單片機系統(tǒng)設(shè)計與C51編程實踐分享

1.1 了解單片機的能力

【規(guī)則1】設(shè)計滿足要求的最精簡的系統(tǒng)。正確估計單片機的能力，知道單片機能做什么，最大程度的挖掘單片機的潛力對一個單片機系統(tǒng)設(shè)計者來說是至關(guān)重要的。我們應(yīng)該有這樣一個認(rèn)識，即單片機的處理能力是非常強大的。早期的PC機，其CPU(8086)處理能力和8051 相當(dāng)，卻能處理相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。單片機的能力的關(guān)鍵就在軟件設(shè)計者編寫的軟件上。只有充分地了解到單片機的能力，才不會做出“冗余”的系統(tǒng)設(shè)計。而采用許多的外圍芯片來實現(xiàn)單片機能實現(xiàn)的功能。這樣做,即增加了系統(tǒng)成本，也可能會降低了系統(tǒng)的可靠性。1.2 系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要

【規(guī)則2】使用看門狗。看門狗電路通常是一塊在有規(guī)律的時間間隔中進(jìn)行更新的硬件。更新一般由單片機來完成，如果在一定間隔內(nèi)沒能更新看門狗，那看門狗將產(chǎn)生復(fù)位信號，重新復(fù)位單片機。更新看門狗的具體形式多是給看門狗芯片相關(guān)引腳提供一個電平上升沿或讀寫它的某個寄存器。使用看門狗電路將在單片機發(fā)生故障進(jìn)行死機狀態(tài)時，重新復(fù)位單片機。當(dāng)前有多種看門狗的芯片，如MAXIM 公司的MAX802，MAX813 等。而且，有好多種單片機中本身就集成有看門狗。一個外部的看門狗是最好的，因為它不依賴于單片機。如果可能的話，看門狗更新程序不應(yīng)該放在中斷或是子程序中，原則上應(yīng)該放在主程序中。我曾經(jīng)見過一個工程師，他所調(diào)試的程序在運行時偶而會引起看門狗的復(fù)位動作，于是他干脆在每10ms 就中斷一次的時鐘中斷程序中清看門狗。我相信他也知道使看門狗失去作用，可他卻沒有不是去查明引起這個現(xiàn)象的真正原因。因此，我想提醒大家：不論什么理由，絕對不要忽略系統(tǒng)故障的真正原因。高質(zhì)量的產(chǎn)品來自于高素質(zhì)的工程師，高質(zhì)量的產(chǎn)品造就高素質(zhì)的工程師。

【規(guī)則3】確定系統(tǒng)的復(fù)位信號可靠。這是一個很容易忽略的問題。當(dāng)你在設(shè)計單片機系統(tǒng)時，你腦中有這個概念嗎?什么樣的復(fù)位信號才是可靠的嗎?你用示波器查看過你設(shè)計的產(chǎn)品的復(fù)位信號嗎?不穩(wěn)定的復(fù)位信號可能會產(chǎn)生什么樣的后果?你有沒有發(fā)現(xiàn)過你所設(shè)計的單片機系統(tǒng)，每次重新上電啟動后，數(shù)據(jù)變得亂七八糟，并且每一次現(xiàn)象并不相同，找不出規(guī)律，或者有時候干脆不運行，或者有時候進(jìn)入一種死機狀態(tài)，有時候又一點事都沒有正常運行?在這種情況下，你應(yīng)該查一下你的系統(tǒng)的復(fù)位信號。一般在單片機的數(shù)據(jù)手冊(Datasheet)中都會提到該單片機需要的復(fù)位信號的要求。一般復(fù)位信號的寬度應(yīng)為。復(fù)位電平的寬度和幅度都應(yīng)滿足芯片的要求，并且要求保持穩(wěn)定。還有特別重要的一點就是復(fù)位電平應(yīng)與電源上電在同一時刻發(fā)生，即芯片一上電，復(fù)位信號就已產(chǎn)生。不然，由于沒有經(jīng)過復(fù)位，單片機中的寄存器的值為隨機值，上電時就會按PC 寄存器中的隨機內(nèi)容開始運行程序，這樣很容易進(jìn)行誤操作或進(jìn)入死機狀態(tài)。

