單片機的一些開發實用技巧

發布時間：2012-2-13 22:31 發布者：1770309616

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　　很多朋友正在學習單片機開發技術，但開發中免不了要碰到這樣、那樣的問題，有些問題可能無礙大局，但有一些問題卻直接影響到產品的成本、體積、性能。這里介紹筆者的幾個技巧，希望對大家的工作有幫助。
　　一.C語言中嵌入匯編語言
　　單片機開發中，通常我們使用C語言編寫主程序，這樣可以充分借助C語言工具提供的運算庫函數及強大的數據處理能力。但C語言的可控性不及匯編語言，在有些對時序要求嚴格的處理上，我們還需用靈活性更強的匯編語言來編寫。上海AVR單片機培訓這樣就產生了C語言和匯編語言混合編程的問題，一般分成三種方式：1.匯編語言調用C語言函數；2. C語言調用匯編語言；3. C語言中嵌入匯編語言。這里我們主要介紹第3種，即C語言中嵌入匯編語言。
　　下面的一段程序是主程序調用精確的205μS延時子程序并使P1.0交替輸出高、低電平的方波。
　　/*------------程序名test.c------------*/
　　#include P 晶振頻率12.000MHz<>
　　/****************/
　　void delay（void）//延時205μS
　　{
　　#pragma asm
　　MOV R0，#100
　　LOOP：
　　DJNZ R0，LOOP
　　#pragma endasm
　　}
　　/***************/
　　void main （void）//主函數，其功能使P1.0交替輸出高、低電平的方波
　　{
　　while（1）
　　{P1_0=！P1_0;
　　delay（）;}
　　}
　　具體實現過程為：
　　1.先用匯編語言編制一段延時程序，在keil開發環境中編譯，然后進行軟件仿真，晶振頻率的設置應和你的要求相符。仿真時注意觀察左邊寄存器窗口內的時間顯示，調整延時程序的參數可得到我們需要的精確延時。
　　2.用C51編寫主程序及延時子程序的外殼（等待嵌入匯編語言），假定此程序名稱為test.c。
　　3.將第1步所得的匯編延時子程序放入C51編寫的延時子程序外殼中。注意在開始及結束時分別加上#pragma asm、#pragma endasm語句，這種方法是通過asm與endasm告訴C51編譯器，中間行不用編譯為匯編行。
　　4.按照Keil的使用方法，建立工程文件并添加源程序。
　　5.點擊含有匯編程序的C源程序后再右擊，在彈出的下拉菜單中選中Options for File ‘test.c’（圖1），這時出現圖2所示的界面，勾選Generate Assembler SRC File（生成匯編SRC文件）及Assembler SRC File（封裝匯編文件）使其有效。
　　6. 根據項目的編譯模式加載封裝庫文件，通常在Small模式時為C51S.LIB（該文件在C：\Keil\C51\Lib\C51S.LIB），具體見圖3。
　　7.點擊Rebuild target（重建所有目標文件）即可得到編譯結果（圖4）。

　　圖1

　　圖2

　　圖3

　　圖4

　　二。用軟件擴展外部中斷
　　大家知道，51單片機的外部中斷只有2個，書本上曾介紹了一種擴展外部中斷源的方法，但是需增加硬件開銷（見圖5）。經或非門引入外中斷源輸入端（/INT0或/INT1），同時又連到某I/0口。這樣，每個“源”都可能引起中斷，在中斷服務程序中通過軟件查詢便可確定哪一個是正在申請的中斷源，其查詢的次序則由中斷源優先級決定，這就可實現多個外部中斷源的擴展。

　　圖5

　　這種方法盡管擴展了外部中斷源，但也有不盡人意之處，如設計一個具有8個中斷源的電路，則需一個8輸入端的或非門（或門），顯然，對體積與成本都不利。這里介紹筆者設計的擴展外部中斷源的方法，由純軟件實現，不添加一個元件（見圖6）。

