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標(biāo)題: 新手必看--單片機(jī)裸奔程序的框架（一） [打印本頁]

作者: edu118gct 時(shí)間: 2014-8-13 10:52
標(biāo)題: 新手必看--單片機(jī)裸奔程序的框架（一）

從07年參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽初次接觸單片機(jī)開發(fā)至今已經(jīng)有4年了，初學(xué)單

片機(jī)時(shí)，都會(huì)糾結(jié)于其各個(gè)模塊功能的應(yīng)用，如串口（232，485）對(duì)各種功能IC的

控制,電機(jī)控制PWM，中斷應(yīng)用，定時(shí)器應(yīng)用，人機(jī)界面應(yīng)用，CAN總線等. 這是一個(gè)

學(xué)習(xí)過程中必需的階段，是基本功。很慶幸，在參加電子設(shè)計(jì)大賽賽前學(xué)習(xí)時(shí)，MCU

周圍的控制都訓(xùn)練的很扎實(shí)。經(jīng)過這個(gè)階段后，后來接觸不同的MCU就會(huì)發(fā)現(xiàn)，都大

同小異，各有各的優(yōu)勢(shì)而已，學(xué)任何一種新的MCU都很容易入手包括一些復(fù)雜的處理

器。而且對(duì)MCU的編程控制會(huì)提升一個(gè)高度概況——就是對(duì)各種外圍進(jìn)行控制(如果

是對(duì)復(fù)雜算法的運(yùn)算就會(huì)
用DSP了），而外圍與MCU的通信方式一般也就幾種時(shí)序：IIC,SPI,intel8080,M6800

。這樣看來MCU周圍的編程就是一個(gè)很簡(jiǎn)單的東西了。
   然而這只是嵌入式開發(fā)中的一點(diǎn)皮毛而已，在接觸過多種MCU,接觸過復(fù)雜設(shè)

計(jì)要求，跑過操作系統(tǒng)等等后，我們?cè)诨氐絾纹瑱C(jī)的裸機(jī)開發(fā)時(shí)，就不知不覺的就

會(huì)考慮到整個(gè)程序設(shè)計(jì)的架構(gòu)問題；一個(gè)好的程序架構(gòu)，是一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工程師和

一個(gè)初學(xué)者的分水嶺。
以下是我對(duì)單片機(jī)程序框架以及開發(fā)中一些常用部分的認(rèn)識(shí)總結(jié)：
任何對(duì)時(shí)間要求苛刻的需求都是我們的敵人，在必要的時(shí)候我們只有增加硬件成本

來消滅它；比如你要8個(gè)數(shù)碼管來顯示，我們?cè)跊]有相關(guān)的硬件支持的時(shí)候必須用

MCU以動(dòng)態(tài)掃描的方式來使其工作良好；而動(dòng)態(tài)掃描將或多或少的阻止了MCU處理其

他的事情。在MCU負(fù)擔(dān)很重的場(chǎng)合，我會(huì)選擇選用一個(gè)類似max8279外圍ic來解決這

個(gè)困擾；
然而慶幸的是，有著許多不是對(duì)時(shí)間要求苛刻的事情：
例如鍵盤的掃描，人們敲擊鍵盤的速率是有限的，我們無需實(shí)時(shí)掃描著鍵盤，甚至

可以每隔幾十ms才去掃描一下；然而這個(gè)幾十ms的間隔，我們的MCU還可以完成許多

的事情；
單片機(jī)雖然是裸機(jī)奔跑，但是往往現(xiàn)實(shí)的需要決定了我們必須跑出操作系統(tǒng)的姿態(tài)

——多任務(wù)程序；
比如一個(gè)常用的情況有4個(gè)任務(wù)：
1    鍵盤掃描；
2    led數(shù)碼管顯示；
3    串口數(shù)據(jù)需要接受和處理;
4    串口需要發(fā)送數(shù)據(jù)；
如何來構(gòu)架這個(gè)單片機(jī)的程序?qū)⑹俏覀兊闹攸c(diǎn)；

讀書時(shí)代的我會(huì)把鍵盤掃描用查詢的方式放在主循環(huán)中，而串口接收數(shù)據(jù)用中斷，

在中斷服務(wù)函數(shù)中組成相應(yīng)的幀格式后置位相應(yīng)的標(biāo)志位，在主函數(shù)的循環(huán)中進(jìn)行

數(shù)據(jù)的處理，串口發(fā)送數(shù)據(jù)以及l(fā)ed的顯示也放在主循環(huán)中；

這樣整個(gè)程序就以標(biāo)志變量的通信方式，相互配合的在主循環(huán)和后臺(tái)中斷中執(zhí)行；
然而必須指出其不妥之處：
每個(gè)任務(wù)的時(shí)間片可能過長，這將導(dǎo)致程序的實(shí)時(shí)性能差。如果以這樣的方式在多

