單片機(jī)大致應(yīng)用程序的三種架構(gòu)總結(jié)、方法的利弊和適應(yīng)范圍

在工作中經(jīng)過摸索實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出單片機(jī)大致應(yīng)用程序的架構(gòu)有三種：1. 簡單的前后臺順序執(zhí)行程序，這類寫法是大多數(shù)人使用的方法，不需用思考程序的具體架構(gòu)，直接通過執(zhí)行順序編寫應(yīng)用程序即可。2. 時(shí)間片輪詢法，此方法是介于順序執(zhí)行與操作系統(tǒng)之間的一種方法。3. 操作系統(tǒng)，此法應(yīng)該是應(yīng)用程序編寫的最高境界。 下面就分別談?wù)勥@三種方法的利弊和適應(yīng)范圍等。 一、順序執(zhí)行法 這種方法，這應(yīng)用程序比較簡單，實(shí)時(shí)性，并行性要求不太高的情況下是不錯(cuò)的方法，程序設(shè)計(jì)簡單，思路比較清晰。但是當(dāng)應(yīng)用程序比較復(fù)雜的時(shí)候，如果沒有一個(gè)完整的流程圖，恐怕別人很難看懂程序的運(yùn)行狀態(tài)，而且隨著程序功能的增加，編寫應(yīng)用程序的工程師的大腦也開始混亂。即不利于升級維護(hù)，也不利于代碼優(yōu)化。本人寫個(gè)幾個(gè)比較復(fù)雜一點(diǎn)的應(yīng)用程序，剛開始就是使用此法，最終雖然能夠?qū)崿F(xiàn)功能，但是自己的思維一直處于混亂狀態(tài)。導(dǎo)致程序一直不能讓自己滿意。 這種方法大多數(shù)人都會(huì)采用，而且我們接受的教育也基本都是使用此法。對于我們這些基本沒有學(xué)習(xí)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，程序架構(gòu)的單片機(jī)工程師來說，無疑很難在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)上有一個(gè)很大的提高，也導(dǎo)致了不同工程師編寫的應(yīng)用程序很難相互利于和學(xué)習(xí)。 本人建議，如果喜歡使用此法的網(wǎng)友，如果編寫比較復(fù)雜的應(yīng)用程序，一定要先理清頭腦，設(shè)計(jì)好完整的流程圖再編寫程序，否則后果很嚴(yán)重。當(dāng)然應(yīng)該程序本身很簡單，此法還是一個(gè)非常必須的選擇。 下面就寫一個(gè)順序執(zhí)行的程序模型，方便和下面兩種方法對比：

代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
uint8 keyValue; InitSys(); // 初始化 while (1)
{
TaskDisplayClock();
keyValue = TaskKeySan();
switch (keyValue)
{
case x: TaskDispStatus(); break;
...
default: break;
}
}
}
二、時(shí)間片輪詢法 時(shí)間片輪詢法，在很多書籍中有提到，而且有很多時(shí)候都是與操作系統(tǒng)一起出現(xiàn)，也就是說很多時(shí)候是操作系統(tǒng)中使用了這一方法。不過我們這里要說的這個(gè)時(shí)間片輪詢法并不是掛在操作系統(tǒng)下，而是在前后臺程序中使用此法。也是本貼要詳細(xì)說明和介紹的方法。 對于時(shí)間片輪詢法，雖然有不少書籍都有介紹，但大多說得并不系統(tǒng)，只是提提概念而已。下面本人將詳細(xì)介紹這種模式，并參考別人的代碼建立的一個(gè)時(shí)間片輪詢架構(gòu)程序的方法，我想將給初學(xué)者有一定的借鑒性。 在這里我們先介紹一下定時(shí)器的復(fù)用功能。 使用1個(gè)定時(shí)器，可以是任意的定時(shí)器，這里不做特殊說明，下面假設(shè)有3個(gè)任務(wù)，那么我們應(yīng)該做如下工作： 1.初始化定時(shí)器，這里假設(shè)定時(shí)器的定時(shí)中斷為1ms(當(dāng)然你可以改成10ms，這個(gè)和操作系統(tǒng)一樣，中斷過于頻繁效率就低，中斷太長，實(shí)時(shí)性差)。 2.定義一個(gè)數(shù)值： 代 碼 #define TASK_NUM (3)// 這里定義的任務(wù)數(shù)為3，表示有三個(gè)任務(wù)會(huì)使用此定時(shí)器定時(shí)。 uint16 TaskCount[TASK_NUM]; // 這里為三個(gè)任務(wù)定義三個(gè)變量來存放定時(shí)值 uint8 TaskMark[TASK_NUM];// 同樣對應(yīng)三個(gè)標(biāo)志位，為0表示時(shí)間沒到，為1表示定時(shí)時(shí)間到。 3.在定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)中添加： 代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : TimerInterrupt()
* Description : 定時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TimerInterrupt(void)
{
uint8 i;

