單片機(jī)的裸奔程序的框架

1、大家來侃侃單片機(jī)的裸奔程序的框架呀！以下是我總結(jié)的一些東西，不合乎之處來請(qǐng)大家指點(diǎn)呀，本人第二次在21ic發(fā)帖，希望大家鼓勵(lì)鼓勵(lì)呀！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)大賽賽前培訓(xùn)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

2、。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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、(100);   /延時(shí)20ms去抖-這里太費(fèi)時(shí)了，很糟糕                     if(P2&0xf8)!=0xf8)                         sccode=0xfe;       

8、;                     while(sccode&0x08)!=0)                                           

9、0;                      P2=sccode;                                   if (P2&0xf8)!=0xf8)    

10、60;       break;                sccode=(sccode<<1)|0x01;                                    &#

11、160;                                    recode=(P2&0xf8)|0x0f;               return(sccode&recode);    

12、0;                                              return (KEY_NONE);鍵盤掃描是需要軟件去抖的，這沒有爭議，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( kbsc

13、an() != 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昧搜訒r(shí)函數(shù)；我們用兩種有效的方法來解決此問

14、題：1 在按鍵功能比較簡單的情況下，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)

15、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        

16、0;                   if (KeyDebounceCnt > DEBOUNCE_TIME)/大于了去抖規(guī)定的時(shí)間                                    if (KeyCode =

17、KeyOldCode)/按鍵依然存在，則返回鍵值                                            KeyDebounceFlg  = 0;            

18、            KeyReleaseFlg   = 1;/釋放標(biāo)志                        return;                       

19、0; /Here exit with keycode                                        ClearKeyFlag();   /KeyCode != KeyOldCode，只是抖動(dòng)而已        

20、0;                   else                if (KeyReleaseFlg = 0)                              &#

21、160;     KeyOldCode      = KeyCode;                    KeyDebounceFlg  = 1;                    KeyDebounceCnt&

22、#160; = 0;                else                    if (KeyCode != KeyOldCode)                       &

23、#160;ClearKeyFlag();                                    else            ClearKeyFlag();/沒有按鍵則清零標(biāo)志         

24、;   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)       &#

25、160; 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     

26、60;      PORTD = key_line; / 必須送2次?。ㄗ?）             key_value = Key_mask & PIND; / 讀列電平              if (key_value = Key_mask)                

27、0; key_line <<= 1; / 沒有按鍵，繼續(xù)掃描             else                              key_state+; / 有按鍵，停止掃描              

28、   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，       &#

29、160;             key_state+; / 轉(zhuǎn)入等待按鍵釋放狀態(tài)             key_time=0;                 else             key_state-; / 兩次

30、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)    &#

31、160;                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_tim

32、e>=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= (k

33、ey_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   &#

34、160;     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          

35、0;             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

36、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。2          數(shù)碼管的顯示一般情況下我們用的八位一體的數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)掃描的方法來完成顯示；非常慶幸人眼在高于50hz以上的閃爍時(shí)發(fā)現(xiàn)不了的。所以我們?cè)趧?dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的間隔時(shí)間是充裕的。這里我們定其時(shí)限為4ms(250HZ) ，用定時(shí)器定時(shí)為2ms,在定時(shí)中斷程序中進(jìn)行掃描的顯示，每次只顯示其中的一

37、位；當(dāng)然時(shí)限也可以弄長一些，更推薦的方法是把顯示函數(shù)放入主循環(huán)中，而定時(shí)中斷中置位相應(yīng)的標(biāo)志位即可；/ Timer 0 比較匹配中斷服務(wù),4ms定時(shí) interrupt TIM0_COMP void timer0_comp_isr(void)     display(); / 調(diào)用LED掃描顯示    void display(void) / 8位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描函數(shù) PORTC = 0xff; / 這里把段選都關(guān)閉是很必要的，否則數(shù)碼管會(huì)產(chǎn)生拖影PORTA = led_7dis_buffposit; PORTC = positionposit; i

38、f (+posit >=8 )     posit = 0; 3          串口接收數(shù)據(jù)幀串口接收時(shí)用中斷方式的，這無可厚非。但如果你試圖在中斷服務(wù)程序中完成一幀數(shù)據(jù)的接收就麻煩大了。永遠(yuǎn)記住，中斷服務(wù)函數(shù)越短越好，否則影響這個(gè)程序的實(shí)時(shí)性能。一個(gè)數(shù)據(jù)幀一般包括若干個(gè)字節(jié)，我們需要判斷一幀是否完成，校驗(yàn)是否正確。在這個(gè)過程中我們不能用軟件延時(shí)，更不能用死循環(huán)等待等方式；所以我們?cè)诖诮邮罩袛嗪瘮?shù)中，只是把數(shù)據(jù)放置于一個(gè)緩沖隊(duì)列中。至于組成幀，以及檢查幀的工作我們?cè)谥餮h(huán)中解決，并且每次循環(huán)中我們只處理

