單片機程序設(shè)計中運用事件驅(qū)動機制

1、單片機程序設(shè)計中運用事件驅(qū)動機制摘要：通過實例說明將事件驅(qū)動機制應(yīng)用到單片機程序中，使中斷響應(yīng)與處理程序分離，可較理想地用硬件定時代替處理程序中的軟件定時，從而大幅提高系統(tǒng)對多中斷的實時響應(yīng)能力，降低多中斷系統(tǒng)調(diào)試的難度。關(guān)鍵詞：事件驅(qū)動單片機程序設(shè)計實時響應(yīng)1傳統(tǒng)單片機程序開發(fā)的不足在傳統(tǒng)的單片機程序中，通常是以“過程”和“操作”為中心的結(jié)構(gòu)，程序按規(guī)定的過程順序地執(zhí)行，與外設(shè)的連接一般采用中斷方式，在中斷服務(wù)程序中完成外設(shè)的全部處理工作，主程序一般是初始化系統(tǒng)并等待中斷的發(fā)生。這種結(jié)構(gòu)成熟、易于理解，但有如下不足：（1）受單片機性能的限制，容易造成系統(tǒng)對其它中斷的響應(yīng)變得遲緩，特別是對于中

2、斷源較多、中斷處理耗時較多的系統(tǒng)（如：LED顯示、鍵盤掃描等）；（2）中斷服務(wù)程序過長，在中斷服務(wù)期間系統(tǒng)無法響應(yīng)同級的中斷；（3）可能導(dǎo)致代碼重入，增大堆棧開銷，造成難以預(yù)料的結(jié)果；（4）程序調(diào)試時，花在各模塊定時協(xié)調(diào)方面的時間、精力隨系統(tǒng)的復(fù)雜程序大幅增加。如果在編寫單片機程序時，引入Windows程序中的事件驅(qū)動機制，把中斷響應(yīng)與事件處理程序分離，中斷服務(wù)程序的任務(wù)只是產(chǎn)生一個中斷發(fā)生的標(biāo)志，而事件處理則由處理程序來完成，主程序則負(fù)責(zé)判斷標(biāo)志和調(diào)度處理程序。這樣，可大幅縮短中斷服務(wù)程序的長度，減少斷服務(wù)程序的耗時，提高系統(tǒng)對多中斷的響應(yīng)能力，從而較好地解決上述矛盾。2Windows的事件

3、驅(qū)動機制在Windosw系統(tǒng)中，程序的設(shè)計圍繞事件驅(qū)動來進行。當(dāng)對象有相關(guān)的事件發(fā)生時（如按下鼠標(biāo)鍵），對象產(chǎn)生一條特定的標(biāo)識事件發(fā)生的消息，消息被送入消息隊列，或不進入隊列而直接發(fā)送給處理對象，主程序負(fù)責(zé)組織消息隊列，將消息發(fā)送給相應(yīng)的處理程序，使相應(yīng)的處理程序執(zhí)行相應(yīng)的動作，做完相應(yīng)的處理后將控制權(quán)交還給主程序。在這種機制中，對象的請求僅僅是向隊列中添加相應(yīng)的消息，耗時的處理則被分離給處理函數(shù)。這種結(jié)構(gòu)的程序中各功能模塊界限分明，便于擴充，能充分利用CPU的處理能力，使系統(tǒng)對外界響應(yīng)準(zhǔn)確而及時。3事件驅(qū)動的單片機程序設(shè)計與Windows系統(tǒng)相比，單片機的資源非常有限，因此，單片機程序中的事

4、件驅(qū)動機制只能采取一種簡化的方式。當(dāng)某個中斷發(fā)生時，中斷服務(wù)程序設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志，不同的標(biāo)導(dǎo)代表不同的中斷發(fā)生的消息，而主程序不斷地判別這些標(biāo)志，以決定啟動哪一個處理函數(shù)。相應(yīng)的處理函數(shù)被啟動處理完相關(guān)的任務(wù)后，清除此標(biāo)志，然后把控制權(quán)交還給主程序。采用這種機制，可合理地利用有限資源，使程序調(diào)試的工作量大幅下降。對于延時、定時處理（如LED顯示、鍵盤掃描等），更可方便地使用一定時器來完成延時、定時的任務(wù),從而把CPU從這種耗時的任務(wù)中解放出來，確保系統(tǒng)對多中斷有足夠的響應(yīng)能力。本文以一IC卡讀寫機為例，說明事件驅(qū)動機制在單片機程序設(shè)計中的具體應(yīng)用。硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)以ATMEL公司的89C51為核心

5、（如圖1）。89C51價格低廉，性能較好，片內(nèi)有4KB的可擦寫程序存儲器，可滿足本系統(tǒng)的要求。為簡化硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)能耗，鍵盤采用軟件掃描的矩陣鍵盤。LED顯示采用段位動態(tài)掃描，在任一時刻LED中最多只有一段被點亮。具體是在位選信號送某位LED的公共極時，每隔一個時間片依次輸出該位LED的段碼（含小數(shù)點），輸出完成一位后，再逐閃輸出下一位。從第一位至第N位LED依次分成8XN個時間片循環(huán)掃描顯示。串口UART作為系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)通信的通道，IC卡的讀寫由MCU模擬I2C協(xié)議來實現(xiàn)。事件驅(qū)動機制的單片機程序設(shè)計中斷申請標(biāo)志在系統(tǒng)中定義一個可位尋址的單元，在此把它命名為Message_Flag,用來記