for (i=0; i {
if (TaskCount[i])
{
TaskCount[i]--;
if (TaskCount[i] == 0)
{
TaskMark[i] = 0x01;
}
}
}
}代碼解釋：定時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)，在中斷中逐個(gè)判斷，如果定時(shí)值為0了，表示沒有使用此定時(shí)器或此定時(shí)器已經(jīng)完成定時(shí)，不著處理。否則定時(shí)器減一，知道為零時(shí)，相應(yīng)標(biāo)志位值1，表示此任務(wù)的定時(shí)值到了。 4.在我們的應(yīng)用程序中，在需要的應(yīng)用定時(shí)的地方添加如下代碼，下面就以任務(wù)1為例： 代 碼 TaskCount[0] = 20;// 延時(shí)20ms TaskMark[0]= 0x00; // 啟動(dòng)此任務(wù)的定時(shí)器 到此我們只需要在任務(wù)中判斷TaskMark[0]是否為0x01即可。其他任務(wù)添加相同，至此一個(gè)定時(shí)器的復(fù)用問題就實(shí)現(xiàn)了。用需要的朋友可以試試，效果不錯(cuò)哦。。。。。。。。。。。 通過上面對1個(gè)定時(shí)器的復(fù)用我們可以看出，在等待一個(gè)定時(shí)的到來的同時(shí)我們可以循環(huán)判斷標(biāo)志位，同時(shí)也可以去執(zhí)行其他函數(shù)。 循環(huán)判斷標(biāo)志位：那么我們可以想想，如果循環(huán)判斷標(biāo)志位，是不是就和上面介紹的順序執(zhí)行程序是一樣的呢？一個(gè)大循環(huán)，只是這個(gè)延時(shí)比普通的for循環(huán)精確一些，可以實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)。 執(zhí)行其他函數(shù)：那么如果我們在一個(gè)函數(shù)延時(shí)的時(shí)候去執(zhí)行其他函數(shù)，充分利用CPU時(shí)間，是不是和操作系統(tǒng)有些類似了呢？但是操作系統(tǒng)的任務(wù)管理和切換是非常復(fù)雜的。下面我們就將利用此方法架構(gòu)一直新的應(yīng)用程序。 時(shí)間片輪詢法的架構(gòu)：1.設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體： 代 碼 // 任務(wù)結(jié)構(gòu)
typedef struct _TASK_COMPONENTS
{
uint8 Run; // 程序運(yùn)行標(biāo)記：0-不運(yùn)行，1運(yùn)行
uint8 Timer; // 計(jì)時(shí)器
uint8 ItvTime;// 任務(wù)運(yùn)行間隔時(shí)間
void (*TaskHook)(void);// 要運(yùn)行的任務(wù)函數(shù)
} TASK_COMPONENTS;// 任務(wù)定義 這個(gè)結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)非常重要，一個(gè)用4個(gè)參數(shù)，注釋說的非常詳細(xì)，這里不在描述。 2.任務(wù)運(yùn)行標(biāo)志出來，此函數(shù)就相當(dāng)于中斷服務(wù)函數(shù)，需要在定時(shí)器的中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)，這里獨(dú)立出來，并于移植和理解。 代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : TaskRemarks()
* Description : 任務(wù)標(biāo)志處理
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskRemarks(void)
{
uint8 i; for (i=0; i {
if (TaskComps[i].Timer) // 時(shí)間不為0
{
TaskComps[i].Timer--; // 減去一個(gè)節(jié)拍
if (TaskComps[i].Timer == 0) // 時(shí)間減完了
{
TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime; // 恢復(fù)計(jì)時(shí)器值，從新下一次
TaskComps[i].Run = 1; // 任務(wù)可以運(yùn)行
}
}
}
} 大家認(rèn)真對比一下次函數(shù)，和上面定時(shí)復(fù)用的函數(shù)是不是一樣的呢？ 3.任務(wù)處理： 代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : TaskProcess()
* Description : 任務(wù)處理
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskProcess(void)
{
uint8 i; for (i=0; i {
if (TaskComps[i].Run) // 時(shí)間不為0
{
TaskComps[i].TaskHook(); // 運(yùn)行任務(wù)
TaskComps[i].Run = 0; // 標(biāo)志清0
}
}
}

