一个灵魂提问：单片机有什么用？

[导读]uC/OS是个什么鬼？在一些朋友的留言和大神的文章中多次提到了uC/OS，相信很多朋友看到之后都是蒙B的 “这是个什么鬼？”。uC/OS （Micro Control Operation System）翻译过来就是微控制器操作系统，最初版本是在1992年发布，现在已经发展到uC/OS III 了。

1. uC/OS 是个什么鬼？

在一些朋友的留言和大神的文章中多次提到了 uC/OS，相信很多朋友看到之后都是蒙B的 “这是个什么鬼？”。uC/OS （Micro Control Operation System）翻译过来就是微控制器操作系统，最初版本是在1992年发布，现在已经发展到uC/OS III 了。

嗯，那它有什么用呢？

接触过单片机或编程的朋友一定知道 main() 函数，mian() 又叫主函数或者入口函数，顾名思义就是程序开始执行的地方（其实这是不严谨的，但是为了照顾小白可以这样简单的理解），而一般的裸机程序只有一个main()，从程序的开头到结尾跑一次就完了，而为了让程序能不停的跑往往会在main() 中加一个while(true) 让其不断的循环。uC/OS因为其处理方式理论上可以模拟无数个 "main() 函数"（任务），让这些任务并发运行，就像在一个单片机中有多个main() 函数一样，让原本单线程的单片机能有多线程的效果。

那 uC/OS 是变出无限个main函数呢，答案就是时钟节拍，时钟节拍就是系统以固定的频率产生中断（时基中断），并在中断中处理与时间相关的事件，推动所有任务向前运行。简单的来说就是高频率的切换任务来实现类似多线程的效果，这个时钟节拍是可调的，频率越快越浪费cpu，相应的在多个任务间切换的速度也就越快。

那么什么是中断呢？

从本质上来讲，中断是一种电信号的变化，当设备有某种事件发生时（产生电平变化），它就会产生中断，通过总线把电信号发送给中断控制器。如果中断的线是激活的，中断控制器就把电信号发送给处理器的某个特定引脚。处理器于是立即停止自己正在做的事，跳到中断处理程序的入口点，进行中断处理。（就好比小明现在正在看我写的这篇文章，突然有快递来敲门他就会先放下手机去取快递然后回来接着看，既拿了快递又读了文章）如上图所示电信号从低电平跳转高电平的中断称之为上升沿中断，反之称之为下降沿中断。

因为篇幅的限制以上只是简单的介绍了一下uC/OS，当然它还有很多其它的优点，例如内存分配，任务消息队列，等等。这些都是这个系统多年迭代累积下来的“车轮”，如果感兴趣的朋友可以深入的了解一下。

uC/OS固然是好，但是真的有必要什么都用 uC/OS么？我看未必，杀鸡何用宰牛刀。以下引用一位知友的留言：

“2以前没学过操作系统，用单片机裸机写程序。有一次做一个功能特别复杂的东西，发现中断都快用完了，并且用中断有些地方实现的特别勉强，冗余，复杂。当时根本就不知道有多任务，也以那时的知识根本想不到如何优化。如果当时学过操作系统，用过ucos，这个问题就很好解决了。不信，你看能不能用裸机实现一个简单的平板电脑。

6以后想去大公司，做平板，做手机，不会嵌入式linux估计不行吧，这个依旧包括了上述所有知识。”（这位朋友表达的意思我懂，在此只是引用这一段话，只是引用！）

（此段纯吐槽）可能是现在中国手机行业很赚钱。是个大一点的公司就要做平板，做手机，大公司都需要这样的人才，一窝蜂的往里钻。虽然arm理论上也算是单片机的一种，但是我更喜欢将其归入微处理器的行列，做手机做平板要是我肯定不会选stm32上uC/OS来做。如果是为了好找工作，为了做手机那还是学嵌入式linux比较靠谱。我是学自动化的，在我的感觉里单片机（stm32，avr，飞思卡尔，51等等）这类是属于微控器，最适合的就是用来做控制的，不是为了做手机而生的。

和做人一样首先要清楚自己的定位，清楚自己能干什么，不能干什么。汽车芯片，3d打印机，数控机床，手环，液晶显示器，四轴，录像机，洗衣机，玩具，飞机仪表板等等等等，都有单片机的用武之地，我给它的定位就是简单重复高效的控制器。有朋友留言说 “一句话想赚钱不要学这个。” 我只能引用这样一句话 “中国不是实体经济不行了,而是你的实体经济不行了。”

2. 那你解释一下运放虚短的原理简单讲就好

运算放大器 MIT的 Anant Agarwal 教授讲的很好建议你去看看（其实网易公开课上有很多资源，都没人看）

什么是运算放大器？

运算放大器是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。（简单的理解就是通过这个原件能实现输入信号的数学运算）

正好我用一个实际的例子来讲，下图是我之前用来驱动激光的一个原理图，看似很复杂不用怕，一步一步来。首先要知道这个电路是干什么用的，我上学的时候就是老师自己陶醉的在台上讲，也不告诉你学了知识能干啥，最后学的都是一头雾水，一脸茫然（又吐槽了）。为了保持激光稳定的工作，通过激光二极管的电流必须是恒定的，这个时候就需要横流驱动。

LASER1+和LASER-之间接的就是要求横流1A工作的激光二极管。如果电路看起来复杂图中所有电容均可以理解为滤波作用。为了理解虚短，虚段我们将其都去掉，是不是看起来简单了一些

LASER-下方是一个mos管，简单的理解成一个特殊开关，它的1端口可以控制2->3的是否导通，并分去多余的电压。R8是0.03欧姆的采样电阻，为了实现1A横流R8a上方电压要为0.03v（I=U/R），那么运放端口6为0.03v。ok 这里我们先学习一下

虚短（虚短指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位【这里2，3，5，6都是输入端】，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为“虚短”。由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电压是有限的。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。）

虚断（由于运放的差模输入电阻很大。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。）

因为虚断（5，6）为开路，没有电流由6经过R8a到GND。

因为虚短所以（5，6）端口电压相等均为0.03v，由于R7a，R7b串联可得到端口1的电压

(V1-V5)/R7a=V5/R7b --------> V1=(V5/R7b)*R7a+V5=0.33v

因为虚短所以（1，2，3）端口电压相等，所以只要用单片机控制3端口的电压为0.33v，激光器就能稳定在1A工作。

自己焊的原理板如图，中间的小长方块就是运放。

控制激光稳定输出！

注意以上所有推导能成立均建立在运放是线性工作的状态，至于运放什么时候是线性，如何在非线性条件下让运放线性工作，Anant Agarwal 教授都讲的很清楚了。

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