单片机运行时的数据都存在于RAM(随机存储器)中,在掉电后RAM 中的数据是无法保留的,那么怎样使数据在掉电后不丢失呢?这就需要使用EEPROM 或FLASHROM 等存储器来实现。

插播一段:ROM最初不能编程,出厂什么内容就永远什么内容,不灵活。后来出现了PROM,可以自己写入一次,要是写错了,只能换一片。随着不断改进,终于出现了可多次擦除写入的EPROM,每次擦除要把芯片拿到紫外线上照一下,想一下你往单片机上下了一个程序之后发现有个地方需要加一句话,为此你要把单片机放紫外灯下照半小时,然后才能再下一次,这么折腾一天也改不了几次。历史的车轮不断前进,伟大的EEPROM出现了,拯救了一大批程序员,终于可以随意的修改ROM中的内容了。

EEPROM的全称是“电可擦除可编程只读存储器”,即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。是相对于紫外擦除的rom来讲的。但是今天已经存在多种EEPROM的变种,变成了一类存储器的统称。

狭义的EEPROM:

这种rom的特点是可以随机访问和修改任何一个字节,可以往每个bit中写入0或者1。这是最传统的一种EEPROM,掉电后数据不丢失,可以保存100年,可以擦写100w次。具有较高的可靠性,但是电路复杂/成本也高。因此目前的EEPROM都是几十千字节到几百千字节的,绝少有超过512K的。

Flash:

Flash属于广义的EEPROM,因为它也是电擦除的ROM。但是为了区别于一般的按字节为单位的擦写的EEPROM,我们都叫它Flash。

既然两者差不多,为什么单片机中还要既有Flash又有EEPROM呢?

通常,单片机里的Flash都用于存放运行代码,在运行过程中不能改;EEPROM是用来保存用户数据,运行过程中可以改变,比如一个时钟的闹铃时间初始化设定为12:00,后来在运行中改为6:00,这是保存在EEPROM里,不怕掉电,就算重新上电也不需要重新调整到6:00。

但最大区别是其实是:FLASH按扇区操作,EEPROM则按字节操作,二者寻址方法不同,存储单元的结构也不同,FLASH的电路结构较简单,同样容量占芯片面积较小,成本自然比EEPROM低,因而适合用作程序存储器,EEPROM则更多的用作非易失的数据存储器。当然用FLASH做数据存储器也行,但操作比EEPROM麻烦的多,所以更“人性化”的MCU设计会集成FLASH和EEPROM两种非易失性存储器,而廉价型设计往往只有 FLASH,早期可电擦写型MCU则都是EEPRM结构,现在已基本上停产了。

在芯片的内电路中,FLASH和EEPROM不仅电路不同,地址空间也不同,操作方法和指令自然也不同,不论冯诺伊曼结构还是哈佛结构都是这样。技术上,程序存储器和非易失数据存储器都可以只用FALSH结构或EEPROM结构,甚至可以用“变通”的技术手段在程序存储区模拟“数据存储区”,但就算如此,概念上二者依然不同,这是基本常识问题。

EEPROM:电可擦除可编程只读存储器,Flash的操作特性完全符合EEPROM的定义,属EEPROM无疑,首款Flash推出时其数据手册上也清楚的标明是EEPROM,现在的多数Flash手册上也是这么标明的,二者的关系是“白马”和“马”。至于为什么业界要区分二者,主要的原因是 Flash EEPROM的操作方法和传统EEPROM截然不同,次要的原因是为了语言的简练,非正式文件和口语中Flash EEPROM就简称为Flash,这里要强调的是白马的“白”属性而非其“马”属性以区别Flash和传统EEPROM。

Flash的特点是结构简单,同样工艺和同样晶元面积下可以得到更高容量且大数据量下的操作速度更快,但缺点是操作过程麻烦,特别是在小数据量反复重写时,所以在MCU中Flash结构适于不需频繁改写的程序存储器。

