嵌入式分享合集57

一、两种单片机编程思想

分层思想

    分层的思想，并不是什么神秘的东西，事实上很多做项目的工程师本身自己也会在用。看了不少帖子都发现没有提及这个东西，然而分层结构确是很有用的东西，参透后会有一种恍然大悟的感觉。如果说我不懂LCD怎么驱动，那好办，看一下datasheet，参考一下阿别人的程序，很快就可以做出来。但是如果不懂程序设计的思想的话，会给你做项目的过程中带来很多很多的困惑。

    参考了市面上各种各样的嵌入式书籍，MCS-51，AVR ，ARM 等都有看过，但是没有发现有哪本是介绍设计思想的，就算有也是凤毛麟角。写程序不难，但是程序怎么样才能写的好，写的快，那是需要点经验积累的。结构化模块化的程序设计的思想，是最基本的要求。

    然而这么将这个抽象的概念运用到工程实践当中恩？那需要在做项目的过程中经历磨难，将一些东西总结出来，抽象升华为理论，对经验的积累和技术的传播都大有裨益。所以在下出来献丑一下，总结一些东西。

    就我个人的经验而谈，有两个设计思想是非常重要的。

    一个就是“时间片轮的设计思想”，这个对实际中解决多任务问题非常有用，通常可以用这个东西来判断一个人是单片机学习者，还是一个单片机工程师。这个必须掌握。（下文将介绍）。
     第二个就是“分层屏蔽的设计思想”即分层思想。下面用扫描键盘程序例子作为引子，引出今天说的东西。

问题的提出

    单片机学习板一般为了简单起见，将按键分配的很好，例如整个 4*4 的键盘矩阵分配到 P1 口上面，8条控制线，刚好。这样的话程序也非常好写。只需要简单的：

KEY_DAT= P1;

    端口的数据就读进来了。

    诚然，现实中没有这么好的事情。在实际的项目应用当中，单片机引脚的复用相当厉害，这跟那些所谓的单片机学习板就有很大的差别了。
    另外一个原因，一般设计来说，是“软件配合硬件”的设计流程，简单点说就是，先确定好硬件原理图，硬件布线，最后才是软件的开发，因为硬件修改起来比较麻烦，相对来说软件修改的时候比较好改。这个就是中国传统的阴阳平衡哲学原理。硬件设计和软件设计本来就是鱼和熊掌的关系，两者不可兼得。方便了硬件设计，很可能给写软件带来很大的麻烦。

    反过来说，方便了软件设计，硬件设计也会相当的麻烦。如果硬件设计和软件设计同时方便了，那只有两种可能，一是这个设计方案非常简单，二是设计师已经达到了一个非常高的境界。我们不考虑那么多情况，单纯从常用的实际应用的角度来看问题。
    硬件为了布线的方便，很多时候会可能将IO口分配到不同的端口上面，例如上面说的4*4键盘，8根线分别分配到 P0 P1 P2 P3 上面去了。那么，开发板的那些扫描键盘程序可以去见鬼了。怎么扫按键？我想起了我刚开始学习的时候，分成3段非常相似的程序，一个一个按键的扫描的经历......
    或许有人不甘心，“那些东西我花了很长时间学习的，也用的好好的，怎么能说一句不用就不用？”虽然有点残忍，但是我还是想说“兄弟，接受现实吧，现实是残酷的......”
    不过，人区别于低等动物的差别，是人会创造，在碰到困难的时候会想办法解决，于是我们开始了沉思......
    最后我们引入初中数学学的“映射”的概念来解决问题。基本思想就是，将不同端口的按键映射到相同端口上面。
按键扫描程序如何分成3个层

