單片機C程序編寫思路的討論

林明祖

【摘 要】 在我們的單片機作品和單片機工程中，單片機C程序的設(shè)計和編寫工作是一項主要的任務(wù)，清晰的編寫思路，對C程序結(jié)構(gòu)的熟習(xí)和了解，是我們順利完成軟件編寫的主要因素。在此，通過對單片機C程序結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)研究，和典型綜合類源程序的分析和總結(jié)。得出單片機C程序編寫中各程序功能模塊的實現(xiàn)方法，函數(shù)運行部位的合理安排布置，全局變量的初始賦值方法和傳遞方向等思路。

【關(guān)鍵詞】 單片機;C程序;編寫思路;方法

【中圖分類號】G64.23 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）25-00-02

現(xiàn)在，很多人都在運用單片機，單片機的運用越來越廣范，產(chǎn)品也起來越多，更多的人在不斷加入單片機開發(fā)的隊伍。而有部分人就會遇到這樣的問題，雖然花了很多時間進行了單片機C語言的學(xué)習(xí)，也掌握了各種變量的定義、運算符的使用、各種語句的運用、函數(shù)的編寫方法和單片機各功能模塊的運用。但在實際編寫一些綜合程序時，還是不知該如何下手編寫。其原因還是對C程序的總體結(jié)構(gòu)和組成要有一個清晰的了解和認(rèn)識，特別是要通過對很多典型的、綜合的源程序進行分析和總結(jié)，領(lǐng)會和找出綜合典型程序的結(jié)構(gòu)方法和巧妙的編程思路，才能合理熟練的安排各功能函數(shù)，使整個程序按我們的思路合理的組織連接起來。

單片機的硬件結(jié)構(gòu)由單片機的內(nèi)部功能模塊和外部功能單元構(gòu)成。在軟件編寫之前，首先確定我們的硬件方案，了解和熟習(xí)單片機的內(nèi)部功能和外部方案，盡量利用單片機的內(nèi)部資源來設(shè)計我們的電子作品。如：內(nèi)部的I/O口、定時計數(shù)器、中斷、串口通訊、A/D轉(zhuǎn)換、CCP、看門狗等;外部的ADC0804、ADC0809、DAC0832、LED數(shù)碼管、1602LCD液晶顯示、12864LCD液晶顯示、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、電機驅(qū)動IC、蜂鳴器等;各種單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能各不相同。單片機的硬件設(shè)計完成后，就可根據(jù)硬件方案和任務(wù)來進行軟件編寫了。

1 單片機C程序的結(jié)構(gòu)特點、作用

1.1單片機軟件的結(jié)構(gòu)特點：

單片機C程序與PC機C有很多共同的地方，也有一些區(qū)別。函數(shù)是C程序的基本組成單位，故C又被稱為函數(shù)式語言。C程序可由一個或多個函數(shù)構(gòu)成。每個函數(shù)實現(xiàn)一定的功能，即功能函數(shù)。一個單片機程序軟件的總體結(jié)構(gòu)包括：程序開始部分的預(yù)處理（頭文件、宏定義、全局變量定義、函數(shù)說明等）;主函數(shù);子函數(shù);中斷函。

主函數(shù)：一個C程序必須有且只能有一個main（）函數(shù)，也可以有一個main（）函數(shù)和若干個其它函數(shù)。主函數(shù)的位置可在其它函數(shù)之前，也可以在之后，但程序運行時，總是首先自動從主函開始執(zhí)行。

子函數(shù)：子函數(shù)可有多個，每一個子函數(shù)完成一個特定的任務(wù)和功能，也就是功能函數(shù)。子函數(shù)不會自動執(zhí)行，只能被其它函數(shù)調(diào)用。

中斷函數(shù)：中斷函數(shù)是在中斷發(fā)生后被執(zhí)行的函數(shù)，定時器中斷一般可用來做時間發(fā)生，脈沖產(chǎn)生，波形產(chǎn)生等，外中斷則可處理一些外部事件。