【規(guī)則4】確定系統(tǒng)的初始化有效。系統(tǒng)程序開始應(yīng)延時一段時間。這是很多單片機程序設(shè)計中的常用方法，為什么呢?因為系統(tǒng)中的芯片以及器件從上電開始到正常工作的狀態(tài)往往有一段時間，程序開始時延時一段時間，是讓系統(tǒng)中所有器件到達(dá)正常工作狀態(tài)。究竟延時多少才算合適?這取決于系統(tǒng)的各芯片中到達(dá)正常工作狀態(tài)的時間，通常以最慢的為準(zhǔn)。一般來說，延時20-100毫秒已經(jīng)足夠。對于系統(tǒng)中使用嵌入式MODEM 等“慢熱”型的器件來說，則應(yīng)更長。當(dāng)然，這都需要在系統(tǒng)實際運行中進(jìn)行調(diào)整。

【規(guī)則5】上電時對系統(tǒng)進(jìn)行檢測。上電時對系統(tǒng)中進(jìn)行檢測是單片機程序中的一個良好設(shè)計。在硬件設(shè)計時也應(yīng)該細(xì)細(xì)考慮將各個使用到的芯片、接口設(shè)計成容易使用軟件進(jìn)行測試的模式。很多有經(jīng)驗的單片機設(shè)計者都會在系統(tǒng)上電時(特別是第一次上電時)進(jìn)行全面的檢測，或者更進(jìn)一步，將系統(tǒng)的運行狀態(tài)中分為測試模式和正常運行模式，通過加入測試模式對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測，使得系統(tǒng)的批量檢測更為方便容易。另外要注意的是，一個簡單明了的故障顯示界面也是頗要費得心思的。比如：系統(tǒng)的外部RAM(數(shù)據(jù)存儲器)是單片機系統(tǒng)中常用的器件。外部RAM 如果存在問題，程序通常都會成為一匹脫韁的野馬。因此，程序在啟動時(至少在第一次上電啟動時)一定要對外部RAM 進(jìn)行檢測。檢測內(nèi)容包括：1)檢測RAM 中的單元。這主要通過寫入和讀出的數(shù)據(jù)保持一致。2)檢測單片機與RAM 之間的地址數(shù)據(jù)總線?？偩€即沒有互相短路，也沒有連接到“地”上。另外，很多芯片，都提供了測試的方法。如串行通信芯片UART，都帶環(huán)路測試的功能。

【規(guī)則6】按EMC 測試要求設(shè)計硬件。EMC 測試要求已經(jīng)成為產(chǎn)品的必需。有很多的文章關(guān)于這方面的。1.3 軟件編程和調(diào)試

【規(guī)則7】盡可能使用Small 模式編譯對比起Large模式和Compact 模式，Small 模式能生成更為緊湊的代碼。在Small 模式下，C51 編譯器將沒有使用關(guān)鍵詞，如idata、pdata、xdata特殊聲明的變量通通放在data單元中。在編程中，對于在的數(shù)據(jù)區(qū)，可以指定放在外部存儲器中。

【規(guī)則8】在仿真前做好充分的準(zhǔn)備單片機硬件仿真器給單片機開發(fā)者帶來了極大的方便，同時也很容易造成人的依賴性。很多時候，沒有仿真器卻能促使工程師寫出更高質(zhì)量的程序。也許在硬件仿真調(diào)試之前，下面準(zhǔn)備工作將會對你有用：1)程序編完后，對代碼仔細(xì)逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經(jīng)常易錯的地方進(jìn)行檢查。檢查代碼是否符合編程規(guī)范。 2)對各個子程序進(jìn)行測試。測試的方法：用程序測試程序，編制一個調(diào)用該子程序的代碼，建立要測試子程序的入口條件，再看看它是否按預(yù)期輸出結(jié)果。3)如果代碼有修改，再次對代碼進(jìn)行檢查。4)有可能的話，進(jìn)行軟件仿真——Keil C 的軟件仿真功能十分強大。軟件仿真可以防止因硬件的錯誤，如器件損壞、線路斷路或短路，而引起調(diào)試的錯誤。5)開始硬件仿真。