    最底层的是硬件层，完成端口扫描，20ms延时消抖，将端口的数据映射到一个KEY_DAT寄存器上面，KEY_DAT作为对上层驱动层的一个接口。
    中间的一层是驱动层，驱动层只对 KEY_DAT 寄存器的数值进行操作。简单点说，我们无论底层的硬件是怎么接线的，在驱动层都不需要关心，只需要关心 KEY_DAT 这个寄存器的数值是什么就可以了。这样出来的间接效果就是“屏蔽了底层硬件的差异”，所以驱动层写的程序就可以通用了。
    驱动层的另外一个功能是为了上层提供消息接口。我们用了类似window程序的消息的概念。这里可以提供一些按键消息，例如：按下消息，松开消息，长按键消息，长按键的时候的步进消息，等等。
    应用层属于最上层的程序，这里就是根据项目的不同分别写按键功能程序。它使用的是驱动层提供的消息接口。在应用层写程序的思想就是，我不管下层是怎么工作的，我只关心按键消息。有按键消息来的时候我就执行功能，没有消息来的时候，我就什么也不做。
    下面用一个简单的常用的例子，说明我们这个设计思想的用法。
    秒表调整时间的时候，要求按着某个按键不放，时间能连续的向上增加。这个东西很实用，实际的家电中用途很广泛。
    在看下面的东西之前，大家可以想一下，这东西难吗？相信大家都会很响亮的回答，“不难！！”，然而我再问：“这东西麻烦吗？”我相信很多人肯定会说“很麻烦！！” 这不禁让我想起开始学单片机的时候写这种按键的那程序，乱七八糟的结构。如果不相信的话，可以自己用51写一下哦，那样就更加能体会本文说的分层结构的优越性。

项目要求：

    两个按键，分别分配在P10 和P20，分别是“加”“减”按键，要求长按键的时候实现连续加和连续减的功能。

实战：

    假设按键上拉，没有按键的时候高电平，有按键的时候低电平，另外，为了突出问题，这里没有将延时消抖的程序写上去，在实际项目中应该加上。C语言函数参数的传递多种多样，这里作为例子，用了最简单的全局变量来传递参数，当然你也可以用 unsigned charReadPort(void)返回一个读键结果，甚至还可以 void ReadPort(unsigned char*pt) 用一个指针变量传递地址而达到直接修改变量的目的。方法是多种多样的，这个决定于每个人的程序风格。

 1）开始写硬件层程序，完成映射

#defineKYE_MIN  0X01#defineKEY_PLUS  0X01unsignedchar KeyDat;voidReadPort(void){if (P1 & KEY_PLUS == 0 )  {    KeyDat |= 0x01 ;  }if (P2 & KEY_MIN  == 0 )  {    KeyDat |= 0x02 ;  }}

    C语言应该很容易看懂吧？如果 KEY_PLUS 按下，P10口读到低电平，则 P1 &KEY_PLUS 的结果为 0 (xxxx xxx0 & 0000 0001)，满足if 的条件，进入KeyDat |=0x01  是将 KeyDat 的bit0 置一，也就是说，将 KEY_PLUS 映射到 KeyDat 的 bit0

    KEY_MIN是同样的道理映射到 KeyDat 的 bit1，如果 KeyDat 的 bit0 为 1 ，则说明 KEY_PLUS 按下，反则亦然。
    不需要想的很神秘，映射就是这么一回事。如果还有其他按键的话，用同样办法，将他们全部映射到 KeyDat 上面。
2）驱动层程序编写

    如果将 KeyDat想象成 P1 口，那么这个跟学习板那标准的扫描程序不就是一样了吗？对的，这个就是底层映射的目的了。
3）应用层程序编写

    根据消息，硬件层是必须分离出来，然而驱动层和应用层的要求就不那么严格了，事实上一些简单的项目没有必要将这两层分离开来，根据实际应用灵活应对就可以了。

    其实这样写程序是很方便移植的，根据板子的不同而适当的修改一下硬件层那个 ReadPort 函数就完成了，驱动层和应用层很多代码可以不经过修改直接用，很能提高开发效率的。当然这个按键程序会存在一定的问题，特别是遇到常闭按键和点触按键的混合使用的场合。这个留给大家自己去想了，反正问题总是能找到解决办法的，尽管方法有好有坏。

时间片轮设计思想

    先用一个小例子引出今天的主题，想象一下，一个基本的家电控制板，肯定或多或少的会包含 ：LED 或者 数码管显示，按键， 继电器或者可控硅的输出 这3部分。数码管需要 10ms到20ms的动态扫描，按键也需要20ms左右的延时消抖，有没有意识到，其实这些时间是同时在进行的。

    回想一下咱们的教科书怎么教 按键 的延时消抖的？没错，死循环，绝对是原地踏步死循环，用指令来计时。这样很自然的引发一个问题，单片机在原地踏步死循环的话，那么其它的工作怎么办？如数码管的动态扫描怎么办？