很多应用中,需要频繁的改写某些小量数据且需掉电非易失,传统结构的EEPROM在此非常适合,所以很多MCU内部设计了两种EEPROM结构,FLASH的和传统的,以期获得成本和功能的均衡,这极大的方便了使用者。随着ISP、IAP的流行,特别是在程序存储地址空间和数据存储地址空间重叠的MCU系中,现在越来越多的MCU生产商用支持IAP的程序存储器来模拟EEPROM对应的数据存储器,这是低成本下实现非易失数据存储器的一种变通方法。为在商业宣传上取得和双EEPROM工艺的“等效”性,不少采用Flash程序存储器“模拟”(注意,技术概念上并非真正的模拟)EEPROM数据存储器的厂家纷纷宣称其产品是带EEPROM的,严格说,这是非常不严谨的,但商人有商人的目的和方法,用Flash“模拟”EEPROM可以获取更大商业利益,所以在事实上,技术概念混淆的始作俑者正是他们。

从成本上讲,用Flash“模拟”EEPROM是合算的,反之不会有人干,用EEPROM模拟Flash是怎么回事呢?这可能出在某些程序存储空间和数据存储空间连续的MCU上。这类MCU中特别是存储容量不大的低端MCU依然采用EEPROM作为非易失存储器,这在成本上反而比采用Flash和传统EEPROM双工艺的设计更低,但这种现象仅仅限于小容量前提下。因Flash工艺的流行,现在很多商人和不够严谨的技术人员将程序存储器称为Flash,对于那些仅采用传统EEPROM工艺的MCU而言,他们不求甚解,故而错误的将EEPROM程序存储器称为“ 模拟Flash”,根本的原因是他们未理解Flash只是一种存储器结构而非存储器的用途,错误的前提自然导致错误的结论。商业上讲,用EEPROM模拟 Flash是不会有人真去做的愚蠢行为,这违背商业追求最大利益的原则,技术上也不可行,而对于技术人员而言。本质的问题是Flash是一种存储器类型而非MCU中的程序存储器,即使MCU的程序存储器用的是Flash,但其逆命题不成立。

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专注于引入新品的全球电子元器件授权分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始分销Microchip TechnologyATmega4809 8位单片机。ATmega4809单片机是megaAVR®系列单片机的新成员,旨在创建高响应命令和控制应用。此单片机具备独立于内核的外设 (CIP),便于通过硬件而非软件执行任务,其集成式高速模数转换器 (ADC) 具有参考电压,能够更快速地转换模拟信号。基于硬件的CIP使得ATmega4809单片机可用作Arduino Uno Wi-Fi Rev 2 电路板的板载单片机。

“”

贸泽备货的Microchip ATmega4809 8位单片机基于高性能8位AVR® RISC CPU,其灵活的低功耗架构提供了三种休眠模式,让开发人员能够在处理速度与功耗之间取得均衡。ATmega4809的CIP包括可配置定制逻辑 (CCL)、循环冗余校验 (CRC) 和5个16位定时器,可降低延迟响应频率,进而改善用户体验。ATmega4809单片机坚固耐用且反应迅速,运行于1.8 V至5.5 V电压范围以及-40 ℃ 至125 ℃温度范围下。借助于经工厂校准的振荡器,ATmega4809能够在极端温度条件下提供高达20 MHz的稳定性能。

贸泽还库存有ATmega4809 Xplained Pro评估套件。此套件由Atmel Studio 集成式开发平台提供支持,可作为ATmega4809单片机的演示和评估平台,能够帮助开发人员了解如何将此单片机集成到定制设计中。ATmega4809 Xplained Pro评估套件集成了板载嵌入式调试器,无需外部编程或调试工具。此外,该评估套件还支持其他可扩展单片机功能的外设。

如需进一步了解Microchip ATmega4809单片机,敬请访问www.mouser.com/microchip-atmega4809-microcontroller

贸泽电子拥有丰富的产品线与贴心的客户服务,积极引入新技术、新产品来满足设计工程师与采购人员的各种需求。我们库存有海量新型电子元器件,为客户的新一代设计项目提供支持。Mouser网站Mouser.cn不仅有多种高级搜索工具可帮助用户快速了解产品库存情况,而且网站还在持续更新以不断优化用户体验。此外,Mouser网站还提供数据手册、供应商特定参考设计、应用笔记、技术设计信息和工程用工具等丰富的资料供用户参考。

关于贸泽电子 (Mouser Electronics)