　　圖6

#include 
　　static unsigned char data m;//m為全局變量
　　/*-------延時子程序-------*/
　　void delay（unsigned int k）
　　{
　　unsigned int i，j;
　　for（i=0;i
　　for（j=0;j<121;j++）
　　{;}}
　　}
　　/*---外部中斷INT0子程序---*/
　　void init0（）interrupt 0
　　{
　　delay（10）;//延時10mS抗抖動干擾
　　if（P3_2==0）
　　{
　　EX0=0;//關INT0中斷
　　EA=0;//關總中斷
　　P3_2=0;//置P3.2為低電平
　　P2=0xff;//置P2口為全1
　　m=P2;//讀取P2口狀態至m
　　P2=0x00;//恢復P2口為全0
　　P3_2=1; //置P3.2為高電平
　　IT0=1;//置INT0為邊沿觸發
　　EX0=1; //開INT0中斷
　　EA=1;} //開總中斷
　　}
　　/********主程序*********/
　　void main（void）
　　{
　　P2=0x00;// 置P2口為全0
　　P3_2=1;// 置P3.2為高電平
　　IT0=1;// 置INT0為邊沿觸發
　　EX0=1;// 開INT0中斷
　　EA=1; //開總中斷
　　while（1）//無限循環
　　{
　　P0=m;//將全局變量m中的內容輸出至P0口
　　P3_0=！P3_0;//P3.0取反，指示程序狀態
　　delay（500）;//延時500mS
　　}
　　}
　　程序解釋：無按鍵按下時，P3.0的發光管閃亮，作程序狀態顯示。主程序初始化時，置P2口為全0，置P3.2為高電平，同時置INT0為邊沿觸發，并開放中斷。8個按鍵的任一個按下時都會引起INT0中斷，進入中斷服務子程序后，首先關閉中斷，然后置P3.2為低電平，置P2口為全1，再讀取P2口狀態至m，通過查詢m的狀態字即可知道正在申請的中斷源。這里我們采用的方法是將m輸出至P0口點亮LED作指示。退出中斷時，重新開放中斷。

　　三。庫函數的生成
　　當將自己開發的程序提供給他人使用但又不便公開源代碼時，把源代碼做成庫函數是一種可行的辦法，這樣可以保護自己的知識產權及利益，這里我們介紹生成庫函數的方法及使用。
　　/*------------程序名test1.c------------*/
　　void delay（unsigned int k）
　　{
　　unsigned int i，j;
　　for（i=0;i
　　for（j=0;j<121;j++）
　　{;}}
　　}
　　1.按照keil的使用方法，建立工程文件test1.uv2并添加上面的源程序test1.c。
　　2.點擊工程，在彈出的下拉菜單中點Options for Target ‘Target 1’，在Output 頁面中，選中“Create Library：”后進行編譯，則在指定的路徑上生成與項目同名的“Lib”文件（圖1）。需注意的是，存儲模式（Large或Small）應與所使用的系統設置相同。

　　圖1

3. 建立另一個工程文件test2.uv2。
　　/*------------程序名test2.c------------*/
　　#include P 晶振頻率12.000MHz<>
　　/****************/
　　extern void delay（void）;
　　void main （void）//主函數，其功能使P1.0交替輸出高、低電平的方波
　　{
　　while（1）
　　{P1_0=！P1_0;
　　delay（）;}
　　}
　　4.將包含主程序的test2.c及剛才生成的test1.LIB添加到工程中（圖2）。在Output 頁面中，勾選建立hex文件。