39、一個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的處理間隔的彈性比較大，因?yàn)槲覀円呀?jīng)緩存在了隊(duì)列里面。/*=功能：串口發(fā)送接收的時(shí)間事件說明：放在大循環(huán)中每10ms一次輸出：none輸入：none=*/void UARTimeEvent(void)    if (TxTimer != 0)/發(fā)送需要等待的時(shí)間遞減        -TxTimer;    if (+RxTimer > RX_FRAME_RESET)  /        R

40、xCnt = 0;  /如果接受超時(shí)（即不完整的幀或者接收一幀完成），把接收的不完整幀覆蓋/*=功能：串口接收中斷說明：接收一個(gè)數(shù)據(jù)，存入緩存輸出：none輸入：none=*/interrupt USART_RXC void uart_rx_isr(void)    INT8U status,data;    status  = UCSRA;    data    = UDR;    if (status & (FRAMING_ERROR | PA

41、RITY_ERROR | DATA_OVERRUN)=0)        RxBufRxBufWrIdx   = data;        if (+RxBufWrIdx = RX_BUFFER_SIZE) /接收數(shù)據(jù)于緩沖中            RxBufWrIdx  = 0；        &

42、#160; if (+RxBufCnt = RX_BUFFER_SIZE)            RxBufCnt    = 0;            /RxBufferOvf=1;            /*=功能：串口接收數(shù)據(jù)幀說明：當(dāng)非0輸出時(shí)，收到一幀數(shù)據(jù)      放在大循環(huán)中

43、執(zhí)行輸出：=0:沒有數(shù)據(jù)幀      !=0:數(shù)據(jù)幀命令字輸入：none=*/INT8U ChkRxFrame(void)    INT8U   dat;    INT8U   cnt;    INT8U   sum;    INT8U   ret;    ret =   RX_NULL;    if (RxBufCnt != 0)

44、60;       RxTimer = 0; /清接收計(jì)數(shù)時(shí)間，UARTimeEvent()中對(duì)于接收超時(shí)做了放棄整幀數(shù)據(jù)的處理        /Display();        cnt = RxCnt;        dat = RxBufRxBufRdIdx;            

45、/ Get Char        if (+RxBufRdIdx = RX_BUFFER_SIZE)             RxBufRdIdx = 0;        Cli();        -RxBufCnt;        Sei();   &#

46、160;    FrameBufcnt+ = dat;        if (cnt >= FRAME_LEN)/ 組成一幀                    sum = 0;            for (cnt = 0;cnt < (FRAME_LEN - 1);cn

47、t+)                sum+= FrameBufcnt;            if (sum = dat)                ret = FrameBuf0;            cnt = 0; 

48、;               RxCnt = cnt;        return ret;以上的代碼ChkRxFrame()可以放于串口接收數(shù)據(jù)處理函數(shù)RxProcess() 中，然后放入主循環(huán)中執(zhí)行即可。以上用一個(gè)計(jì)時(shí)變量RxTimer，很微妙的解決了接收幀超時(shí)的放棄幀處理，它沒有用任何等待，而且主循環(huán)中每次只是接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，時(shí)間很短。我們開始架構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)的框架：我們選用一個(gè)系統(tǒng)不常用的TIMER來產(chǎn)生系統(tǒng)所需的系統(tǒng)基準(zhǔn)節(jié)拍，這里我們選

49、用4ms；在meg8中我們代碼如下：/ Timer 0 overflow interrupt service routineinterrupt TIM0_OVF void timer0_ovf_isr(void)    / Reinitialize Timer 0 value    TCNT0=0x83;    / Place your code here    if (+Time1ms & 0x03) = 0)        TimeIntFlg

50、 = 1;然后我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)TimeEvent()函數(shù)，來調(diào)用一些在以指定的頻率需要循環(huán)調(diào)用的函數(shù)，比如每個(gè)4ms我們就進(jìn)行喂狗以及數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，每隔1s我們就調(diào)用led閃爍程序，每隔20ms我們進(jìn)行鍵盤掃描程序；void TimeEvent (void)    if (TimeIntFlg)        TimeIntFlg = 0;        ClearWatchDog();        display(); / 在4ms事件中，調(diào)用LED掃描顯示，以及喂狗        if (+Time4ms > 5)            Time4ms = 0;            TimeEvent20ms()；/在20ms事件中，我們處理鍵盤掃描read_keyboard_FUN2()