1.2單片機軟件的作用：

單片機軟件是對硬件起到設(shè)置、控制、驅(qū)動的作用，對數(shù)據(jù)則進行算術(shù)運算、邏輯運算。

（1）設(shè)置作用：單片機的狀態(tài)受特殊功能寄存器的控制，一般普通51單片機都有20多個特殊功能寄存器，所有這些寄存器以及端口的初始化等都要靠軟件來設(shè)置。

（2）控制作用：單片機有一些是開關(guān)量控制，如燈的亮滅，電動機的運轉(zhuǎn)和停止，電磁閥的開和關(guān)等，這些也是靠軟件的位操作和字節(jié)操作來進行控制。

（3）驅(qū)動作用：有些硬件單元，如：液晶的顯示、步進電機的轉(zhuǎn)動等，是需要軟件來進行設(shè)置、控制以及進行數(shù)據(jù)調(diào)用的，這時的軟件對硬件起到了驅(qū)動硬件的作用。

2 單片機功能程序、函數(shù)的實現(xiàn)方法

單片機需要根據(jù)硬件來決定編寫哪些功能函數(shù)、驅(qū)動程序、控制程序。功能函數(shù)軟件的功能一般都有多種實現(xiàn)方法，選擇采用哪種函數(shù)軟件方法來實現(xiàn)所需要的功能，需要根據(jù)具體情況分析、選擇、確定。單片機要實現(xiàn)一個功能，可以采用的方法有多種，通過分析確定一種較優(yōu)的方法。如：

例1：要讓單片機輸出一定的脈沖，可采用以下方案：

用PWM內(nèi)部模塊

用中斷函數(shù)

軟件語句產(chǎn)生，然后由主函數(shù)中的while（1）無限循環(huán)調(diào)用。

例2：要進行LED數(shù)碼管顯示，可采用以下方案：

用中斷函數(shù)不斷反復(fù)執(zhí)行顯示

用主函數(shù)中的while（1）無限循環(huán)調(diào)用顯示子函數(shù)

例1中，要實現(xiàn)PWM輸出是用軟件語句產(chǎn)生還是用中斷功能產(chǎn)生，還是用PWM功能模塊。就要根據(jù)硬件配置，如51系列單片機就無PWM內(nèi)部模塊，就只能采用中斷方法或軟件語句產(chǎn)生，然后由主函數(shù)無限調(diào)用。如是PIC系列單片機有此功能硬件，則可采用內(nèi)部PWM模塊來實現(xiàn)輸出。如中斷被占用，也可以采用軟件語句來實現(xiàn)。除此之外，還根據(jù)其它因素來考慮采用哪一種實施方案。如要求時間精度高一些則宜運用定時計數(shù)器中斷，如要求不高則可采用軟件語句產(chǎn)生的方法。實現(xiàn)單片機功能的方案確定后，就可以開始編寫相應(yīng)的功能程序、函數(shù)了。

3 單片機軟件編寫時，應(yīng)注重以下幾個問題

3.1編寫單片機C程序要有清晰的結(jié)構(gòu)思路

1個C程序可由1個或多個源文件組成，而1個源文件又由1個或多個函數(shù)組成，一般來說，一個函數(shù)就是一個功能模塊，就是一個小的任務(wù)，多個函數(shù)組合起來就可完成一個綜合的工程項目。1個源程序，除了預(yù)處理部分外，還有其它函數(shù)，如：主函數(shù)、子函數(shù)、中斷函數(shù)。

編寫的子函數(shù)、程序，要放到哪類函數(shù)來執(zhí)行，執(zhí)行部位在哪里，也需要我們有一個總體的構(gòu)思和安排布置。要區(qū)分某段程序是暫時調(diào)用執(zhí)行一下，還是要不斷反復(fù)運行。如果只是臨時調(diào)用執(zhí)行則可設(shè)計安排到一般子函數(shù)中，如果要不斷反復(fù)執(zhí)行的程序段，則要設(shè)計安排到定時計數(shù)器中斷函數(shù)中和主函數(shù)的while（1）循環(huán)中。