贸泽电子隶属于伯克希尔哈撒韦集团 (Berkshire Hathaway) 公司旗下,是一家屡获殊荣的授权电子元器件分销商,专门致力于以高效的方式,向设计工程师和采购人员提供各产品线制造商的新产品。作为一家全球分销商,我们的网站mouser.cn能够提供多语言和多货币交易支持,分销来自超过700家生产商的500多万种产品。我们通过遍布全球的23个客户支持中心为客户提供贴心的服务,并通过位于美国德州达拉斯南部的 7万平方米智能化仓库向全球220多个国家/地区,超过60万家客户出货。更多信息,敬请访问:http://www.mouser.cn

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由于单片机的性能同电脑的性能是天渊之别的,无论从空间资源上、内存资源、工作频率,都是无法 与之比较的。PC 机编程基本上不用考虑空间的占用、内存的占用的问题,最终目的就是实现功能就可以了。
对于单片机来说就截然不同了,一般的单片机的Flash 和Ram 的资源是以KB 来衡量的,可想而知,单片 机的资源是少得可怜,为此我们必须想法设法榨尽其所有资源,将它的性能发挥到最佳,程序设计时必须 遵循以下几点进行优化:

1. 使用尽量小的数据类型

能够使用字符型(char)定义的变量,就不要使用整型(int)变量来定义;能够使用整型变量定义的变 量就不要用长整型(long int),能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。当然,在定义变 量后不要超过变量的作用范围,如果超过变量的范围赋值,C 编译器并不报错,但程序运行结果却错了, 而且这样的错误很难发现。

2. 使用自加、自减指令

通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式(如a-=1 及a+=1 等)都能够生成高质量的 程序代码,编译器通常都能够生成inc 和dec 之类的指令,而使用a=a+1 或a=a-1 之类 的指令,有很多C 编译器都会生成二到三个字节的指令。

3. 减少运算的强度

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。

(1) 求余运算

N= N %8 可以改为N = N &7

说明:位操作只需一个指令周期即可完成,而大部分的C 编译器的“%”运算均是调用子程序来完成,代码长、执行速度慢。通常,只要求是求2n 方的余数,均可使用位操作的方法来代替。

(2) 平方运算

N=Pow(3,2) 可以改为N=3*3

说明:在有内置硬件乘法器的单片机中(如51 系列),乘法运算比求平方运算快得多, 因为浮点数 的求平方是通过调用子程序来实现的,乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短,执行速度快。

(3) 用位移代替乘法除法

N=M*8 可以改为N=M<<3

N=M/8 可以改为N=M>>3

说明:通常如果需要乘以或除以2n,都可以用移位的方法代替。如果乘以2n,都可以生成左移 的代码,而乘以其它的整数或除以任何数,均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子 程序生成的代码效率高。实际上,只要是乘以或除以一个整数,均可以用移位的方法得到结果。如N=M*9 可以改为N=(M<<3)+M;

(4) 自加自减的区别

例如我们平时使用的延时函数都是通过采用自加的方式来实现。

void DelayNms(UINT16 t)
{
UINT16 i,j;
for(i=0;i<t;i++)
for(j=0;i<1000;j++)
}

可以改为
void DelayNms(UINT16 t)
{
UINT16 i,j;
for(i=t;i>=0;i--)
for(j=1000;i>=0;j--)
}

说明:两个函数的延时效果相似,但几乎所有的C 编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3 个字节,因为几乎所有的MCU 均有为0 转移的指令,采用后一种方式能够生成这类指令。

4. while 与do...while 的区别

void DelayNus(UINT16 t)
{
while(t--)
{
NOP();
}
}
可以改为
void DelayNus(UINT16 t)
{
do
{
NOP();
}while(--t)
}
说明:使用do…while 循环编译后生成的代码的长度短于while 循环。

5. register 关键字

void UARTPrintfString(INT8 *str)
{
while(*str && str)
{
UARTSendByte(*str++)
}
}
可以改为
void UARTPrintfString(INT8 *str)
{
register INT8 *pstr=str;
while(*pstr && pstr)
{
UARTSendByte(*pstr++)
}
}
说明:在声明局部变量的时候可以使用register 关键字。这就使得编译器把变量放入一个多用途的寄存器中,而不是在堆栈中,合理使用这种方法可以提高执行速度。函数调用越是频繁,越是可能提高代码的速度,注意register 关键字只是建议编译器而已。

