深入淺出AMetal之LED 數(shù)碼管接口

周立功教授新書《面向AMetal框架與接口的編程（上）》，對AMetal框架進行了詳細介紹，通過閱讀這本書，你可以學到高度復用的軟件設(shè)計原則和面向接口編程的開發(fā)思想，聚焦自己的“核心域”，改變自己的編程思維，實現(xiàn)企業(yè)和個人的共同進步。經(jīng)周立功教授授權(quán)，即日起，致遠電子公眾號將對該書內(nèi)容進行連載，愿共勉之。

第五章為深入淺出AMetal，本文內(nèi)容為5.2 LED 數(shù)碼管接口。

5.2 LED 數(shù)碼管接口

>>> 5.2.1 靜態(tài)顯示

在這里以圖4.10 所示的由2 個共陽極的LN3161BS 組成的LED 數(shù)碼管電路為例，當輸出低電平至com0 端，且同時輸出低電平至b、c 段，則點亮LED 得到字符“1”，其相應的代碼詳見程序清單5.22。

程序清單5.22 數(shù)碼管靜態(tài)顯示1 范例程序（1）

為了方便訪問，不妨將段碼存放到一個數(shù)組中，段碼傳送函數(shù)詳見程序清單5.23。

程序清單5.23 段碼傳送函數(shù)

如果要求輸出數(shù)字3，可以使用以下代碼實現(xiàn)：

如果還需要加上一個小數(shù)點呢？“與”上0x7F 就是將最高位清零。即：

如果要求輸出段碼表中沒有的數(shù)字呢？則直接傳入對應的段碼。即：

那到底讓那個數(shù)碼管顯示呢？這就是位碼傳送問題，其相應函數(shù)詳見程序清單5.24。

程序清單5.24 位碼傳送函數(shù)

有了段碼和位碼傳送函數(shù)，則在com0 顯示數(shù)字1 就非常簡單了，詳見程序清單5.25。

程序清單5.25 數(shù)碼管靜態(tài)顯示數(shù)字1 范例程序（2）

顯然合并上述兩個函數(shù)，即可同時傳送段碼和位碼信息，詳見程序清單5.26。

程序清單5.26 digitron_disp_code()顯示函數(shù)

在這里主要就是顯示數(shù)字，為了避免每次重復從段碼表中獲取相應數(shù)字的段碼，可以寫一個用于在指定位置顯示指定數(shù)字的函數(shù)，詳見程序清單5.27。

程序清單5.27 digitron_disp_num()顯示函數(shù)

由于只支持0~9 的顯示，因此需要做判斷處理，即當num 值小于等于9 時，才做顯示操作。為何不判斷大于等于0 的判斷呢？由于num 的類型是無符號類型，因此一定大于等于0，顯然還需要一個初始化函數(shù)，因此將這些管腳的初始化全部放到程序清單5.28。

程序清單5.28 數(shù)碼管板級初始化函數(shù)

此時編程完畢，將相關(guān)函數(shù)接口聲明到digitron0.h 中，詳見程序清單5.29。當后續(xù)需要調(diào)用時，只需要#include "digitron0.h"就可以了。

程序清單5.29 digitron0.h 文件內(nèi)容

>>> 5.2.2 動態(tài)顯示

如程序清單5.30 所示的就是此前大家已經(jīng)熟練掌握的digitron1.h 接口，其相應的實現(xiàn)代碼詳見程序清單5.31。

程序清單5.30 digitron1.h 文件內(nèi)容

程序清單5.31 digitron1.c 文件內(nèi)容

>>> 5.2.3 代碼重構(gòu)

重構(gòu)是提高代碼質(zhì)量的方法，即在不改變外部接口下優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。在進行重構(gòu)時，必須優(yōu)先編寫單元測試代碼，只有這樣才能確保重構(gòu)不會破壞原有的功能。C 語言中的對外接口通常是指頭文件的內(nèi)容，即外部調(diào)用我們編寫的代碼時所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、函數(shù)、宏的簽名（名字、參數(shù)和返回值的類型和順序）、常量的定義和行為等。而靜態(tài)函數(shù)和.c 文件中的宏和結(jié)構(gòu)體的定義，則不屬于對外接口。只要對外接口沒有改變，則調(diào)用者無需修改任何代碼。如果調(diào)用者與創(chuàng)建者屬于同一部門，則沒有必要拘泥于形式禁止修改對外接口。

由于人們習慣用1 代表點亮LED，0 代表熄滅LED，所以無論數(shù)碼管是共陰極還是共陽極，段碼表的設(shè)計都應該符合人們的日常習慣，即將與之相應的“段碼表”中的數(shù)據(jù)設(shè)定為1 來表示點亮相應的段。如果用1 來表示點亮LED，這恰好是共陰極數(shù)碼管的段碼。如果是共陽極的數(shù)碼管，則直接使用“~”將段碼取反，于是段碼表也就統(tǒng)一起來了。

接下來開始設(shè)計段碼表了，當前想到的有：0123456789.-ABCDEFabcdefORPNorpn，除O 和o 之外，大小寫顯示都相同。由于字符和段碼均為一個字節(jié)表示，為了保存字符信息和其對應的段碼信息，可以將顯示的字符與段碼數(shù)值組合在一起成為一個二維數(shù)組，建立與此相應的段碼表，詳見程序清單5.32。

程序清單5.32 字符段碼表

訪問段碼表的接口函數(shù)詳見程序清單5.33。

程序清單5.33 段碼訪問接口函數(shù)