如果把所有的程序代碼都放在一個main（）函數(shù)中，程序也可以運行。但是一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能函數(shù)較多，代碼量大的程序都放在一個主函數(shù)中來執(zhí)行就顯得雜亂了，程序結(jié)構(gòu)會變得混亂不清晰，雖然可以運行，但是可移植性、可讀性就差了。就算是自己編寫的程序，也不容易理清、讀懂。所以要把它們分解編寫成多個功能程序、子函數(shù)，安排布置到源程序的各類函數(shù)中去完整的組織起來運行。

3.2功能程序執(zhí)行的部位——主函數(shù)、子函數(shù)、中斷函數(shù)

一般我們把功能函數(shù)劃分為，無限循環(huán)執(zhí)行類和臨時調(diào)用執(zhí)行類。一般需要不斷無限循環(huán)執(zhí)行類的功能程序、函數(shù)，如：步進電機驅(qū)動程序;舵機轉(zhuǎn)角控制脈沖驅(qū)動程序;秒基準(zhǔn)時間產(chǎn)生程序;外部傳感開關(guān)查詢程序;軟件PWM輸出程序;動態(tài)LED數(shù)碼管掃描程序;掃描按鍵程序等。只是臨時調(diào)用執(zhí)行類的功能程序、函數(shù)，如：延時函數(shù);初始化函數(shù);開關(guān)量執(zhí)行函數(shù)等。

通過對很多典型、綜合運用類單片機C程序的研究分析，以極C程序結(jié)構(gòu)的分析，一般把不間斷無限循環(huán)類安排在中斷函數(shù)中和主函數(shù)的while（1）無限循環(huán)中，把臨時調(diào)用類安排在子函數(shù)中。功能函數(shù)的分布安排原則一般如下：

（1）一般單片機工作，是采用時間片輪轉(zhuǎn)的方法運行，所以，可將實時性要求不高的工作放在主函數(shù)中，依次輪流執(zhí)行。而實時性要求高的，則要使用中斷技術(shù)及時處理。

（2）首先把反復(fù)定時，時間長和時間基準(zhǔn)要求較高的工作如：秒基準(zhǔn)時間產(chǎn)生程序、步進電機驅(qū)動程序等，安排到中斷函數(shù)中。其它的一般無限循環(huán)執(zhí)行類，如：動態(tài)LED數(shù)碼管掃描程序;按鍵掃描程序等，安排到main（）函數(shù)的while（1）中。

（3）如沒有時間基準(zhǔn)要求較高的程序、函數(shù)，則可以把一般的動態(tài)LED數(shù)碼管掃描程序;按鍵掃描程序等直接安排到中斷函數(shù)中。

（4）較長的延時函數(shù)中也可插入其它程序，如顯示程序、按鍵判斷等。

（5）其它臨時調(diào)用執(zhí)行類的程序、函數(shù)，如：延時函數(shù);初始化函數(shù);開關(guān)量執(zhí)行函數(shù)等，則安排到子函數(shù)中供其它函數(shù)調(diào)用。