6. volatile 关键字

volatile 总是与优化有关,编译器有一种技术叫做数据流分析,分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效,分析结果可以用于常量合并,常量传播等优化,进一步可以死代码消除。一般来说,volatile 关键字只用在以下三种情况:

a) 中断服务函数中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile(参考本书高级实验程序)
b) 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile
c) 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile 说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义

总之,volatile 关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

7. 以空间换时间

在数据校验实战当中,CRC16 循环冗余校验其实还有一种方法是查表法,通过查表可以更加快获得校验值,效率更高,当校验数据量大的时候,使用查表法优势更加明显,不过唯一的缺点是占用大量的空间。

//查表法:

code UINT16 szCRC16Tbl[256] = {
0x0000, 0x1021, 0x2042, 0x3063, 0x4084, 0x50a5, 0x60c6, 0x70e7,
0x8108, 0x9129, 0xa14a, 0xb16b, 0xc18c, 0xd1ad, 0xe1ce, 0xf1ef,
0x1231, 0x0210, 0x3273, 0x2252, 0x52b5, 0x4294, 0x72f7, 0x62d6,
0x9339, 0x8318, 0xb37b, 0xa35a, 0xd3bd, 0xc39c, 0xf3ff, 0xe3de,
0x2462, 0x3443, 0x0420, 0x1401, 0x64e6, 0x74c7, 0x44a4, 0x5485,
0xa56a, 0xb54b, 0x8528, 0x9509, 0xe5ee, 0xf5cf, 0xc5ac, 0xd58d,
0x3653, 0x2672, 0x1611, 0x0630, 0x76d7, 0x66f6, 0x5695, 0x46b4,
0xb75b, 0xa77a, 0x9719, 0x8738, 0xf7df, 0xe7fe, 0xd79d, 0xc7bc,
0x48c4, 0x58e5, 0x6886, 0x78a7, 0x0840, 0x1861, 0x2802, 0x3823,
0xc9cc, 0xd9ed, 0xe98e, 0xf9af, 0x8948, 0x9969, 0xa90a, 0xb92b,
0x5af5, 0x4ad4, 0x7ab7, 0x6a96, 0x1a71, 0x0a50, 0x3a33, 0x2a12,
0xdbfd, 0xcbdc, 0xfbbf, 0xeb9e, 0x9b79, 0x8b58, 0xbb3b, 0xab1a,
0x6ca6, 0x7c87, 0x4ce4, 0x5cc5, 0x2c22, 0x3c03, 0x0c60, 0x1c41,
0xedae, 0xfd8f, 0xcdec, 0xddcd, 0xad2a, 0xbd0b, 0x8d68, 0x9d49,
0x7e97, 0x6eb6, 0x5ed5, 0x4ef4, 0x3e13, 0x2e32, 0x1e51, 0x0e70,
0xff9f, 0xefbe, 0xdfdd, 0xcffc, 0xbf1b, 0xaf3a, 0x9f59, 0x8f78,
0x9188, 0x81a9, 0xb1ca, 0xa1eb, 0xd10c, 0xc12d, 0xf14e, 0xe16f,
0x1080, 0x00a1, 0x30c2, 0x20e3, 0x5004, 0x4025, 0x7046, 0x6067,
0x83b9, 0x9398, 0xa3fb, 0xb3da, 0xc33d, 0xd31c, 0xe37f, 0xf35e,
0x02b1, 0x1290, 0x22f3, 0x32d2, 0x4235, 0x5214, 0x6277, 0x7256,
0xb5ea, 0xa5cb, 0x95a8, 0x8589, 0xf56e, 0xe54f, 0xd52c, 0xc50d,
0x34e2, 0x24c3, 0x14a0, 0x0481, 0x7466, 0x6447, 0x5424, 0x4405,
0xa7db, 0xb7fa, 0x8799, 0x97b8, 0xe75f, 0xf77e, 0xc71d, 0xd73c,
0x26d3, 0x36f2, 0x0691, 0x16b0, 0x6657, 0x7676, 0x4615, 0x5634,
0xd94c, 0xc96d, 0xf90e, 0xe92f, 0x99c8, 0x89e9, 0xb98a, 0xa9ab,
0x5844, 0x4865, 0x7806, 0x6827, 0x18c0, 0x08e1, 0x3882, 0x28a3,
0xcb7d, 0xdb5c, 0xeb3f, 0xfb1e, 0x8bf9, 0x9bd8, 0xabbb, 0xbb9a,
0x4a75, 0x5a54, 0x6a37, 0x7a16, 0x0af1, 0x1ad0, 0x2ab3, 0x3a92,
0xfd2e, 0xed0f, 0xdd6c, 0xcd4d, 0xbdaa, 0xad8b, 0x9de8, 0x8dc9,
0x7c26, 0x6c07, 0x5c64, 0x4c45, 0x3ca2, 0x2c83, 0x1ce0, 0x0cc1,
0xef1f, 0xff3e, 0xcf5d, 0xdf7c, 0xaf9b, 0xbfba, 0x8fd9, 0x9ff8,
0x6e17, 0x7e36, 0x4e55, 0x5e74, 0x2e93, 0x3eb2, 0x0ed1, 0x1ef0
};
UINT16 CRC16CheckFromTbl(UINT8 *buf,UINT8 len)
{
UINT16 i;
UINT16 uncrcReg = 0, uncrcConst = 0xffff;
for(i = 0;i < len;i ++)
{
uncrcReg = (uncrcReg << 8) ^ szCRC16Tbl[(((uncrcConst ^ uncrcReg) >> 8)
^ *buf++) & 0xFF];
uncrcConst <<= 8;
}
return uncrcReg;
}
如果系统要求实时性比较强,在CRC16 循环冗余校验当中,推荐使用查表法,以空间换时间。