加幾個(gè)任務(wù)，使得一個(gè)循環(huán)的時(shí)間過長，可能鍵盤掃描將很不靈敏。所以若要建立

一個(gè)良好的通用編程模型，我們必須想辦法，消去每個(gè)任務(wù)中費(fèi)時(shí)間的部分以及把

每個(gè)任務(wù)再次分解；下面來細(xì)談每個(gè)任務(wù)的具體措施：
1 鍵盤掃描
鍵盤掃描是單片機(jī)的常用函數(shù)，以下指出常用的鍵盤掃描程序中，嚴(yán)重阻礙系統(tǒng)實(shí)

時(shí)性能的地方；
眾所周知，一個(gè)鍵按下之后的波形是這樣的（假定低有效）：
在有鍵按下后，數(shù)據(jù)線上的信號(hào)出現(xiàn)一段時(shí)間的抖動(dòng)，然后為低，然后當(dāng)按鍵釋放

時(shí)，信號(hào)抖動(dòng)一段時(shí)間后變高。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)線為低或者為高的過程中，都有可能

出現(xiàn)一些很窄的干擾信號(hào)。
unsigned char kbscan(void)
{
unsigned char sccode,recode;
P2=0xf8;
if ((P2&0xf8)!=0xf8)
{
      delay(100); //延時(shí)20ms去抖--------這里太費(fèi)時(shí)了，很糟糕

      if((P2&0xf8)!=0xf8)
{
         sccode=0xfe;
         while((sccode&0x08)!=0)
         {
               P2=sccode;
            if ((P2&0xf8)!=0xf8)
  break;
            sccode=(sccode<<1)|0x01;
                                                      }
            recode=(P2&0xf8)|0x0f;
            return(sccode&recode);
                                    }
}
return (KEY_NONE);
}
鍵盤掃描是需要軟件去抖的，這沒有爭(zhēng)議，然而該函數(shù)中用軟件延時(shí)來去抖（ms級(jí)

別的延時(shí)），這是一個(gè)維持系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能的一個(gè)大忌諱；
一般還有一個(gè)判斷按鍵釋放的代碼：
While( kbscan() != KEY_NONE)
; //死循環(huán)等待
這樣很糟糕，如果把鍵盤按下一直不放，這將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)其它的任務(wù)也不能執(zhí)行

，這將是個(gè)很嚴(yán)重的bug。
有人會(huì)這樣進(jìn)行處理：
While(kbsan() != KEY_NONE )
{
Delay(10);
If(Num++ > 10)
      Break;
}
即在一定得時(shí)間內(nèi)，如果鍵盤一直按下，將作為有效鍵處理。這樣雖然不導(dǎo)致整個(gè)

系統(tǒng)其它任務(wù)不能運(yùn)行，但也很大程度上，削弱了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，因?yàn)樗昧搜?br />
時(shí)函數(shù)；

我們用兩種有效的方法來解決此問題：
1 在按鍵功能比較簡(jiǎn)單的情況下，我們?nèi)匀挥蒙厦娴膋bscan()函數(shù)進(jìn)行掃描，只是

把其中去抖用的軟件延時(shí)去了，把去抖以及判斷按鍵的釋放用一個(gè)函數(shù)來處理，它

不用軟件延時(shí)，而是用定時(shí)器的計(jì)時(shí)（用一般的計(jì)時(shí)也行）來完成；代碼如下
void ClearKeyFlag(void)
{
KeyDebounceFlg  = 0;
KeyReleaseFlg = 0;
}

void ScanKey(void)
{
      ++KeyDebounceCnt;//去抖計(jì)時(shí)（這個(gè)計(jì)時(shí)也可以放在后臺(tái)定時(shí)器計(jì)時(shí)函數(shù)

