单片机入门杂谈（二）：程序结构

mmxx2015 · 发表于 2023-5-7 15:36:24

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单片机入门杂谈（一）：调试器
https://www.mydigit.cn/thread-384952-1-1.html

本文所讲的东西旨在描述如何把想要实现的功能通过简单的方法在程序上实现，不一定符合大师们的各种规范，也不涉及高级编程手段，如C++编程、带系统编程。

可能很多人刚开始编写单片机程序的时候会这样：所有功能全部写在一个文件中；想要延时就用等待的delay()，甚至在中断中这么做；认为中断理所当然地的可靠，如定时器定时时间一定是那么多、外中断一定是真的是有效信号触发 ……

无论使用哪种编程手段，单片机的CPU同一时间只能做一件事，有些事看起来需要同时做，但实际上穿插做也没也没什么问题，比如要实现按下按键点亮一个LED、用NTC检测温度超过阈值点亮一个LED，这几件事似乎必须一刻不停地一件接着一件反复地做（最快就是这样了），但是，这几件事按一定的时间间隔去处理，结果是差不多的，比如每1mS采集一次温度、每10mS读取一次按键、每10mS更新一次LED显示。要实现按一定时间间隔处理各个事务，就要建立计时系统，可以以最短计时单位为基准累积得到其它时间单位，如最短计时单位=1mS，要得到10mS，累积10次1mS即可。

上述分时处理机制可以这样实现：

方案1：建立10个1mS分时处理分支

程序大致如下：

void main(void)
{
MCU_Init(); //初始化
while(1)
{
if(Timer_1mS_Flag) //1mS计时处理，定时器计时产生
{
Timer_1mS_Flag=0;
Clear_WDT(); //清看门狗
Diaplay_LED(); //LED显示输出
ADC_Process(); //ADC测温
switch(Main_Step) //1mS处理分支
{
case 0:
{
System_Timer(); //累积 10mS * N 得到10mS的N倍时间
break;
}
case 1:
{
Key_Scan(); //按键扫描
Key_Debounce(); //按键消抖
Key_Process(); //按键功能处理
break;
}
case 2:
{
Display_Update(); //更新LED显示缓冲区
break;
}
case 3:
{
//空闲
break;
}
case 4:
{
//空闲
break;
}
case 5:
{
//空闲
break;
}
case 6:
{
//空闲
break;
}
case 7:
{
//空闲
break;
}
case 8:
{
//空闲
break;
}
case 9:
{
//空闲
break;
}
}
Main_Step++; //1mS * 10 分支
if(Main_Step>=10)
{
Main_Step=0;
}
}
}
}

复制代码

这个方案的好处：
（1）可以方便按最短计时时间间隔处理事务，如有多个COM的LED显示，每1mS显示一个COM；
（2）屏蔽某个分支的程序不影响其它程序执行时间间隔，比如查错时把怀疑的分支屏蔽掉，其它程序程序的执行和屏蔽前一样。

这个方案的坏处：这个方案是基于每个分支的执行时间不超过最短计时单位1mS设计的，当某些分支的执行时间超过2mS/1mS，可能会导致整个(1mS*10)处理超时，比如分支0执行时间超过2mS、分支9执行时间超过1mS。

方案2：1mS分时处理分支 + 10mS分时处理分支

程序大致如下：

void main(void)
{
MCU_Init(); //初始化
while(1)
{
if(Timer_1mS_Flag) //1mS计时处理，定时器计时产生
{
Timer_1mS_Flag=0;
Clear_WDT(); //清看门狗
Diaplay_LED(); //LED显示输出
ADC_Process(); //ADC测温
}
if(Timer_10mS_Flag) //10mS计时处理，定时器计时产生
{
Timer_10mS_Flag=0;
System_Timer(); //累积 10mS * N 得到10mS的N倍时间
Key_Scan(); //按键扫描
Key_Debounce(); //按键消抖
Key_Process(); //按键功能处理
Display_Update(); //更新LED显示缓冲区
if(Timer_100mS_Flag) //100mS计时处理，累积 10mS得到
{
//100mS时间间隔处理事务
}
if(Timer_500mS_Flag) //500mS计时处理，累积 10mS得到
{
//500mS时间间隔处理事务
}
if(Timer_1S_Flag) //1S计时处理，累积 10mS得到
{
//1S时间间隔处理事务
}
}
}
}

复制代码

这个方案的好处：只要每循环总处理时间不超过10mS，基于10mS的计时偏差不超过10mS。

这个方案的坏处：如果10mS间隔处理时间超过1mS，1mS时间间隔就不准，需将1mS讲处理移到定时器中断中。

以前看过一个故事，说诺基亚的老总让攻城狮修改一个塞班系统功能，攻城狮查看代码后告诉他，找不到那段代码在哪里……

模块化编程在维护、移植、编写衍生程序时大大减少工作量，有时还能提高编译效率。

建议将程序分成3个功能层：
（1）接口层。实现与具体硬件功能，如定时器定时、通讯收发、显示输出，移植时修改这个模块。
（2）系统层。实现大部分程序都有的功能，如时基计时、按键消抖，移植时不用修改或很少修改这个模块。
（3）用户层。实现具体功能，如按下按键点亮一个LED，根据需求修改这个模块。