8. 宏函数取代函数

首先不推荐所有函数改为宏函数,以免出现不必要的错误。但是一些基本功能的函数很有必要使用宏函数来代替。

UINT8 Max(UINT8 A,UINT8 B)
{
return (A>B?A:B)
}
可以改为
#define MAX(A,B) {(A)>(B)?(A):(B)}

说明:函数和宏函数的区别就在于,宏函数占用了大量的空间,而函数占用了时间。大家要知道的是,函数调用是要使用系统的栈来保存数据的,如果编译器里有栈检查选项,一般在函数的头会嵌入一些汇编语句对当前栈进行检查;同时,cpu 也要在函数调用时保存和恢复当前的现场,进行压栈和弹栈操作,所以,函数调用需要一些cpu 时间。而宏函数不存在这个问题。宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序,不会产生函数调用,所以仅仅是占用了空间,在频繁调用同一个宏函数的时候,该现象尤其突出。

9. 适当地使用算法

假如有一道算术题,求1~100 的和。
作为程序员的我们会毫不犹豫地点击键盘写出以下的计算方法:
UINT16 Sum(void)
{
UINT8 i,s;
for(i=1;i<=100;i++)
{
s+=i;
}
return s;
}
很明显大家都会想到这种方法,但是效率方面并不如意,我们需要动脑筋,就是采用数学算法解决问题,
使计算效率提升一个级别。
UINT16 Sum(void)
{
UINT16 s;
s=(100 *(100+1))>>1;
return s;
}
结果很明显,同样的结果不同的计算方法,运行效率会有大大不同,所以我们需要最大限度地通过数学的方法提高程序的执行效率。

10. 用指针代替数组

在许多种情况下,可以用指针运算代替数组索引,这样做常常能产生又快又短的代码。与数组索引相比,指针一般能使代码速度更快,占用空间更少。使用多维数组时差异更明显。下面的代码作用是相同的, 但是效率不一样。

UINT8 szArrayA[64];
UINT8 szArrayB[64];
UINT8 i;
UINT8 *p=szArray;
for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=szArrayA[i];
for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=*p++;

指针方法的优点是,szArrayA 的地址装入指针p 后,在每次循环中只需对p 增量操作。在数组索引方法中,每次循环中都必须进行基于i 值求数组下标的复杂运算。

11. 强制转换

C 语言精髓第一精髓就是指针的使用,第二精髓就是强制转换的使用,恰当地利用指针和强制转换不但可以提供程序效率,而且使程序更加之简洁,由于强制转换在C 语言编程中占有重要的地位,下面将已五个比较典型的例子作为讲解。