中處理）
      KeyCode = kbscan();
      if (KeyCode != KEY_NONE)
      {
         if (KeyDebounceFlg)//進(jìn)入去抖狀態(tài)的標(biāo)志位
         {
            if (KeyDebounceCnt > DEBOUNCE_TIME)//大于了去抖規(guī)定的時(shí)間
            {
                  if (KeyCode == KeyOldCode)//按鍵依然存在，則返回鍵值
                  {
                     KeyDebounceFlg  = 0;
                     KeyReleaseFlg = 1;//釋放標(biāo)志
                     return;                      //Here exit with

keycode
                  }
                  ClearKeyFlag(); //KeyCode != KeyOldCode，只是抖動(dòng)而

已
            }
         }else{
            if (KeyReleaseFlg == 0)
            {
                  KeyOldCode    = KeyCode;
                  KeyDebounceFlg  = 1;
                  KeyDebounceCnt  = 0;
            }else{
                  if (KeyCode != KeyOldCode)
                     ClearKeyFlag();
            }
         }
      }else{
         ClearKeyFlag();//沒有按鍵則清零標(biāo)志
      }
KeyCode = KEY_NONE;
}

在按鍵情況較復(fù)雜的情況，如有長按鍵，組合鍵，連鍵等一些復(fù)雜功能的按鍵時(shí)候

，我們跟傾向于用狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)鍵盤的掃描；
//avr 單片機(jī) 中4*3掃描狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)
char read_keyboard_FUN2()
{
static char key_state = 0, key_value, key_line,key_time;
char key_return = No_key,i;
switch (key_state)
{
case 0: //最初的狀態(tài)，進(jìn)行3*4的鍵盤掃描
      key_line = 0b00001000;
      for (i=1; i<=4; i++) // 掃描鍵盤
      {
         PORTD = ~key_line; // 輸出行線電平
         PORTD = ~key_line; // 必須送2次�。。。ㄗ�1）
         key_value = Key_mask & PIND; // 讀列電平
         if (key_value == Key_mask)
               key_line <<= 1; // 沒有按鍵，繼續(xù)掃描
         else
         {
            key_state++; // 有按鍵，停止掃描
               break; // 轉(zhuǎn)消抖確認(rèn)狀態(tài)
         }
      }
break;
case 1: //此狀態(tài)來判斷按鍵是不是抖動(dòng)引起的
      if (key_value == (Key_mask & PIND)) // 再次讀列電平，
      {
         key_state++; // 轉(zhuǎn)入等待按鍵釋放狀態(tài)
         key_time=0;
      }
      else
         key_state--; // 兩次列電平不同返回狀態(tài)0，（消抖處理）
break;
case 2: // 等待按鍵釋放狀態(tài)
      PORTD = 0b00000111; // 行線全部輸出低電平
      PORTD = 0b00000111; // 重復(fù)送一次
      if ( (Key_mask & PIND) == Key_mask)
      {
         key_state=0; // 列線全部為高電平返回狀態(tài)0
         key_return=  (key_line | key_value);//獲得了鍵值
      }
      else if(++key_time>=100)//如果長時(shí)間沒有釋放
      {
            key_time=0;
            key_state=3;//進(jìn)入連鍵狀態(tài)
            key_return= (key_line | key_value);
      }
break;
case 3://對(duì)于連鍵，每隔50ms就得到一次鍵值，windows xp 系統(tǒng)就是這樣做

的
      PORTD = 0b00000111; // 行線全部輸出低電平
      PORTD = 0b00000111; // 重復(fù)送一次
      if ( (Key_mask & PIND) == Key_mask)
         key_state=0; // 列線全部為高電平返回狀態(tài)0
      else if(++key_time>=5)    //每隔50MS為一次連擊的按鍵
      {
            key_time=0;
            key_return= (key_line | key_value);
      }
break;
}
return key_return;
}

以上用了4個(gè)狀態(tài)，一般的鍵盤掃描只用前面3個(gè)狀態(tài)就可以了，后面一個(gè)狀態(tài)是為

增加“連鍵”功能設(shè)計(jì)的。連鍵——即如果按下某個(gè)鍵不放，則迅速的多次響應(yīng)該

鍵值，直到其釋放。在主循環(huán)中每隔10ms讓該鍵盤掃描函數(shù)執(zhí)行一次即可；我們定

其時(shí)限為10ms,當(dāng)然要求并不嚴(yán)格。（轉(zhuǎn)載）深圳單片機(jī)實(shí)訓(xùn)聯(lián)系郭老師Q754634522

作者: h2o1 時(shí)間: 2014-8-22 21:06
學(xué)習(xí)了。。。。。。

作者: zhouayao 時(shí)間: 2014-8-24 14:12
頂一下

作者: edu118gct 時(shí)間: 2014-8-26 10:44

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