    唯有等按键扫描之后再进行了，这样出来的效果，数码管肯定会闪烁的，扫描时间过长了，缩短按键消抖时间也不是解决办法，想象如果咱们还有其它很多工作也是同时做的呢？解决办法之一，就是今天的主题，分时扫描的思想。当然不会是唯一的办法，只不过俺一直在用，觉得这个是非常不错的思想，可以解决很多实际问题。大胆妄言一下，分时扫描的思想也是单片机编程最核心的思想了，信不信就由你自己判断了。

核心思想的实现过程

    第一、用RTC中断来计时，RTC的中断时间短一点，我习惯是125us ，为了解红外遥控的码，这个时间是需要的。RTC计时是相当准的，尽量利用。
    第二、在RTC的中断服务程序里面放3个（数量自定）记时器（说白了就是计数器），我的习惯是 2ms 5ms 500ms 这3个是作为基准时间，提供给整个系统来调用的，所以必须准确一点，实际用示波器调一下就OK了，不难。
    第三、在主程序的循环里面放一个专门处理时间的子程序。（注：单片机是不会停的，永远在不断循环的跑，这个跟学校学的貌似有点不同，俺面试的时候被问过这个问题 ….）  将所有的时间处理都放在时间处理子程序里面做，这样是非常方便的，一个单片机系统最起码需要处理 10～20个不同的时间，也需要10～20个计时器了，而且相当多要求同时不同步工作的，如果每个都单独的话是相当的麻烦。
    第四、“程序是跑着来等，而不是站着来等”，这话看来有点玄，一个跟俺一起进去公司的工程师讨论的时候提到的这个问题，俺觉得这个也是分时系统的一个比较重要的思想，所以也这样叫，下面有细说。
    第五、下面用程序来说话，注释尽量详细，可以不用看代码，直接看注释就可以了。

先中断服务程序部分
    每 125us 中断一次，产生几个基准时间。

（1） ref_2ms寄存器不断的减1，每次中断减1，一共减 16次，所以这里经过的时间是 125us × 16 ＝ 2ms，这个就是所谓的计时/计数器 了。这样就可以靠一个系统的RTC中断，来实现我们需要的很多个定时时间。
（2）置2ms 计时结束标志，这个是提供给时间处理程序用的，这是一个计时器的框架，下面的5ms计时完全相同。
    这程序还用了一个块的框架，比较方便的，不过跟今天的主题无关，以后郁闷的时候再上来写写这个。上面的程序就是中断服务程序里面的计时器，分别定时 2ms 5ms 500ms，计时完毕溢出是flag_time 标志来记录的，程序通过读这个标志就可以知道定时的时间是否已经到了。

下面看那个统一的时间服务子程序

    上面用了按键20ms消抖的计时器作为例子，如果理解之后就可以发现，我们可以完全模仿那个计时器而在下面放很多很多的计时器，则每5ms 进来一下，每个计时器都同时在计数了，谁先计算完毕就先关掉自己，置相应的标志给其它程序调用，而对其它计时器完全没有影响！这样，我们可以在这里放很多个计时器了，一般来说，十来二十个是没有问题的，完全满足一个单片机系统对多个时间的需求了。
    单个计时器的结构很简单，先判断允许计时标志是否进入计时，然后一个专用的寄存器在加1或者减1，加/减相应的数值之后也就是相应的时间到了，关掉计时器，置相应需要用到的标志。
    到这里差不多了，俺们需要的时间都可以出来了，这样做是不是非常方便？咱们再来看看在这段时间里单片机在做了什么东西？只有中断计时够 5ms 或者 500ms ，那个溢出标志才有效，才能进入上面的计时程序，其它时间都是在做其它事情。而且进入上面的计时器的时候，可以看出，并不是在那里死循环，只是单纯的加减一下寄存器就退出了，整个过程耗时极其短，看代码不同吧，5us到 20us左右吧，对主程序的执行没有什么影响。