例子1:将带符号字节整型转换为无符号字节整型
UINT8 a=0;
INT8 b=-3;
a=(UINT8)b;

例子2:在大端模式下(8051 系列单片机是大端模式),将数组a[2]转化为无符号16 位整型值。

方法1:采用位移方法。
UINT8 a[2]={0x12,0x34};
UINT16 b=0;
b=(a[0]<<8)|a[1];
结果:b=0x1234

方法2:强制类型转换。
UINT8 a[2]={0x12,0x34};
UINT16 b=0;
b= *(UINT16 *)a; //强制转换
结果:b=0x1234

例子3:保存结构体数据内容。

方法1:逐个保存。
typedef struct _ST
{
UINT8 a;
UINT8 b;
UINT8 c;
UINT8 d;
UINT8 e;
}ST;
ST s;
UINT8 a[5]={0};
s.a=1;
s.b=2;
s.c=3;
s.d=4;
s.e=5;
a[0]=s.a;
a[1]=s.b;
a[2]=s.c;
a[3]=s.d;
a[4]=s.e;
结果:数组a 存储的内容是1、2、3、4、5。

方法2:强制类型转换。
typedef struct _ST
{
UINT8 a;
UINT8 b;
UINT8 c;
UINT8 d;
UINT8 e;
}ST;
ST s;
UINT8 a[5]={0};
UINT8 *p=(UINT8 *)&s;//强制转换
UINT8 i=0;
s.a=1;
s.b=2;
s.c=3;
s.d=4;
s.e=5;
for(i=0;i<sizeof(s);i++)
{
a[i]=*p++;
}
结果:数组a 存储的内容是1、2、3、4、5。

例子4:在大端模式下(8051 系列单片机是大端模式)将含有位域的结构体赋给无符号字节整型值

方法1:逐位赋值。
typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
Byte2Bits._bit7=0;
Byte2Bits._bit6=0;
Byte2Bits._bit5=1;
Byte2Bits._bit4=1;
Byte2Bits._bit3=1;
Byte2Bits._bit2=1;
Byte2Bits._bit1=0;
Byte2Bits._bit0=0;
UINT8 a=0;
a|= Byte2Bits._bit7<<7;
a|= Byte2Bits._bit6<<6;
a|= Byte2Bits._bit5<<5;
a|= Byte2Bits._bit4<<4;
a|= Byte2Bits._bit3<<3;
a|= Byte2Bits._bit2<<2;
a|= Byte2Bits._bit1<<1;
a|= Byte2Bits._bit0<<0;
结果:a=0x3C
方法2:强制转换。
typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
Byte2Bits._bit7=0;
Byte2Bits._bit6=0;
Byte2Bits._bit5=1;
Byte2Bits._bit4=1;
Byte2Bits._bit3=1;
Byte2Bits._bit2=1;
Byte2Bits._bit1=0;
Byte2Bits._bit0=0;
UINT8 a=0;
a = *(UINT8 *)&Byte2Bits
结果:a=0x3C

例子5:在大端模式下(8051 系列单片机是大端模式)将无符号字节整型值赋给含有位域的结构体。

方法1:逐位赋值。
typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
UINT8 a=0x3C;
Byte2Bits._bit7=a&0x80;
Byte2Bits._bit6=a&0x40;
Byte2Bits._bit5=a&0x20;
Byte2Bits._bit4=a&0x10;
Byte2Bits._bit3=a&0x08;
Byte2Bits._bit2=a&0x04;
Byte2Bits._bit1=a&0x02;
Byte2Bits._bit0=a&0x01;

方法2:强制转换。
typedef struct __BYTE2BITS
{
UINT8 _bit7:1;
UINT8 _bit6:1;
UINT8 _bit5:1;
UINT8 _bit4:1;
UINT8 _bit3:1;
UINT8 _bit2:1;
UINT8 _bit1:1;
UINT8 _bit0:1;
}BYTE2BITS;
BYTE2BITS Byte2Bits;
UINT8 a=0x3C;
Byte2Bits= *(BYTE2BITS *)&a;