例如：“可設(shè)置時間的6位LED顯示軟時鐘”程序結(jié)構(gòu)如下：

main（ ?）

{ ?while（ 1）

{

顯示函數(shù)（ ） ? ? ? ?//將6位時鐘的值實時顯示

按鍵掃描函數(shù)（ ） ? ?//選擇6位時鐘的某位變量，從而增減該變量

} ?}

1ms延時函數(shù)（ ）

定時器初始化函數(shù)（ ）

定時器中斷函數(shù)1（ ） ? ? ? //50ms中斷一次，20次產(chǎn)生一秒，然后對6位數(shù)加一賦值。

定時器中斷函數(shù)2（ ） ? ? ? //對按鍵選擇的某位不斷賦二個值，新的增減值和熄滅值。

以上這個項目中共用到了6個功能函數(shù)，需要不斷反復(fù)執(zhí)行的有4個：顯示函數(shù)（）、按鍵掃描函數(shù)（）、中斷函數(shù)1（）、中斷函數(shù)2（）。這4個中，中斷函數(shù)1（）和中斷函數(shù)2（）反復(fù)定時時間長和時間基準(zhǔn)要求較高，所以安排到中斷函數(shù)中比較合理。顯示函數(shù)（）和按鍵掃描函數(shù)（）時間基準(zhǔn)要求不太嚴(yán)格則可安排到main（）的while（1）無限循環(huán)中執(zhí)行。其它二個子函數(shù)則供臨時調(diào)用。這樣，我們把各個功能程序、函數(shù)安排分布到各個中斷函數(shù)、主函數(shù)、子函數(shù)中，最終形成按我們的要求和運行思路連接起來運行的完整程序。

3.3單片機程序中，要盡可能采用簡潔、高效的運算方法

算法就是用C語言編程，數(shù)據(jù)處理運算的思路方法。單片機的程序算法要盡量運算簡單，節(jié)約時間。一個算法的運行效率一般用空間復(fù)雜度與時間復(fù)雜度來衡量。算法的時間復(fù)雜度是指算法需要消耗的時間資源。算法的空間復(fù)雜度是指算法需要占用的空間資源。不同的算法占用的時間、空間都不相同。編程時應(yīng)盡可能做到占用空間小，運行時間短，速度快。

例如：P1口接8個小燈，運行左移流水燈。

算法1

void lamp（ ?）

{

uchar i;

P1=0xfe;

for（i=0;i<8;i++）

{

P1=_crol_（P1，1）;

Delay（200）;

}

}

算法2

void lamp （ ?）

{

uchar i;

uchar data=0xff;

for（i=0;i<8;i++）

{

P1=data;

delay（200）;

data<<=1;

}

}

算法3

void lamp （ ?）

{

P1=0xfe; delay（200）;

P1=0xfd; delay（200）;

P1=0xfb; delay（200）;

P1=0xf7; delay（200）;

.

.

}

從上面三段代碼的運行來看，算法1和算法2要優(yōu)于算法3。

4 對全局變量的起始賦值、傳遞過程思路要清楚

全局變量的起始賦值和傳遞方向、執(zhí)行位置是我們程序設(shè)計的一個重要思路，全局變量從哪里賦值開始？傳遞到哪里？在哪里使用？傳遞的過程路線都必須思路清晰。如：前例中，主要的全局變量是按鍵選擇位的變量和被選擇位的加減值變量，這兩個變量都是兩個主要的全局變量。兩個全局變量的起始賦值都在鍵盤掃描函數(shù)中，由一個按鍵來決定修改哪位，另二位按鍵決定該值的加減。第一個全局變量（某位）傳遞到本函數(shù)的加減語句中和中斷函數(shù)2中;第二個全局變量（加減后的值）則傳遞到中斷函數(shù)1中去更新相應(yīng)位的數(shù)值。

5 總結(jié)

在單片機C程序的設(shè)計和編寫工作中，設(shè)計和編寫的原則和思路是我們完成軟件工程的精髓。我們在編寫程序時重點要重視二點：

（1）在安排布置反復(fù)執(zhí)行的功能程序、函數(shù)時，首先把定時時間長和時間基準(zhǔn)要求較高的程序、函數(shù)安排到中斷函數(shù)中;其它的一般無限循環(huán)執(zhí)行類函數(shù)則安排到主函數(shù)的while（1）中。

（2）全局變量的起始賦值和傳遞方向、位置，從哪里賦值開始？傳遞到哪里？在哪里使用？和傳遞的過程路線要思路清晰。

（3）單片機程序中，要盡可能采用簡潔、高效的運算方法。

參考文獻

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