學習單片機時遇到的常見問題

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

指令的表示形式有兩種：機器語言和匯編語言。以51為例，如果要讓P1.0引腳變?yōu)榈碗娖?，用機器語言來表示就是 C2H 90H，將這兩個數放進單片機的程序存儲器中，單片機執(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?，用機器語言來表示就是D2H，90H。至于為什么是這兩個數字，大家沒必要追究，這是設計這塊芯片的設計工程師規(guī)定的，我們不能更改，只能學習。

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內部去的，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的程序存儲器。將助記符形式的指令變?yōu)閿底中问降闹噶畹倪^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字形式然后寫下來;另一種是“機器匯編”，即編寫好匯編語言源程序以后，使用一個計算機軟件對這些源程序進行處理，從而得到數字形式的指令序列，這個指令序列通常被稱為“機器碼”，即可以直接被機器所執(zhí)行的代碼。

機器匯編后得到的數字形式的指令序列以一個文件的形式保存在磁盤上，這個文件的擴展名一般是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器中了。要將程序寫入芯片，通常需要一個稱之為“編程器”的專用設備，在計算機上運行與之配套的編程軟件，然后在這個軟件中打開HEX文件，即可將其寫入芯片中。隨著技術的發(fā)展，編程方式越來越多，但總的概念是這樣的，具體的細節(jié)，將在另一個問題“單片機編程器是什么”中回答。

4. 8位、16位、32位單片機中的“XX位”指什么?

8位、16位、32位是指單片機的“字長”，也就是一次運算中參與運算的數據長度，這個位是指二進制位。以8位為例，8位二進制的表達范圍是0000，0000~1111，1111即十進制的0~255，即每次參與運算的數據最大不能超過255。而16位機的字長是16位，其數據表達范圍是0~65535，即每次參與運算的數據最大不能超過65535;32位單片機的字長是32位，其數據表達范圍是0~4294967295，即每次參與運算的數據最大不能超過4294967295。

8位、16位、32位與單片機的性能密切相關，通常32位機的性能要高于16位機，而16位機的性能又要高于8位機。為什么會這樣呢?這要從2個方面來分析。第一，位數不同，運算效率不同。對于8位機而言，由于在一次運算中的每一個數都不能超過8位，因此即便如100+200=300這樣的運算，它也不能一次完成，因為300已超過了8位所能表達的最大范圍(255)，因此，要對這樣的一個式子進行運算，就要編寫一段程序，將運算分步完成，最后合成起來得到一個正確的結果。而如果采用16位單片機來運算的話，那么一次運算就夠了，顯然分步完成所需要的時間要遠遠大于單步完成所需要的時間。同樣道理，當某個運算的結果或者中間值大于65535時，16位機也不能一次運算，要分步實現它，而32位機則可以一次運算完成。第二，商業(yè)因素。通常運算能力越高，表示這個單片機性能越強，當然，價格高一些人們也可以接受，有了價格空間，生產商通常都會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。

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

5. 單片機編程器、仿真器、燒寫器、下載線各是什么?有什么用處?

單片機編程器是用來將程序代碼寫入存儲器芯片或者單片機內部的工具，如圖5-1所示是一個典型的編程的外形。圖中黑色的集成電路插座，通過拔動手柄可以將置于其中的集成電路芯片鎖緊或松開。編程時鎖緊以保證接觸良好，編程完畢松開，可以更換下一片芯片。

圖5-1編程器

當芯片是雙列直插形式時，直接插在座子上就可以燒寫了，但如果遇到如圖5-2所示的各種封裝形式的芯片，又如何寫燒寫呢?一種方法是使用適配器，如圖5-3所示是各種封裝芯片所使用的適配器。

圖5-2 各種封裝形式的集成電路

QFN32 適配器 SOP28適配器

圖5-3 各種封裝的編程適配器

另一種方法是使用下載線。隨著技術的進步，越來越多的單片機芯片開始支持“ISP”功能，即In System Programmer，在線可編程技術。利用這種技術，將空白的(尚未編程的)芯片直接焊在印刷線路板上，利用預先留下的幾個引腳即可對芯片進行編程，不必將芯片拆下來放到編程器上，因此，這給小批量制作帶來了極大的方便，也省去了購買價格昂貴的適配器。如圖5-4所示是使用下載線對芯片進行在線編程的示意圖。

圖5-4　下載線對芯片進行在線編程示意圖