12. 减少函数调用参数

使用全局变量比函数传递参数更加有效率。这样做去除了函数调用参数入栈和函数完成后参数出栈所需要的时间。然而决定使用全局变量会影响程序的模块化和重入,故要慎重使用。

13. switch 语句中根据发生频率来进行case 排序

switch 语句是一个普通的编程技术,编译器会产生if-else-if 的嵌套代码,并按照顺序进行比较,发现匹配时,就跳转到满足条件的语句执行。使用时需要注意。每一个由机器语言实现的测试和跳转仅仅是为了决定下一步要做什么,就把宝贵的处理器时间耗尽。为了提高速度,没法把具体的情况按照它们发生的相对频率排序。换句话说,把最可能发生的情况放在第一位,最不可能的情况放在最后。

14. 将大的switch 语句转为嵌套switch 语句

当switch 语句中的case 标号很多时,为了减少比较的次数,明智的做法是把大switch 语句转为嵌套switch 语句。把发生频率高的case 标号放在一个switch 语句中,并且是嵌套switch 语句的最外层,发生相对频率相对低的case 标号放在另一个switch 语句中。比如,下面的程序段把相对发生频率低的情况放在缺省的case 标号内。

UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
switch(ucCurTask)
{
case 1: Task1();break;
case 2: Task2();break;
case 3: Task3();break;
case 4: Task4();break;
………………………
case 16: Task16();break;
default:break;
}
可以改为
UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
switch(ucCurTask)
{
case 1: Task1();break;
case 2: Task2();break;
default:
switch(ucCurTask)
{
case 3: Task3();break;
case 4: Task4();break;
………………………
case 16: Task16();break;
default:break;
}
Break;
}
由于switch 语句等同于if-else-if 的嵌套代码,如果大的if 语句同样要转换为嵌套的if 语句。
UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
if (ucCurTask==1) Task1();
else if(ucCurTask==2) Task2();
else
{
if (ucCurTask==3) Task3();
else if(ucCurTask==4) Task4();
………………
else Task16();
}

15. 函数指针妙用

当switch 语句中的case 标号很多时,或者if 语句的比较次数过多时,为了提高程序执行速度,可以运用函数指针来取代switch 或if 语句的用法,这些用法可以参考电子菜单实验代码、USB 实验代码和网络实验代码。
UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
switch(ucCurTask)
{
case 1: Task1();break;
case 2: Task2();break;
case 3: Task3();break;
case 4: Task4();break;
………………………
case 16: Task16();break;
default:break;
}
可以改为
UINT8 ucCurTask=1;
void Task1(void);
void Task2(void);
void Task3(void);
void Task4(void);
……………
void Task16(void);
void (*szTaskTbl)[16])(void)={Task1,Task2,Task3,Task4,…,Task16};
调用方法1:(*szTaskTbl[ucCurTask])();
调用方法2: szTaskTbl[ucCurTask]();

16. 循环嵌套

循环在编程中经常用到的,往往会出现循环嵌套。现在就已for 循环为例。
UINT8 i,j;
for(i=0;i<255;i++)
{
for(j=0;j<25;j++)
{
………………
}
}
较大的循环嵌套较小的循环编译器会浪费更加多的时间,推荐的做法就是较小的循环嵌套较大的循环。
UINT8 i,j;
for(j=0;j<25;j++)
{
for(i=0;i<255;i++)
{
………………
}
}

17. 内联函数

在C++中,关键字inline 可以被加入到任何函数的声明中。这个关键字请求编译器用函数内部的代码替换所有对于指出的函数的调用。这样做在两个方面快于函数调用。这样做在两个方面快于函数调用:

第一,省去了调用指令需要的执行时间;第二,省去了传递变元和传递过程需要的时间。但是使用这种方法在优化程序速度的同时,程序长度变大了,因此需要更多的ROM。使用这种优化在inline 函数频繁调用并且只包含几行代码的时候是最有效的。

如果编译器允许在C 语言编程中能够支持inline 关键字,注意不是C++语言编程,而且单片机的ROM 足够大,就可以考虑加上inline 关键字。支持inline 关键字的编译器如ADS1.2,RealView MDK 等。