下面看看具体怎么调用

    最开始谈过的按键的消抖时间处理问题，现在就用上面介绍的办法来看具体怎么解决问题。

    大概是这样的：判断什么时候有健，没有的话跳出，有的话开始延时消抖的计时，第二次进来的时候直接由标志位控制过去判断时间时候够。
    同样是等待，这里就是最后一点所说的，咱这是跑着来等，不是站着来等。跟死循环定时比较，在没有定时到20ms 的这段时间里面单片机在做什么？死循环的话，肯定就是在原地等，什么都不做，而看看上面的程序，他只是判断是否定时够，具体的定时在统一的时间子程序里面做，判断没有到时间的话就跳出了，继续跑其它的程序，直到当时间到了，单片机判断出flag_delay,key_flow 符合条件，开始进入按键处理程序了，在这个期间，单片机都在做其它事情，只是一个主循环跑回来判断一次，所以单片机完全有空跑其它的程序，而没有将时间都耗在消抖上面。
主程序循环体

    这个就是用到的循环体了，所有功能都做成子程序形式了，需要就挂上去就可以了，比较方便，这样一个总的循环体，单片机就是在不断的执行这个循环体，如果整个程序都采用上面说的分时扫的思想的话，一周循环回来的时间是相当短的，其实是不是跟电脑的思想有点像呢？

    电脑再快也并不是同时处理多个任务，而且每次处理一个，然后非常快的速度来循环处理，让我们感觉上他是在同时处理多个程序那样，我想，我最终想表达的思想也就是这个而已。有这个思想支撑下，单片机的程序变得比较容易上手了，剩下的只是集中精力去用程序来实现我们的思想而已，当然，这里只是说一种可行的办法而已，不是说只有这种办法。

二、嵌入式开发中的C语言编程思想

1 编程风格

    《计算机程序的构造和解释》一书在开篇写到：程序写出来是给人看的，附带能在机器上运行。

1.1 整洁的样式

    使用什么样的编码样式一直都颇具争议性的，比如缩进和大括号的位置。因为编码的样式也会影响程序的可读性，面对一个乱放括号、对齐都不一致的源码，我们很难提起阅读它的兴趣。

    我们总要看别人的程序，如果彼此编码样式相近，读起源码来会觉得比较舒适。但是编码风格的问题是主观的，永远不可能在编码风格上达成统一意见。因此只要你的编码样式整洁、结构清晰就足够了。除此之外，对编码样式再没有其它要求。

    提出匈牙利命名法的程序员、前微软首席架构师Charles Simonyi说：我觉得代码清单带给人的愉快同整洁的家差不多。你一眼就能分辨出家里是杂乱无章还是整洁如新。这也许意义不大。因为光是房子整洁说明不了什么，它仍可能藏污纳垢！

    但是第一印象很重要，它至少反映了程序的某些方面。我敢打赌，我在3米开外就能看出程序拙劣与否。我也许没法保证它很不错，但如果从3米外看起来就很糟，我敢保证这程序写得不用心。如果写得不用心，那它在逻辑上也许就不会优美。

1.2清晰的命名

    变量、函数、宏等等都需要命名，清晰的命名是优秀代码的特点之一。命名的要点之一是名称应能清晰的描述这个对象，以至于一个初级程序员也能不费力的读懂你的代码逻辑。我们写的代码主要给谁看是需要思考的：给自己、给编译器还是给别人看？

    我觉得代码最主要的是给别人看，其次是给自己看。如果没有一个清晰的命名，别人在维护你的程序时很难在整个全貌上看清代码，因为要记住十多个以上的糟糕命名的变量是件非常困难的事；而且一段时间之后你回过头来看自己的代码，很有可能不记得那些糟糕命名的变量是什么意思。

    为对象起一个清晰的名字并不是简单的事情。首先能认识到名称的重要性需要有一个过程，这也许跟谭式C程序教材被大学广泛使用有关：满书的a、b、c、x、y、z变量名是很难在关键的初学阶段给人传达优秀编程思想的；其次如何恰当的为对象命名也很有挑战性，要准确、无歧义、不罗嗦，要对英文有一定水平，所有这些都要满足时，就会变得很困难；此外，命名还需要考虑整体一致性，在同一个项目中要有统一的风格，坚持这种风格也并不容易。

    关于如何命名，Charles Simonyi说：面对一个具备某些属性的结构，不要随随便便地取个名字，然后让所有人去琢磨名字和属性之间有什么关联，你应该把属性本身，用作结构的名字。