此函數(shù)就是判斷什么時(shí)候該執(zhí)行那一個(gè)任務(wù)了，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的管理操作，應(yīng)用者只需要在main()函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)就可以了，并不需要去分別調(diào)用和處理任務(wù)函數(shù)。

到此，一個(gè)時(shí)間片輪詢應(yīng)用程序的架構(gòu)就建好了，大家看看是不是非常簡單呢？此架構(gòu)只需要兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)結(jié)構(gòu)體，為了應(yīng)用方面下面將再建立一個(gè)枚舉型變量。

下面就說說怎樣應(yīng)用吧，假設(shè)我們有三個(gè)任務(wù)：時(shí)鐘顯示，按鍵掃描，和工作狀態(tài)顯示。

1.定義一個(gè)上面定義的那種結(jié)構(gòu)體變量：

代 碼 /**************************************************************************************
* Variable definition
**************************************************************************************/
static TASK_COMPONENTS TaskComps[] =
{
{0, 60, 60, TaskDisplayClock}, // 顯示時(shí)鐘
{0, 20, 20, TaskKeySan}, // 按鍵掃描
{0, 30, 30, TaskDispStatus}, // 顯示工作狀態(tài) // 這里添加你的任務(wù)。。。。 }; 在定義變量時(shí)，我們已經(jīng)初始化了值，這些值的初始化，非常重要，跟具體的執(zhí)行時(shí)間優(yōu)先級等都有關(guān)系，這個(gè)需要自己掌握。 ①大概意思是，我們有三個(gè)任務(wù)，沒1s執(zhí)行以下時(shí)鐘顯示，因?yàn)槲覀兊臅r(shí)鐘最小單位是1s，所以在秒變化后才顯示一次就夠了。 ②由于按鍵在按下時(shí)會(huì)參數(shù)抖動(dòng)，而我們知道一般按鍵的抖動(dòng)大概是20ms，那么我們在順序執(zhí)行的函數(shù)中一般是延伸20ms，而這里我們每20ms掃描一次，是非常不錯(cuò)的出來，即達(dá)到了消抖的目的，也不會(huì)漏掉按鍵輸入。 ③為了能夠顯示按鍵后的其他提示和工作界面，我們這里設(shè)計(jì)每30ms顯示一次，如果你覺得反應(yīng)慢了，你可以讓這些值小一點(diǎn)。后面的名稱是對應(yīng)的函數(shù)名，你必須在應(yīng)用程序中編寫這函數(shù)名稱和這三個(gè)一樣的任務(wù)。 2.任務(wù)列表： 代 碼 // 任務(wù)清單
typedef enum _TASK_LIST
{
TAST_DISP_CLOCK, // 顯示時(shí)鐘
TAST_KEY_SAN, // 按鍵掃描
TASK_DISP_WS, // 工作狀態(tài)顯示
// 這里添加你的任務(wù)。。。。
TASKS_MAX // 總的可供分配的定時(shí)任務(wù)數(shù)目
} TASK_LIST; 好好看看，我們這里定義這個(gè)任務(wù)清單的目的其實(shí)就是參數(shù)TASKS_MAX的值，其他值是沒有具體的意義的，只是為了清晰的表面任務(wù)的關(guān)系而已。 3.編寫任務(wù)函數(shù)： 代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : TaskDisplayClock()
* Description : 顯示任務(wù) * EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskDisplayClock(void)
{ } /**************************************************************************************
* FunctionName : TaskKeySan()
* Description : 掃描任務(wù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskKeySan(void)
{
} /**************************************************************************************
* FunctionName : TaskDispStatus()
* Description : 工作狀態(tài)顯示
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskDispStatus(void)
{
} // 這里添加其他任務(wù)。。。。。。。。。 現(xiàn)在你就可以根據(jù)自己的需要編寫任務(wù)了。 4.主函數(shù)： 代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
InitSys(); // 初始化 while (1)
{
TaskProcess(); // 任務(wù)處理
}
}
到此我們的時(shí)間片輪詢這個(gè)應(yīng)用程序的架構(gòu)就完成了，你只需要在我們提示的地方添加你自己的任務(wù)函數(shù)就可以了。是不是很簡單啊，有沒有點(diǎn)操作系統(tǒng)的感覺在里面？ 不防試試把，看看任務(wù)之間是不是相互并不干擾？并行運(yùn)行呢？當(dāng)然重要的是，還需要，注意任務(wù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，需要采用全局變量，除此之外還需要注意劃分任務(wù)以及任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，在編寫任務(wù)時(shí)，盡量讓任務(wù)盡快執(zhí)行完成。。。。。。。。 三、操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的本身是一個(gè)比較復(fù)雜的東西，任務(wù)的管理，執(zhí)行本事并不需要我們?nèi)チ私?。但是光是移植都是一件非常困難的是，雖然有人說過“你如果使用過系統(tǒng)，將不會(huì)在去使用前后臺程序”。但是真正能使用操作系統(tǒng)的人并不多，不僅是因?yàn)橄到y(tǒng)的使用本身很復(fù)雜，而且還需要購買許可證（ucos也不例外，如果商用的話）。 這里本人并不想過多的介紹操作系統(tǒng)本身，因?yàn)椴皇且粌删湓捘苓^說明白的，下面列出UCOS下編寫應(yīng)該程序的模型。大家可以對比一下，這三種方式下的各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
OSInit(); // 初始化uCOS-II OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskStart, // 任務(wù)指針
(void *) 0, // 參數(shù)
(OS_STK *) &TaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針
(INT8U ) TASK_START_PRIO); // 任務(wù)優(yōu)先級 OSStart(); // 啟動(dòng)多任務(wù)環(huán)境

