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標(biāo)題:
新手必看--單片機裸奔程序的框架（一）
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作者:
edu118gct
時間:
2014-8-13 10:52
標(biāo)題:
新手必看--單片機裸奔程序的框架（一）
從07年參加全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽初次接觸單片機開發(fā)至今已經(jīng)有4年了，初學(xué)單
片機時，都會糾結(jié)于其各個模塊功能的應(yīng)用，如串口（232，485）對各種功能IC的
控制,電機控制PWM，中斷應(yīng)用，定時器應(yīng)用，人機界面應(yīng)用，CAN總線等. 這是一個
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)計大賽賽前學(xué)習(xí)時，MCU
周圍的控制都訓(xùn)練的很扎實。經(jīng)過這個階段后，后來接觸不同的MCU就會發(fā)現(xiàn)，都大
同小異，各有各的優(yōu)勢而已，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MCU的編程控制會提升一個高度概況——就是對各種外圍進行控制(如果
是對復(fù)雜算法的運算就會
用DSP了），而外圍與MCU的通信方式一般也就幾種時序：IIC,SPI,intel8080,M6800
。這樣看來MCU周圍的編程就是一個很簡單的東西了。
然而這只是嵌入式開發(fā)中的一點皮毛而已，在接觸過多種MCU,接觸過復(fù)雜設(shè)
計要求，跑過操作系統(tǒng)等等后，我們在回到單片機的裸機開發(fā)時，就不知不覺的就
會考慮到整個程序設(shè)計的架構(gòu)問題；一個好的程序架構(gòu)，是一個有經(jīng)驗的工程師和
一個初學(xué)者的分水嶺。
以下是我對單片機程序框架以及開發(fā)中一些常用部分的認(rèn)識總結(jié)：
任何對時間要求苛刻的需求都是我們的敵人，在必要的時候我們只有增加硬件成本
來消滅它；比如你要8個數(shù)碼管來顯示，我們在沒有相關(guān)的硬件支持的時候必須用
MCU以動態(tài)掃描的方式來使其工作良好；而動態(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，我會選擇選用一個類似max8279外圍ic來解決這
個困擾；
然而慶幸的是，有著許多不是對時間要求苛刻的事情：
例如鍵盤的掃描，人們敲擊鍵盤的速率是有限的，我們無需實時掃描著鍵盤，甚至
可以每隔幾十ms才去掃描一下；然而這個幾十ms的間隔，我們的MCU還可以完成許多
的事情；
單片機雖然是裸機奔跑，但是往往現(xiàn)實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；
比如一個常用的情況有4個任務(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)架這個單片機的程序?qū)⑹俏覀兊闹攸c；
讀書時代的我會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)和后臺中斷中執(zhí)行；
然而必須指出其不妥之處：
每個任務(wù)的時間片可能過長，這將導(dǎo)致程序的實時性能差。如果以這樣的方式在多
加幾個任務(wù)，使得一個循環(huán)的時間過長，可能鍵盤掃描將很不靈敏。所以若要建立
一個良好的通用編程模型，我們必須想辦法，消去每個任務(wù)中費時間的部分以及把
每個任務(wù)再次分解；下面來細(xì)談每個任務(wù)的具體措施：
1 鍵盤掃描
鍵盤掃描是單片機的常用函數(shù)，以下指出常用的鍵盤掃描程序中，嚴(yán)重阻礙系統(tǒng)實
時性能的地方；
眾所周知，一個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)線上的信號出現(xiàn)一段時間的抖動，然后為低，然后當(dāng)按鍵釋放
時，信號抖動一段時間后變高。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。
unsigned char kbscan(void)
{
unsigned char sccode,recode;
P2=0xf8;
if ((P2&0xf8)!=0xf8)
{
delay(100); //延時20ms去抖--------這里太費時了，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，這沒有爭議，然而該函數(shù)中用軟件延時來去抖（ms級
別的延時），這是一個維持系統(tǒng)實時性能的一個大忌諱；
一般還有一個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)致整個系統(tǒng)其它的任務(wù)也不能執(zhí)行
，這將是個很嚴(yán)重的bug。
有人會這樣進行處理：
While(kbsan() != KEY_NONE )
{
Delay(10);
If(Num++ > 10)
Break;
}
即在一定得時間內(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
系統(tǒng)其它任務(wù)不能運行，但也很大程度上，削弱了系統(tǒng)的實時性能，因為他用了延
時函數(shù)；
我們用兩種有效的方法來解決此問題：
1 在按鍵功能比較簡單的情況下，我們?nèi)匀挥蒙厦娴膋bscan()函數(shù)進行掃描，只是
把其中去抖用的軟件延時去了，把去抖以及判斷按鍵的釋放用一個函數(shù)來處理，它
不用軟件延時，而是用定時器的計時（用一般的計時也行）來完成；代碼如下
void ClearKeyFlag(void)
{
KeyDebounceFlg = 0;
KeyReleaseFlg = 0;
}
void ScanKey(void)
{
++KeyDebounceCnt;//去抖計時（這個計時也可以放在后臺定時器計時函數(shù)
中處理）
KeyCode = kbscan();
if (KeyCode != KEY_NONE)
{
if (KeyDebounceFlg)//進入去抖狀態(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)雜功能的按鍵時候
，我們跟傾向于用狀態(tài)機來實現(xiàn)鍵盤的掃描；
//avr 單片機 中4*3掃描狀態(tài)機實現(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)//如果長時間沒有釋放
{
key_time=0;
key_state=3;//進入連鍵狀態(tài)
key_return= (key_line | key_value);
}
break;
case 3://對于連鍵，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個狀態(tài)，一般的鍵盤掃描只用前面3個狀態(tài)就可以了，后面一個狀態(tài)是為
增加“連鍵”功能設(shè)計的。連鍵——即如果按下某個鍵不放，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
其時限為10ms,當(dāng)然要求并不嚴(yán)格。（轉(zhuǎn)載）深圳單片機實訓(xùn)聯(lián)系郭老師Q754634522
作者:
h2o1
時間:
2014-8-22 21:06
學(xué)習(xí)了。。。。。。
作者:
zhouayao
時間:
2014-8-24 14:12
頂一下
作者:
edu118gct
時間:
2014-8-26 10:44
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