1.3恰当的注释

    注释向来也是争议之一，不加注释和过多的注释我都是反对的。不加注释的代码显然是很糟糕的，但过多的注释也会妨碍程序的可读性，由于注释可能存在的歧义，有可能会误解程序真实意图，此外，过多的注释会增加程序员不必要的时间。如果你的编码样式整洁、命名又很清晰，那么，你的代码可读性不会差到哪去，而注释的本意就是为了便于理解程序。

    这里建议使用良好的编码样式和清晰的命名来减少注释，对模块、函数、变量、数据结构、算法和关键代码做注释，应重视注释的质量而不是数量。如果你需要一大段注释才能说清楚程序做什么，那么你应该注意了：是否是因为程序变量命名不够清晰，或者代码逻辑过于混乱，这个时候你应该考虑的可能就不是注释，而是如何精简这个程序了。

2 数据结构

    数据结构是程序设计的基础。在设计程序之前，应该先考虑好所需要的数据结构。

前微软首席架构师Charles Simonyi：编程的第一步是想象。就是要在脑海中对来龙去脉有极为清晰的把握。在这个初始阶段，我会使用纸和铅笔。我只是信手涂鸦，并不写代码。

    我也许会画些方框或箭头，但基本上只是涂鸦，因为真正的想法在我脑海里。我喜欢想象那些有待维护的结构，那些结构代表着我想编码的真实世界。一旦这个结构考虑得相当严谨和明确，我便开始写代码。

    我会坐到终端前，或者换在以前的话，就会拿张白纸，开始写代码。这相当容易。我只要把头脑中的想法变换成代码写下来，我知道结果应该是什么样的。大部分代码会水到渠成，不过我维护的那些数据结构才是关键。我会先想好数据结构，并在整个编码过程中将它们牢记于心。

    开发过以太网和操作系统SDS 940的Butler Lampson：（程序员）最重要的素质是能够把问题的解决方案组织成容易操控的结构。

    开发CP/M操作系统的Gary.A：如果不能确认数据结构是正确的，我是决不会开始编码的。我会先画数据结构，然后花很长时间思考数据结构。在确定数据结构之后我就开始写一些小段的代码，并不断地改善和监测。在编码过程中进行测试可以确保所做的修改是局部的，并且如果有什么问题的话，能够马上发现。

    微软创始人比尔**·**盖茨：编写程序最重要的部分是设计数据结构。接下来重要的部分是分解各种代码块。

    编写世界上第一个电子表格软件的Dan Bricklin：在我看来，写程序最重要的部分是设计数据结构，此外，你还必须知道人机界面会是什么样的。

    我们举个例子来说明。在介绍防御性编程的时候，提到公司使用的LCD显示屏抗干扰能力一般，为了提高LCD的稳定性，需要定期读出LCD内部的关键寄存器值，然后跟存在Flash中的初始值相比较。需要读出的LCD寄存器有十多个，从每个寄存器读出的值也不尽相同，从1个到8个字节都有可能。如果不考虑数据结构，编写出的程序将会很冗长。

     我们分析这个过程，发现能提取出很多相同的元素，比如每次读LCD寄存器都需要该寄存器的命令号，都会经过读寄存器、判断值是否相同、处理异常情况这一过程。所以我们可以提取一些相同的元素，组织成数据结构，用统一的方法去处理这些数据，将数据与处理过程分开来。

    我们可以先提取相同的元素，将之组织成数据结构：

    这里lcd_command表示的是LCD寄存器命令号；lcd_get_value是一个数组，表示寄存器要初始化的值，这是因为对于一个LCD寄存器，可能要初始化多个字节，这是硬件特性决定的；lcd_value_num是指一个寄存器要多少个字节的初值，这是因为每一个寄存器的初值数目是不同的，我们用同一个方法处理数据时，是需要这个信息的。