return (0);
} 代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : TaskStart()
* Description : 任務(wù)創(chuàng)建，只創(chuàng)建任務(wù)，不完成其他工作
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskStart(void* p_arg)
{
OS_CPU_SysTickInit(); // Initialize the SysTick. #if (OS_TASK_STAT_EN > 0)
OSStatInit(); // 這東西可以測量CPU使用量
#endif OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskLed,// 任務(wù)1
(void *) 0, // 不帶參數(shù)
(OS_STK *) &TaskLedStk[TASK_LED_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針
(INT8U ) TASK_LED_PRIO); // 優(yōu)先級 // Here the task of creating your

while (1)
{
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100);
}
}
不難看出，時(shí)間片輪詢法優(yōu)勢還是比較大的，即由順序執(zhí)行法的優(yōu)點(diǎn)，也有操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)清晰，簡單，非常容易理解。 延伸閱讀：

你是單片機(jī)高手，還是菜鳥？看看程序框架就知道了

從大學(xué)參加電子設(shè)計(jì)大賽到現(xiàn)在，在單片機(jī)學(xué)習(xí)的道路上也有幾年的摸索了，把自己的一些心得體會(huì)分享給大家。

初學(xué)單片機(jī)時(shí)，往往都會(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(huì)提升一個(gè)高度概況——就是對各種外圍進(jìn)行控制(如果是對復(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，我們在回到單片機(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。

以下是我對單片機(jī)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(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，我們在沒有相關(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。

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，這沒有爭議，然而該函數(shù)中用軟件延時(shí)來去抖（ms級別的延時(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昧搜訒r(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?）

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。

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。所以我們在動(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_7[dis_buff[posit]];

PORTC = position[posit];

if (++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；

所以我們在串口接收中斷函數(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在主循環(huán)中解決，并且每次循環(huán)中我們只處理一個(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) //

RxCnt = 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 | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0){

RxBuf[RxBufWrIdx] = data;

if (++RxBufWrIdx == RX_BUFFER_SIZE) //接收數(shù)據(jù)于緩沖中

RxBufWrIdx = 0；

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){

RxTimer = 0; //清接收計(jì)數(shù)時(shí)間，UARTimeEvent()中對于接收超時(shí)做了放棄整幀數(shù)據(jù)的處理