在解碼函數(shù)digitron_char_decode()中，使用了for 循環(huán)遍歷段碼數(shù)組，當找到對應的字符時，返回該字符對應的段碼。顯然這種解碼方式簡單易懂，但效率較低。

由于字符本質(zhì)上是一個整數(shù)，可以比較大小。如果段碼表按照字符大小進行有序排列，則可以使用二分法進行快速查找，即每次將待查找的字符與搜索范圍的中間字符進行比較：若小于中間字符，則將搜索范圍縮小一半為下半部分，然后繼續(xù)搜索；若大于中間字符，則將搜索范圍縮小一半為上半部分，然后繼續(xù)搜索；若恰好相等，則查找到相應字符。

為了使用二分法進行查找，需要將斷碼表按照字符的大小進行有序排列，這就需要知道段碼表中各個字符對應的整數(shù)值，這些值可以通過查詢ASCII 碼表得到，ASCII 碼表詳見表5.7，表中僅列出了可顯示字符（32 ~ 126），共計95 個，其它不可顯示字符（0 ~ 31 及127）由于不能顯示，與數(shù)碼管無關(guān)，因此沒有在表中定義。

表5.7 ASCII 表（95 個可顯示字符）

基于ASCII 碼表中各個字符的對應的整數(shù)值，可以重新定義段碼表，詳見程序清單5.34。

程序清單5.34 字符段碼表（升序排列）

字符段碼有序排列后，即可使用二分法查找，更新解碼函數(shù)的實現(xiàn)詳見程序清單5.35。

程序清單5.35 基于二分法查找的解碼函數(shù)

由此可見，相對于順序遍歷查找法，二分法實現(xiàn)的代碼略顯復雜。當查找的范圍較小時，如段碼表僅僅33 個查找項，二分法的效率優(yōu)勢并不明顯。有沒有更好的辦法呢？

在前面定義段碼表時，使用了二維數(shù)組的方式，將字符和對應的段碼存儲到數(shù)組中，一個字符就占用了2 個字節(jié)的存儲空間，共計占用了66 字節(jié)空間。

ASCII 碼表有95 個顯示字符，對應十進制數(shù)的范圍為32 ~ 126。如果在建立段碼表時，從第一個可顯示字符開始，按照字符順序依次將所有可顯示字符的段碼編排到一個數(shù)組中，則數(shù)組的索引就包含了字符信息，比如，0 號元素代表了32 對應的字符，即空格，1 號元素代表了33 對應的字符，即‘!’……如此一來，由于索引與字符存在一一對應關(guān)系，通過索引就可以得到相應的字符信息，因此在段碼表只需要使用一維數(shù)組存儲每個字符對應的段碼就可以了。此時，在對一個字符解碼時，直接將字符轉(zhuǎn)換為數(shù)組索引，然后取出對應的段碼即可，無需任何查找過程，范例程序詳見程序清單5.36。

程序清單5.36 使用一維數(shù)組存儲段碼（1）

由此可見，這種方式使段碼查找的時間效率達到了最優(yōu)。在段碼表中，由于很多ASCII碼數(shù)碼管并不能顯示，為了保證索引與字符的對應關(guān)系，也必須使用0x00 表示其對應的段碼。這在一定程度上造成了空間的浪費，95 個字符對應的編碼數(shù)組占用的存儲空間大小為95 字節(jié)，相比于使用二維數(shù)組的方式，多占用了29 字節(jié)。

觀察段碼數(shù)組的定義可以發(fā)現(xiàn)，起始和結(jié)尾都存在一大段0x00（起始存在連續(xù)的13 個0x00，結(jié)尾存在連續(xù)的12 個0x00），為此在定義段碼數(shù)組時，可以不以空格作為起始字符，將第一個段碼不為0x00 的字符（'-'，十進制為45，段碼為0x40）作為段碼的起始字符，同時，將段碼表末尾連續(xù)的0x00 移出，以節(jié)省內(nèi)存空間，詳見程序清單5.37。

程序清單5.37 使用一維數(shù)組存儲段碼（2）

此時，整個一維數(shù)組占用的空間為70 個字節(jié)，相對于使用二維數(shù)組的方式，僅僅多占用了4 個字節(jié)。雖然多占用了4 個字節(jié)的存儲空間，但是效率的提升卻是非常明顯的。

由于現(xiàn)在是直接使用段碼或字符，因此要顯示數(shù)字3 時，不能再像以前那樣直接寫數(shù)字3，而應寫字符3。比如：

比如，顯示自定義段碼，則使用以下方式編程：

比如，顯示'3.'，則使用以下方式編程：

由于段碼統(tǒng)一使用1 表示點亮LED 段，而實際中，MiniPort-View 使用的是共陽極數(shù)碼管，因此需要將段碼取反后使用，則進一步修改igitron_disp_scan()函數(shù)，詳見程序清單5.38。

程序清單5.38 動態(tài)掃描顯示函數(shù)

最后，將這些接口全部聲明到程序清單5.39 所示的digitron2.h 文件，實現(xiàn)相關(guān)代碼全部放到程序清單5.40 所示的digitron2.c 文件。

程序清單5.39 digitron2.h 文件內(nèi)容

程序清單5.40 digitron2.c 文件內(nèi)容

使用digitron2.h 中的接口函數(shù)，同樣可以實現(xiàn)0~59 秒的計數(shù)器，代碼詳見程序清單5.41。

程序清單5.41 0~59 秒計數(shù)器范例程序（4）

程序清單5.41（17~18）加上'0'的目的是將數(shù)字變?yōu)樽址?/p>