    就本例而言，我们将要处理的数据都是事先固定的，所以定义好数据结构后，我们可以将这些数据组织成表格：

 /*LCD部分寄存器设置值列表*/   lcd_redu_list_struct const lcd_redu_list_str[]= {   {SSD1963_Get_Address_Mode,{0x20}                                   ,1}, /*1*/    {SSD1963_Get_Pll_Mn      ,{0x3b,0x02,0x04}                         ,3}, /*2*/    {SSD1963_Get_Pll_Status  ,{0x04}                                   ,1}, /*3*     {SSD1963_Get_Lcd_Mode    ,{0x24,0x20,0x01,0xdf,0x01,0x0f,0x00}     ,7}, /*4*/    {SSD1963_Get_Hori_Period ,{0x02,0x0c,0x00,0x2a,0x07,0x00,0x00,0x00},8}, /*5*/    {SSD1963_Get_Vert_Period ,{0x01,0x1d,0x00,0x0b,0x09,0x00,0x00}     ,7}, /*6*/    {SSD1963_Get_Power_Mode  ,{0x1c}                                   ,1}, /*7*/    {SSD1963_Get_Display_Mode,{0x03}                                   ,1}, /*8*/    {SSD1963_Get_Gpio_Conf   ,{0x0F,0x01}                              ,2}, /*9*/    {SSD1963_Get_Lshift_Freq ,{0x00,0xb8}                              ,2}, /*10*  };

    至此，我们就可以用一个处理过程来完成数十个LCD寄存器的读取、判断和异常处理了：

 /**  * lcd 显示冗余  * 每隔一段时间调用该程序一次  */   void lcd_redu(void)  
     uint8_t  tmp[8];     uint32_t i,j;     uint32_t lcd_init_flag;     lcd_init_flag =0;     for(i=0;i     {         LCD_SendCommand(lcd_redu_list_str[i].lcd_command);         uyDelay(10);         for(j=0;j         {             tmp[j]=LCD_ReadData();             if(tmp[j]!=lcd_redu_list_str[i].lcd_get_value[j])             {                 lcd_init_flag=0x55;                 //一些调试语句，打印出错的具体信息                 goto handle_lcd_init;             }         }     }     handle_lcd_init:     if(lcd_init_flag==0x55)     {         //重新初始化LCD           //一些必要的恢复措施       } }

    通过合理的数据结构，我们可以将数据和处理过程分开，LCD冗余判断过程可以用很简洁的代码来实现。更重要的是，将数据和处理过程分开更有利于代码的维护。

    比如，通过实验发现，我们还需要增加一个LCD寄存器的值进行判断，这时候只需要将新增加的寄存器信息按照数据结构格式，放到LCD寄存器设置值列表中的任意位置即可，不用增加任何处理代码即可实现！这仅仅是数据结构的优势之一，使用数据结构还能简化编程，使复杂过程变的简单，这个只有实际编程后才会有更深的理解。

3 阅读书目

    每年都有亿万计的C程序运行在单片机、ARM7、Cortex-M3这些微处理器上，但在这些处理器上如何编写优质高效的C程序，还要在看看相关书籍。 whaosoft aiot http://143ai.com 

3.1关于C语言特性

• Stephen Prata 著 云巅工作室 译 《C Primer Plus（第五版）中文版》

• Andrew Koenig 著 高巍 译 《C陷阱与缺陷》

• Peter Van Der Linden 著 徐波 译 《C专家编程》

• 陈正冲 编著 《C语言深度解剖》

3.2关于编译器

• 杜春雷 编著 《ARM体系结构与编程》

• Keil MDK 编译器帮助手册

3.3关于防御性编程

• MISRA-C-:2004 Guidelines for the use of the C language in criticalsystems

• Robert C.Seacord 著 徐波 译 《C安全编码标准》

3.4关于编程思想

• Pete Goodliffe 著 韩江、陈玉 译 《编程匠艺---编写卓越的代码》

• Susan Lammers 著 李琳骁、吴咏炜、张菁《编程大师访谈录》

三、了解电容器

电容器是怎么一回事 ? 它是如何装电的，又是如何放电的？怎么同法拉弟扯上关系了?

电容器是这么一回事......

它是一种装电的容器，是一种容纳电荷的器件。

 

任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器

绝缘介质不同，导体间距不同，其装电的本领不同的，这个我们后面再详细说。 

我们理解一下

电容器是如何装电又如何放电？

电容器充电示意图

电容器放电示意图

 

电容器装电的本领 — 静电容量

水桶装水的本领用容积表示，基本单位:立方米.

电容器装电的本领用静电容量表示，基本单位:法拉（F）.