　　圖2

　　5. 點擊Rebuild target（重建所有目標文件）即可得到編譯結果（圖3）。

　　圖3

四。修改Startup.a51起始代碼
　　單片機運行過程中免不了受干擾，有時可能會造成死機，我們可以使用“看門狗”來復位并重啟單片機。根據筆者的經驗，這時的內存區數據可能不一定會全部沖毀，主要是PC指針錯亂所為。上海模擬電路/數字電路培訓但使用C51編寫的程序在復位后會執行一段Startup.a51“起始代碼”，導致內存全部清零，使正在運行的數據全部丟失。解決這一問題的辦法是修改Startup.a51“起始代碼”，本刊今年1月的文章<談談C語言在單片機開發中的應用>也談到這個問題，但許多讀者在keil集成開發環境中不知怎么做？這里我們通過一個實驗程序來詳解一下，實驗采用<手把手教你學單片機>講座的S2試驗板（S2板的電路原理見2003年2月號<電子制作>）。
　　/*------------程序名test3.c------------*/
　　#include P 晶振頻率11.0592MHz<>
　　#define uchar unsigned char
　　#define uint unsigned int
　　uchar code DATA_7SEG［10］={0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，//0~9數碼管字形碼
　　0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90};
　　uchar data counter1， counter2;//定義兩個軟件計數器
　　void delay（uint k） //延時子程序
　　{
　　uint i，j;
　　for（i=0;i
　　for（j=0;j<121;j++）
　　{;}}
　　}
　　void main（void） //主程序
　　{ delay（1）; //延時1mS
　　while（1） //無限循環
　　{
　　if（counter1==counter2）//如兩個計數值相等
　　{P0= DATA_7SEG［counter1］;//輸出至P0口顯示
　　delay（500）; //延時500mS
　　counter1++;counter2++;//計數值遞增
　　if（counter1>=10）{ counter1=0;counter2=0;}//計數值在0~9循環
　　}
　　else
　　{ counter1=0xff;counter2=0xff;//否則計數值置0xff
　　//…………出錯處理
　　}
　　}
　　}
　　1.按照keil的使用方法，建立工程文件test3.uv2并添加上面的源程序test3.c。在Output 頁面中，勾選建立hex文件。
　　2.點擊Rebuild target（重建所有目標文件）可得到編譯結果。
　　3. 編譯通過后，將生成的test3.hex文件燒錄到單片機89C51中，將89C51芯片插入到S2型試驗板上，通電運行后，右邊的數碼管從0至9開始循環顯示。顯示到某個數（例如5）時，按一下RESET鍵，右邊的數碼管又從0至9開始循環顯示。這是因為帶電復位（熱啟動）時，C51執行了一段“起始代碼”，將內存的128個單元全部清零，導致計數值（例如5）丟失。
　　解決的步驟如下：
　　4.點擊“文件”，在下拉菜單中選擇“打開”，在彈出的搜尋路徑中，選擇C：KeilC51LibStartup.a51后打開，可見到如下代碼：
　　………………………………………………………………………………………………
　　………………………………………………………………………………………………
　　IDATALEN EQU 80H ; the length of IDATA memory in bytes.
　　;
　　XDATASTART EQU 0H ; the absolute start-address of XDATA memory
　　XDATALEN EQU 0H ; the length of XDATA memory in bytes.
　　;
　　PDATASTART EQU 0H ; the absolute start-address of PDATA memory
　　PDATALEN EQU 0H ; the length of PDATA memory in bytes.
　　………………………………………………………………………………………………
　　………………………………………………………………………………………………
　　我們將IDATALEN EQU 80H ; the length of IDATA memory in bytes.改為IDATALEN EQU 00H ; the length of IDATA memory in bytes.然后保存關閉。
　　5. 將Startup.a51添加到test3.uv2工程中（圖4）。