18. 从编译器着手

很多编译器都具有偏向于代码执行速度上的优化、代码占用空闲太小的优化。例如Keil 开发环境编译时可以选择偏向于代码执行速度上的优化(Favor Speed)还是代码占用空间太小的优化(Favor Size)。还有其他基于GCC 的开发环境一般都会提供-O0、-O1、-O2、—O3、-Os 的优化选项,而使用-O2 的优化代码执行速度上最理想,使用-Os 优化代码占用空间大小最小。

19. 嵌入汇编---杀手锏

汇编语言是效率最高的计算机语言,在一般项目开发当中一般都采用C 语言来开发的,因为嵌入汇编之后会影响平台的移植性和可读性,不同平台的汇编指令是不兼容的。但是对于一些执着的程序员要求程序获得极致的运行的效率,他们都在C 语言中嵌入汇编,即“混合编程”。

注意:如果想嵌入汇编,一定要对汇编有深刻的了解。不到万不得已的情况,不要使用嵌入汇编。

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一、单片机上拉电阻的选择

“”

大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ,而当R1=50时RST为低电平,很明显R1=10k时是错误的,单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管,即便在截止状态时也会有少量截止电流,当R取的非常大时,微弱的截止电流通过就产生了高电平。

二、LED串联电阻的计算问题

通常红色贴片LED:电压1.6V-2.4V,电流2-20mA,在2-5mA亮度有所变化,5mA以上亮度基本无变化。

“”

三、端口出现不够用的情况

这时可以借助扩展芯片来实现,比如三八译码器74HC138来拓展

“”

“”

四、滤波电容

滤波电容分为高频滤波电容和低频滤波电容。

1、高频滤波电容一般用104容(0.1uF),目的是短路高频分量,保护器件免受高频干扰。普通的IC(集成)器件的电源与地之间都要加,去除高频干扰(空气静电)。

2、低频滤波电容一般用电解电容(100uF),目的是去除低频纹波,存储一部分能量,稳定电源。大多接在电源接口处,大功率元器件旁边,如:USB借口,步进电机、1602背光显示。耐压值至少高于系统最高电压的2倍。

五、三极管的作用

1、开关作用:

“”

LEDS6为高电平时截止,为低电平时导通。

限流电阻的计算:集电极电流为I,则基极电流为I/100(这里涉及到放大作用,集电极电流是基极的100倍),PN结电压0.7V,R=(5-0.7)/(I/100)

2、放大作用:

集电极电流是基极电流的100倍

3、电平转换:

“”

当基极为高电平时,三极管导通,右侧的导线接地为低电平,当基极为低电平时,三极管截止,输出高电平.

六、数码管的相关问题

“”

数码管点亮形成的数字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小数点)构成,字模及真值表如上图。

七、电流电压驱动问题

由于单片机输出有限,当负载很多的时候需要另外加驱动芯片 ,比如74HC245

八、上拉电阻

上拉电阻选取原则

1、从节约功耗及芯片灌电流能力考虑应当足够大;电阻大,电流小。

2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小,电流大。

3、对于高速电路,过大的上拉电阻可能会导致边沿变平缓。

综合考虑:上拉电阻常用值在1K到10K之间选取,下拉同理。

上下拉电阻

上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,下拉同理。

1、电平转换,提高输出电平参数值。

2、OC门必须加上拉电阻才能使用。

3、加大普通IO引脚驱动能力。

4、悬空引脚上下拉抗干扰。

九、晶振和复位电路

晶振电路

1、晶振选择:

根据实际系统需求选择,6M,12M,11.0592M,20M等待

2、负载电容:

对地接2个10到30pF的电容即可,常用20pF。

3、万用表测晶振:

直接用红表笔对晶振引脚,黑表笔接GND,测量电压即可。

复位电路

复位

把单片机内部电路设置成为一个确定的状态,所有的寄存器初始化。

51单片机的复位时间大约在2个机械周期左右,具体需要看芯片数据手册。

一般通过复位芯片或者复位电路,具体的阻容参数的计算,通过google查找。

十、按键抖动及消除

按键也是机械装置,在按下或放开的一瞬间会产生抖动,如下图:

“”

“”

消除方法有两种:软件除抖和硬件除抖,其中硬件除抖是应用了电容对高频信号短路的原理。

软件除抖是检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms~10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。

本文转载自:21IC
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