1法拉的意思是给1V的电压，这个电容器能装1库仑（6.25×1018个电子）电荷！

在电容器这个领域1法拉太大了……！皮法、纳法和微法才是常用的单位。

1法拉(F)=103毫法(mF)=106微法(uF)=109纳法（nF）=1012皮法（pF）

"为什么用法拉做容量的单位？"

童鞋们总是很认真!

用“法拉”做容量的单位，是让世人缅怀那个名叫“法拉弟”的牛人在电学上无与伦比的牛逼贡献！

让我们看看他有多牛逼......

 

他的全名叫迈克尔·法拉第——Michael Faraday

他幼年时没有受过正规教育，因家里贫穷只读了两年小学．

牛逼的人都早早退学创业去了！

他22岁开始有幸做了当时科技大咖戴维的仆人，帮老师擦鞋，做实验，跟着这个牛逼的大师在欧洲各国混江湖！

有个牛逼的导师是你是否能牛逼的前提！

他27岁开始在大师戴维的指导下，做了一系列不仅仅是擦鞋的事儿，其中在研究合金钢时首创了金相分析方法，今天科技研究合金都用这个方法….

牛逼的人干啥都像样！

他30岁时，干了一件他自己觉得很牛逼的事，发明一个只要有电通过相关机件就会转动的装置，人类历史上第一台电动机,，装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。

但由于他没有先向当时的大牛逼导师戴维汇报就自行发表成果，大牛逼导师戴维表示很生气.他被认为不乖被打屁屁了，各门各派向他发出嘘声……

即使你已是个牛逼，但有大牛逼在场时，低调点！

在冷眼、诽谤甚至污辱中郁闷了很多年……, 他只能听服从安排去玩玻璃….，直到大牛逼戴维去世，才又做他喜欢做的事。

他40岁时，干了一件轰动江湖连当时各门各派的大咖们都觉得牛逼的大事，他用实验揭开了电磁感应定律，发明了圆盘发电机。

结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一个发电机，现代世界上产生电力的发电机就是从它开始的。

……..他还有很多牛逼的事儿，如最先提出电场概念和电场线概念的。在电化学方面精心试验，总结了两个电解定律，这两个定律均以他的名字命名，构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、电极、离子等…….

法位第的劳动成果如同太阳般无私而实在地给人类带来光明动力！

是从法拉第的发明成果开始，才有我们人类社会今天五彩缤纷的世界！

法拉第的贡献惠及每个人，把人类文明提高到空前高度，把文明进程提前几百年……！

用“法拉”做容量的单位，我们就是这样率真地缅怀这个名叫“法拉弟”的牛人！

关于电容器装电的本领——静电容量的大小可以通过公式C=Q/U进行测算，当然现在有很多专用的仪器可以直接测试出来了。

关键是，电容器装电的本领——静电容量，由电极板正对面积、电极板间距和两电极板间的介质种类三决定的，公式关系如下：

即是说，电容器的绝缘介质不同，电极板间距不同，电板板正对面积不同其装电的本领不同的.

还有一点很重要的是，电容器的绝缘介质当存在某方面的优点时总会在另一方面存在缺点。

据此，为提高电容器的装电能力，或适应不同的使用场合，工程师们各显神通，创造出各有五花八门各有特点电容器。

四、红外遥控编解码

红外遥控器原理介绍

    红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、 功耗低、 功能强、 成本低等特点， 因而， 继彩电、 录像机之后， 在录音机、 音响设备、 空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中， 在高压、 辐射、 有毒气体、 粉尘等环境下， 采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

    红外遥控系统：通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成， 应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作， 如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、 编码调制、 LED红外发送器；接收部分包括光、 电转换放大器、 解调、 解码电路。

红外的简单发射接收原理

    在发射端，输入信号经放大后送入红外发射管发射，在接收端，接收管收到红外信号后，由放大器放大处理后还原成信号，这就是红外的简单发射接收原理。

1、红外遥控系统结构

    红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收，如下图所示：

    红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。

    调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，载波波形如下图所示，这是由发射端所使用的455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