　　圖4

6. 點擊Rebuild target（重建所有目標文件）可得到編譯結果。
　　7. 將生成的test3.hex文件再燒錄到單片機89C51中，將89C51芯片插入到S2型試驗板上，通電運行后，右邊的數碼管從0至9開始循環顯示。顯示到5時，按一下RESET鍵，右邊的數碼管從5起繼續計數顯示（注意：這次不是從0開始），實現了熱啟動后的繼續計數功能。
　　這種技術非常有用，如因干擾等因素導致“看門狗”動作后（即熱啟動），不會將原來正在處理的數據丟失，從而可繼續工作下去。可能有的讀者會問，一旦干擾沖毀了數據，那么繼續工作的這些數據可能是錯誤的，豈不是錯上加錯。對于這個問題，我們可采取數據冗余的辦法，如正在計數的值由兩個內存單元保存（例如本例中的counter1與counter2），使用時兩個內存單元數據進行對比，一旦不等說明干擾破壞了數據，可進行出錯處理，否則可認為數據正確有效。
　　五。絕對地址訪問
　　單片機系統運行過程中的抗干擾能力大小是非常重要的，抗干擾能力強的單片機可在復雜的工業環境中正常工作。而抗干擾能力差的單片機，輕者表現為工作失常多，工作效率低下，重者根本不能運行，經常死機。上海AVR單片機培訓因此一個單片機系統設計的好壞，與其抗干擾能力的大小有直接的關系。
　　為了提高RAM區數據的可靠性，我們可在兩個相隔較遠的RAM單元（如20H、75H等）建立兩個標志flag1、flag2，初始化時寫入標志字（如88H），取用RAM數據時首先比較兩個標志是否相等，若不等說明RAM區數據可能出錯，此時程序跳轉到出錯處理子程序，否則正常執行。這種方法使得程序執行時的數據可靠度較高。上海FPGA/CPLD培訓這牽涉到C語言中的絕對地址訪問，下面介紹三種方法。
　　1.使用_at_關鍵字
　　其用法較簡單，在數據聲明后直接加上_at_及地址常量即可。但使用時應注意，絕對地址變量不能被初始化，bit型函數及變量不能用_at_指定。
　　例1：
　　#include 
　　static unsigned char data flag1 _at_ 0x0020;//將兩個標志定位于20H、75H
　　static unsigned char data flag2 _at_ 0x0075;
　　/******************/
　　void main（）
　　{
　　//進入主程序初始化時將flag1、flag2置為0x88
　　flag1=0x88; flag2=0x88;
　　while（1）
　　{
　　if（（flag1==0x88）&&（flag2==0x88））//標志相等
　　{//正常工作過程}
　　else
　　{//出錯處理}
　　}
　　}
　　2.使用指針的方法
　　例2：
　　#include 
　　char data *point1;//定義兩個指向data區的指針
　　char data *point2;
　　/******************/
　　void main（）
　　{point1=0x20;point1=0x75;//指向20H、75H單元
　　//初始化時將標志*point1、*point2置為0x88
　　*point1=0x88; *point2=0x88;
　　while（1）
　　{
　　if（（*point1==0x88）&&（*point2==0x88））//標志相等
　　{//正常工作過程}
　　else
　　{//出錯處理}
　　}
　　}
　　3.使用#include聲明的絕對宏
　　例3：
　　#include 
　　#include 
　　/******************/
　　void main（）
　　{ //初始化時將標志DBYTE［0x20］、DBYTE［0x75］置為0x88
　　DBYTE［0x20］ =0x88;DBYTE［0x75］=0x88;
　　while（1）
　　{
　　if（（DBYTE［0x20］==0x88）&&（DBYTE［0x75］==0x88）） //標志相等
　　{//正常工作過程}
　　else
　　{//出錯處理}
　　}
　　}
　　六.C語言調用匯編語言
　　為了能使C語言調用匯編語言，必須使匯編程序象C程序一樣具有明確的邊界、參數、返回值和局部變量。為了使匯編程序段和C程序兼容，應為匯編程序指定段名并進行定義。如要傳遞參數，則必須保證匯編程序用來傳遞參數的存儲區和C程序使用的存儲區一致。并且在調用的C語言中進行聲明。函數名的轉換規律見表1。接收參數寄存器見表2。返回值類型與寄存器對照見表3。
　　函數名的轉換規律
　　主函數中的聲明 匯編符號名 說明
　　Void func（void） FUNC 無參數傳遞
　　Void func（char） _FUNC 帶寄存器參數傳遞
　　Void func（void） reentrant_？FUNC 重入函數包含棧內參數傳遞
　　表1
　　接收參數寄存器
　　參數序號charintLong，float通用指針
　　1R7R6、R7R4~R7R1~R3
　　2R5R4、R5--
　　3R3R2、R3--
　　表2
　　返回值類型與寄存器對照
　　返回值類型寄存器說明
　　BitC（標志位）由具體標志位返回
　　Char/unsigned char/1_byte指針R7單字節由R7返回
　　Int/ unsigned int/2_byte指針R6、R7雙字節由R6、R7返回，高位在R6中，低位在R7中
　　Long/ unsigned longR4~R7四字節由R4~R7返回，高位在R4中，低位在R7中
　　FloatR4~R732bit IEEE格式，指數和符號位在R7中
　　通用指針R1~R3存儲類型在R3中，高位在R2，低位在R1
　　表3
　　下面通過兩個實例說明。
　　例4（無參數傳遞）：
　　1.按照Keil的使用方法，建立工程文件并添加C51編寫的主程序test4.c（圖5）。
　　/*------------程序名test4.c------------*/
　　#include P 晶振頻率12.000MHz<>
　　/****************/
　　void delay（void）;//延時函數聲明
　　/***************/
　　void main （void）//主函數，其功能使P1.0交替輸出高、低電平的方波
　　{
　　while（1）
　　{P1_0=！P1_0;
　　delay（）;}
　　}

