問題：單片機軟體模擬和實際運行速度不一樣？
- 2020 年 3 月 17 日
- 筆記
如圖，問題大概就是說初學單片機，用軟體模擬出來的程式，在開發板上運行的效果比模擬的快，晶振都是一樣的12M。還問到一個1T模式和12T模式的區別？
今天，我們就來說說這個問題，一看問出這樣的問題就知道學單片機沒幾天，還不算是入門吧，還走了軟體模擬的道路。
要說清這個問題，我們分幾步來慢慢叨叨。
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傳統單片機和增強單片機
傳統單片機，也就是之前的Atmel公司的51單片機，現在好多高校也都還在用的晶片，最有代表的晶片就是AT89S51/52單片機。這個單片機內部資源不多，不帶ADC/DAC ,不帶PWM，供電電壓範圍4.5V-5.2V，最主要的是運行速度的問題，12M的晶振頻率，但是執行最快的 一條指令也需要12個晶振周期才能完成，這也就是所謂的12分頻。這樣一來12M的晶振頻率，到了指令周期就只有1MHz。這也就是在12M晶振下，傳統51單片機的定時器每加1所需要的時間是1us（1MHz頻率對應的周期是1us），在計算定時器初值時的依據就是出自這裡啦。
所謂的增強型單片機，其實就是STC的51單片機，在STC最開始的晶片中，比如STC89C51，這些晶片和AT的晶片沒多少區別，運行速度和資源情況都差不多。到了STC12系列以後，STC公司連命名都改了，內部資源和運行速度都有了很大的提升，另一個很大的改動就是引腳的排列方式，之前的STC晶片的引腳排列都是兼容傳統的51單機的，到時STC12系列以後，引腳不再兼容傳統單片機，而是有了自己獨特的排列，特別是後續的STC15、STC8等系列單片機。
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1T和12T
1T和12T只有在STC12系列以後的單片機里才出現的。前面我們已經說到了，傳統的單片機其實就是12T單片機，也就是晶振頻率會被12分頻後才是指令運行的頻率。到時STC12系列以後的STC單片機出現1T模式，也就是有些指令的執行時只需要兩個晶振周期就能執行完。理論上來說，這樣的運行速度會比傳統單片機快6倍，為什麼加「理論」，因為不是所有的指令都快6倍，只是一部分，還有些是快4倍，快3倍的。具體的需要看STC官方數據手冊，如下圖。
仔細的小夥伴會看到在第5列的第一行里有個小括弧（採用STC-Y2 CPU內核指令集），STC12用的就是這個內核，而到了STC15系列晶片用的是STC-Y5內核，STC8系列用的是STC-Y6內核，Y後面的數字越大，指令優化的越厲害，表現出來的就是運行的更快，STC-Y5內核的指令集里，大部分的彙編指令到時一個晶振周期就執行完成的了，也就是比傳統單片機快12倍。
現在我在做單片機開發的時候，絕大部分都是採用的C語言開發，你還在用彙編，那我只能是膜拜你了。C語言編程的程式方便移植，好理解，容易入門，不需要去記住那些複雜的暫存器，但是確定也明顯，就是效率不高，運行速度我們沒辦法準確的計算出來。編譯器在把C語言程式碼轉化為彙編語言的過程我們是沒法控制的，這樣編譯出來的機器程式碼我們就沒辦法去計算時間的指令運行時間。
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軟體模擬和實際開發板
模擬軟體，外國老表開發的，STC國產（好吧，內核還是人家的）。不知道什麼原因，我們不知道，也不敢問，在模擬軟體里就是沒有STC的單片機晶片可以選擇，沒有STC的單片機，我們只能選擇傳統51單片機，這樣一來，模擬的時候，程式運行的速度是傳統的12T模式，也就是晶振頻率12分頻後才是執行的實際頻率。
單片機開發板運行時，因為提問小夥伴用的單片機是STC12系列的晶片，就算他運行在12T模式下，指令系統還是有優化，速度肯定比傳統的指令集要快。更何況呢，他連1T和12T都分不清，運行在1T模式下也是有可能的，所以，今天的問題就來了。實際開發板運行速度肯定會比軟體模擬快。
寫在最後
在很久之前，我就寫過一篇文字，就說了不建議初學單片機的菜鳥從軟體模擬開始。現在還有多少高校的單片機課程還在是以模擬運行的呢，希望是沒有了，但我想，僅僅是我想想。
其實，小代覺得，學單片機的最終是要自己設計屬於自己的東西，比如自己的畢設，更或是親手做一個小禮物俘獲女神的芳心。但是自己寫的程式碼永遠都運行在軟體里，沒有實際電路，你又怎麼可能會自己設計電路呢。你不自己看見過電阻，又怎麼可能會知道一個長得很像電阻的電子元件它其實是二極體。
最最後，回到今天的問題上，當我們把軟體模擬運行完美的程式碼移植到實際開發板上運行時，程式碼是需要做單片機的適配的，比如，採用程式碼方式實現的延時函數，比如IO埠的配置，比如某些中斷的入口，比如某些暫存器的定義等等。在移植之前，還是得拿目標晶片的數據手冊來看看。
