(diào)制器以大大高于模擬輸入信號(hào)帶寬的速率運(yùn)行，以便提供過采樣。模擬輸入與反饋信號(hào)(誤差信號(hào))進(jìn)行差動(dòng) (delta)比較。該比較產(chǎn)生的差動(dòng)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(shí)將反饋信號(hào)(誤差信號(hào))傳送到差動(dòng)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(hào)(誤差信號(hào))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(jiǎn)而言之，Delta就是差動(dòng)，Sigma就是積分的意思。Delta-Sigma軟件測(cè)試，我的理解應(yīng)該是通過軟件模擬差動(dòng)積分的過程。具體來說，就是偵測(cè)外部輸入的電壓(或者電流)信號(hào)變化，然后通過軟件積分運(yùn)算，得出外部信號(hào)隨時(shí)間變化的基本狀況。

41. 通常采用什么方法來測(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)。

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?，以防止軟體復(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)鐘來源周期。如果使用內(nèi)部RC振蕩作為WDT的時(shí)鐘來源(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)過多。

軟件運(yùn)行時(shí)間是根據(jù)不同的運(yùn)行路線來決定的，如果可以預(yù)見軟件運(yùn)行的路線，那么可以根據(jù)T=n*T1來計(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)行的指令來計(jì)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(jī)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(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)察覺到程序被重新復(fù)位過。

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。