　　圖5

　　2.用匯編語言編制一段205μS精確延時程序ttest4.asm并添加到工程中（圖6）。
　　UDELAY SEGMENT CODE
　　RSEG UDELAY
　　PUBLIC DELAY
　　DELAY： MOV R0，#100
　　LOOP：
　　DJNZ R0，LOOP
　　RET
　　END

　　圖6

　　3.點擊Rebuild target（重建所有目標文件）即可得到正確的編譯結果（圖7）。

　　圖7

例5（有參數傳遞）：
　　1.按照Keil的使用方法，建立工程文件并添加C51編寫的主程序test5.c（圖8）。
　　/*------------程序名test5.c------------*/
　　#include P 晶振頻率12.000MHz<>
　　/****************/
　　void delay（unsigned int k）; //延時函數聲明
　　/***************/
　　void main （void）//主函數，其功能使P1.0交替輸出高、低電平的方波
　　{
　　while（1）
　　{P1_0=！P1_0;
　　delay（500）;}
　　}

　　圖8

　　2.用匯編語言編制一段延時程序ttest5.asm并添加到工程中（圖9）。由于有參數傳遞，函數名前必須加下劃線“_”。
　　UDELAY SEGMENT CODE
　　RSEG UDELAY
　　PUBLIC _DELAY
　　_DELAY：
　　DJNZ R6，$
　　DJNZ R7，$
　　RET
　　END

　　圖9

　　3.點擊Rebuild target（重建所有目標文件）可得到正確的編譯結果（圖10）。

　　還有一種方法，利用編譯器自動完成段的安排，這樣實現C語言與匯編語言的混合編程也很方便。過程為：
　　1.用C51分別編寫主程序test.c及延時子程序的外殼delay.c（等待嵌入匯編語言）。在主程序中應將延時子程序聲明為外部函數：extern void delay（delay）。
　　2.點擊delay.c源程序后再右擊，在彈出的下拉菜單中選中Options for File ‘test.c’，勾選Generate Assembler SRC File（生成匯編SRC文件）及Assembler SRC File（封裝匯編文件）使其有效。
　　3.根據項目的編譯模式加載封裝庫文件，通常在Small模式時為C51S.LIB（該文件在C：\Keil\C51\Lib\C51S.LIB）。
　　4.點擊Rebuild target（重建所有目標文件）可得到一個delay.SRC的文件。
　　5. 將delay.SRC改名為delay.A51。
　　6.將delay.A51加載到工程項目組中，同時移除delay.c、C51S.LIB。
　　7.再次點擊Rebuild target可得到delay.A51匯編語句的主體。
　　8. 將通過其它試驗所得的精確匯編延時子程序放入delay.A51的主體中，保存后加載到Source Group 1項目組中，再點擊Rebuild target即可得到正確的編譯結果。

來源：電子工程網

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