    目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。

    红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。

    如上图是LED的驱动最简单电路，选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。

    电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。

    上图所示的射极输出驱动电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。

2、一体化红外接收头

    红外信号收发系统的典型电路如上图所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。

    一体化红外接收头，如下图所示：

    红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。

    红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。

    红外发射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的PWM产生，家庭遥控推荐使用红外发射管(L5IR4-45)的可产生37.91KHz的PWM,PWM占空比设置为1/3,通过简单的定时中断开关PWM,即可产生发射波形。

红外编解码解析

1、编码格式

    现有的红外遥控包括两种方式：PWM（脉冲宽度调制）和PPM（脉冲位置调制）。

两种形式编码的代表分别为NEC 和PHILIPS 的RC-5、RC-6 以及将来的RC-7。

    PWM（脉冲宽度调制）：以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”。为了节省能量，一般情况下，发射红外载波的时间固定，通过改变不发射载波的时间来改变占空比。例如常用的电视遥控器，使用NEC upd6121，其“0”为载波发射0.56ms,不发射0.56ms；其“1”为载波发射0.56ms,不发射1.68ms；此外，为了解码的方便，还有引导码，upd6121 的引导码为载波发射9ms，不发射4.5ms。upd6121 总共的编码长度为108ms。

    但并不是所有的编码器都是如此，比如TOSHIBA 的TC9012，其引导码为载波发射4.5ms，不发射4.5ms，其“0”为载波发射0.52ms,不发射0.52ms,其“1”为载波发射0.52ms,不发射1.04ms。

    PPM（脉冲位置调制）：以发射载波的位置表示“0”和“1”。从发射载波到不发射载波为“0”，从不发射载波到发射载波为“1”。其发射载波和不发射载波的时间相同，都为0.68ms，也就是每位的时间是固定的。

    通过以上对编码的分析，可以得出以某种固定格式的“0”和“1”去学习红外，是很有可能不成功的。即市面上所宣传的可以学习64 位、128 位必然是不可靠的。

    另外，由于空调的状态远多于电视、音像，并且没有一个标准，所以各厂家都按自己的格式去做一个，造成差异更大。比如：美的的遥控器采用PWM 编码，码长120ms 左右；新科的遥控器也采用PWM 编码，码长500ms 左右。如此大的差异，如果按“位”的概念来讲，应该是多少位呢？64？128?显然都不可能包含如此长短不一的编码。

2、红外遥控编码格式

    红外遥控器的编码格式通常有两种格式：NEC 和RC5

    NEC 格式的特征：

• 使用38 kHz 载波频率

• 引导码间隔是9 ms + 4.5 ms

• 使用16 位客户代码

• 使用8 位数据代码和8 位取反的数据代码

    不过需要将波形反转一下才方便分析：

    NEC 协议通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制（英文简写PWM）。

    逻辑“0”是由0.56ms的38KHZ载波和0.560ms 的无载波间隔组成；逻辑“1”是由0.56ms 的38KHZ 载波和1.68ms 的无载波间隔组成；结束位是0.56ms 的38K 载波。

    下面实例是已知NEC类型遥控器所截获的波形：

    遥控器的识别码是Address=0xDD20;其中一个键值是Command=0x0E；

    注意：波形先是发低位地址再发高位地址。

    所以0000,0100,1011,1011 反转过来就是1101,1101,0010,000 十六进制的DD20；

    键值波形如下：

    也是要将0111,0000 反转成0000,1110得到十六进制的0E；另外注意8 位的键值代码是取反后再发一次的,如图0111,0000 取反后为1000,1111。最后一位是一个逻辑“1”。

    RC5 编码相对简单一些：同样由于取自红外接收头的波形需要反相一下波形以便于分析：

    反相后的波形：

    根据编码规则：

    得到一组数字：110， 11010， 001101根据编码定义：

    第一位是起始位S通常是逻辑1。

    第二位是场位F通常为逻辑1， 在RC5 扩展模式下它将最后6位命令代码扩充到7 位代码（高位MSB） ， 这样可以从64 个键值扩充到128 个键值。

    第三位是控制位C它在每按下了一个键后翻转， 这样就可以区分一个键到底是一直按着没松手还是松手后重复按。

    如图所示是同一按键重复按两次所得波形， 只有第三位是相反的逻辑， 其它的位逻辑都一样。

    其后是五个系统地址位:11010=1A， 最后是六个命令位:001101=0D。