6、錄描述中斷事件發(fā)生的情況。各位的定義如下：07D605D403D2U1確認(rèn)“串口事杵發(fā)生標(biāo)志INTO事件發(fā)生標(biāo)志T1事件發(fā)生標(biāo)志30事件發(fā)生1標(biāo)憲咄叫jFlag中臬位為1表示當(dāng)應(yīng)倘爭件發(fā)主為D則當(dāng)前役有相應(yīng)的爭件發(fā)生n*Message_Flag中某位為1表示當(dāng)前有相應(yīng)的事件發(fā)生，為0則當(dāng)有沒有相應(yīng)的事件發(fā)生。LED顯示的實現(xiàn)顯示模塊結(jié)構(gòu)見圖2。以定時器TO作為LED的動態(tài)掃描的定時基準(zhǔn)，TO的定時時間最大值Tseg=20ms/（8XN）（其中N為LED位數(shù)），改變Tseg的值可改變顯示的亮度。TO每隔Tseg時間向MCU申請中斷，在TO的中斷服務(wù)程序中置位相應(yīng)的標(biāo)志位（Message_Flag

7、中的DO位）。主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動顯示模塊實現(xiàn)位段的顯示輸出。鍵盤輸入的實現(xiàn)鍵盤模塊結(jié)構(gòu)見圖3。在LED動態(tài)掃描期間，只有被點亮的LED相應(yīng)的位選線維持大約3ms的低電平，而在系統(tǒng)工作的絕大部分時間內(nèi)LED的位選線（即鍵盤的列線）維持高電平。當(dāng)有鍵被按下時，將把鍵盤的行線中某一根拉成高電平，經(jīng)或非門后，向MCU申請INT1中斷，在INT1的中斷服務(wù)程序中啟動定時時間為20ms的定時器T1。T1的定時時間到后向MCU申請T1中斷，在T1的中斷服務(wù)器程序中置位相應(yīng)的中斷申請標(biāo)志（Message_Flag中的D1位）。主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動鍵盤掃描模塊實現(xiàn)鍵盤輸入。鍵盤輸入

8、完成（用戶按“確認(rèn)”鍵），置位鍵盤輸入確認(rèn)標(biāo)志Message_Flag中的D7位）。IC卡的讀寫IC卡的SDA、SCL經(jīng)卡座分別通過P1.0、P1.1與MCU相連。當(dāng)IC卡插入卡座時，座上的微動開關(guān)使INTO變?yōu)榈碗娖?，向MCU申請INTO中斷。在INTO中斷服務(wù)程序中置位相應(yīng)的中斷申請標(biāo)志（Message_Flag中的D2位），主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動IC卡的讀模塊，以軟件模塊I2C協(xié)議來實現(xiàn)讀卡操作。在數(shù)據(jù)處理完成后，同樣通過軟件模塊I2C協(xié)議來完成寫卡的操作。串口通訊實際應(yīng)用中可把UART轉(zhuǎn)換成RS232C與PC相連或轉(zhuǎn)換成RS485等其它協(xié)議組成單片機網(wǎng)。MCU與外部的通訊采

9、用中斷方式，在串口的中斷服務(wù)程序中置位相應(yīng)的中斷申請標(biāo)志（Message_Flag中的D4位）。主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動串口通訊模塊，實現(xiàn)與外部的數(shù)據(jù)通訊。主程序的設(shè)計綜上所述，主程序首先完成系統(tǒng)的初始化，然后循環(huán)檢測各中斷的中斷申請標(biāo)志，如有某標(biāo)志被置位，則啟動相應(yīng)的處理模塊完成相應(yīng)的任務(wù)。程序結(jié)構(gòu)如下（用C51編寫）：vnsignedbdatamessage_flag；sbittO_int二message_flagO;sbittl_int二message_flagl;sbitintO_int二message_flag2;sbituart_int二message_flag4;sbi

10、tkb_enter二message_flag7;unsignedcharkb_buf8;unsignedcharled_buf8;unsignedcharic_buf8;unsignedcharnum_buf8;voiduum_proc(void);/*數(shù)據(jù)處理模塊*/voidledbuf_write(unsigned,unsignedint);/*數(shù)據(jù)處理*/voidsystem_init(void);/*系統(tǒng)初始化*/voiduart_commune(void);/*串口通訊模塊*/voidled_display(void);/*LED顯示*/voidkb_scan(void);/*鍵盤掃

11、描*/voidic_reader(void);/*讀IC卡*/voidic_writer(void);/*寫IC卡*/voidset_timer(unsignedinttime_len,unsignedchartype,unsignedcharid);/*設(shè)置定時器*/voidtO_int_sever(void);/*定時器TO中斷服務(wù)*/voidtl_int_sever(void);/*定時器T1中斷服務(wù)*/voidint0_int_sever(void);/*INT0中斷服務(wù)*/voidint1_int_sever(void);/*INT1中斷服務(wù)*/voiduart_int_sever(void);/*串口中斷服務(wù)*/voidmain(void)system_init();while(1)if(tO_int)led_display();if(intO_int)ic_reader();關(guān)顯加掃抗毬盤圖3継盤慎塊if(t1_int)kb_scan();if(uart_int)uart_commune();if(kb_enter)num_proc();ic_writer();ledbuf_write(num_buf,8);事件驅(qū)動的單片機程序設(shè)計是通過在中斷服務(wù)程序中置位相位標(biāo)志，把耗時的中