//Display();

cnt = RxCnt;

dat = RxBuf[RxBufRdIdx]; // Get Char

if (++RxBufRdIdx == RX_BUFFER_SIZE)

RxBufRdIdx = 0;

Cli();

--RxBufCnt;

Sei();

FrameBuf[cnt++] = dat;

if (cnt >= FRAME_LEN)// 組成一幀

{

sum = 0;

for (cnt = 0;cnt < (FRAME_LEN - 1);cnt++)

sum+= FrameBuf[cnt];

if (sum == dat)

ret = FrameBuf[0];

cnt = 0;

}

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，這里我們選用4ms；

在meg8中我們代碼如下：

// Timer 0 overflow interrupt service routine

interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)

{

// Reinitialize Timer 0 value

TCNT0=0x83;

// Place your code here

if ((++Time1ms & 0x03) == 0)

TimeIntFlg = 1;

}

然后我們設(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()

if (++Time100ms > 10){

Time100ms = 0;

TimeEvent1Hz();// 在1s事件中，我們使工作指示燈閃爍

}

}

UARTimeEvent();//串口的數(shù)據(jù)接收事件，在4ms事件中處理

}

}

顯然整個(gè)思路已經(jīng)很清晰了，cpu需要處理的循環(huán)事件都可以根據(jù)其對于時(shí)間的要求很方便的加入該函數(shù)中。但是我們對這事件有要求：

執(zhí)行速度快，簡短，不能有太長的延時(shí)等待，其所有事件一次執(zhí)行時(shí)間和必須小于系統(tǒng)的基準(zhǔn)時(shí)間片4ms（根據(jù)需要可以加大系統(tǒng)基準(zhǔn)節(jié)拍）。

所以我們的鍵盤掃描程序，數(shù)碼管顯示程序，串口接收程序都如我先前所示。如果逼不得已需要用到較長的延時(shí)（如模擬IIc時(shí)序中用到的延時(shí)）

我們設(shè)計(jì)了這樣的延時(shí)函數(shù)：

void RunTime250Hz (INT8U delay)//此延時(shí)函數(shù)的單位為4ms(系統(tǒng)基準(zhǔn)節(jié)拍)

{

while (delay){

if (TimeIntFlg){

--delay;

TimeEvent();

}

TxProcess();

RxProcess();

}

}

我們需要延時(shí)的時(shí)間=delay*系統(tǒng)記住節(jié)拍4ms,此函數(shù)就確保了在延時(shí)的同時(shí)，我們其它事件（鍵盤掃描，led顯示等）也并沒有被耽誤；

好了這樣我們的主函數(shù)main()將很簡短：

Void main (voie)

{

Init_all();

while (1)

{

TimeEvent(); //對于循環(huán)事件的處理

RxProcess(); //串口對接收的數(shù)據(jù)處理

TxProcess();// 串口發(fā)送數(shù)據(jù)處理

}

}

整體看來我們的系統(tǒng)就成了將近一個(gè)萬能的模版了，根據(jù)自己所選的cpu,選個(gè)定時(shí)器，在添加自己的事件函數(shù)即可，非常靈活方便實(shí)用，一般的單片機(jī)能勝任的場合，該模版都能搞定。

整個(gè)系統(tǒng)以全局標(biāo)志作為主線，形散神不散；系統(tǒng)耗費(fèi)比較小，只是犧牲了一個(gè)Timer而已，在資源缺乏的單片機(jī)中，非常適合；曾經(jīng)看過一個(gè)網(wǎng)友的模版“單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)”，其以51為例子寫的，整體思路和這個(gè)差不多，不過他寫得更為規(guī)范緊湊，非常欣賞；但個(gè)人覺得代碼開銷量要大些，用慣了都一樣哦。但是由于本系統(tǒng)以全局標(biāo)志為驅(qū)動(dòng)事件，所以比較感覺比較凌亂，全局最好都做好注釋，而其要注意一些隱形的函數(shù)遞歸情況，千萬不要遞歸的太深哦（有的單片機(jī)不支持）。

原文標(biāo)題：實(shí)用：牛人總結(jié)的單片機(jī)三種應(yīng)用程序架構(gòu)！

文章出處：【微信公眾號：嵌入式ARM】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。