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程序的設計和編寫工作是一項主要的任務，清晰的編寫思路，對C程序結構的熟習和了解，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程序結構的學習研究，和典型綜合類源程序的分析和總結。得出單片機C程序編寫中各程序功能模塊的實現方法，函數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。

【關鍵詞】 單片機;C程序;編寫思路;方法

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

現在，很多人都在運用單片機，單片機的運用越來越廣范，產品也起來越多，更多的人在不斷加入單片機開發的隊伍。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語言的學習，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程序的總體結構和組成要有一個清晰的了解和認識，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，領會和找出綜合典型程序的結構方法和巧妙的編程思路，才能合理熟練的安排各功能函數，使整個程序按我們的思路合理的組織連接起來。

單片機的硬件結構由單片機的內部功能模塊和外部功能單元構成。在軟件編寫之前，首先確定我們的硬件方案，了解和熟習單片機的內部功能和外部方案，盡量利用單片機的內部資源來設計我們的電子作品。如：內部的I/O口、定時計數器、中斷、串口通訊、A/D轉換、CCP、看門狗等;外部的ADC0804、ADC0809、DAC0832、LED數碼管、1602LCD液晶顯示、12864LCD液晶顯示、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、電機驅動IC、蜂鳴器等;各種單片機的內部結構、功能各不相同。單片機的硬件設計完成后，就可根據硬件方案和任務來進行軟件編寫了。

1 單片機C程序的結構特點、作用

1.1單片機軟件的結構特點：

單片機C程序與PC機C有很多共同的地方，也有一些區別。函數是C程序的基本組成單位，故C又被稱為函數式語言。C程序可由一個或多個函數構成。每個函數實現一定的功能，即功能函數。一個單片機程序軟件的總體結構包括：程序開始部分的預處理（頭文件、宏定義、全局變量定義、函數說明等）;主函數;子函數;中斷函。

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

子函數：子函數可有多個，每一個子函數完成一個特定的任務和功能，也就是功能函數。子函數不會自動執行，只能被其它函數調用。

中斷函數：中斷函數是在中斷發生后被執行的函數，定時器中斷一般可用來做時間發生，脈沖產生，波形產生等，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置、控制、驅動的作用，對數據則進行算術運算、邏輯運算。

（1）設置作用：單片機的狀態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置。

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

（3）驅動作用：有些硬件單元，如：液晶的顯示、步進電機的轉動等，是需要軟件來進行設置、控制以及進行數據調用的，這時的軟件對硬件起到了驅動硬件的作用。

2 單片機功能程序、函數的實現方法

單片機需要根據硬件來決定編寫哪些功能函數、驅動程序、控制程序。功能函數軟件的功能一般都有多種實現方法，選擇采用哪種函數軟件方法來實現所需要的功能，需要根據具體情況分析、選擇、確定。單片機要實現一個功能，可以采用的方法有多種，通過分析確定一種較優的方法。如：

例1：要讓單片機輸出一定的脈沖，可采用以下方案：

用PWM內部模塊

用中斷函數

軟件語句產生，然后由主函數中的while（1）無限循環調用。

例2：要進行LED數碼管顯示，可采用以下方案：

用中斷函數不斷反復執行顯示

用主函數中的while（1）無限循環調用顯示子函數

例1中，要實現PWM輸出是用軟件語句產生還是用中斷功能產生，還是用PWM功能模塊。就要根據硬件配置，如51系列單片機就無PWM內部模塊，就只能采用中斷方法或軟件語句產生，然后由主函數無限調用。如是PIC系列單片機有此功能硬件，則可采用內部PWM模塊來實現輸出。如中斷被占用，也可以采用軟件語句來實現。除此之外，還根據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器中斷，如要求不高則可采用軟件語句產生的方法。實現單片機功能的方案確定后，就可以開始編寫相應的功能程序、函數了。

3 單片機軟件編寫時，應注重以下幾個問題

3.1編寫單片機C程序要有清晰的結構思路

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個或多個函數組成，一般來說，一個函數就是一個功能模塊，就是一個小的任務，多個函數組合起來就可完成一個綜合的工程項目。1個源程序，除了預處理部分外，還有其它函數，如：主函數、子函數、中斷函數。

編寫的子函數、程序，要放到哪類函數來執行，執行部位在哪里，也需要我們有一個總體的構思和安排布置。要區分某段程序是暫時調用執行一下，還是要不斷反復運行。如果只是臨時調用執行則可設計安排到一般子函數中，如果要不斷反復執行的程序段，則要設計安排到定時計數器中斷函數中和主函數的while（1）循環中。

如果把所有的程序代碼都放在一個main（）函數中，程序也可以運行。但是一些結構復雜，功能函數較多，代碼量大的程序都放在一個主函數中來執行就顯得雜亂了，程序結構會變得混亂不清晰，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，安排布置到源程序的各類函數中去完整的組織起來運行。

3.2功能程序執行的部位——主函數、子函數、中斷函數

一般我們把功能函數劃分為，無限循環執行類和臨時調用執行類。一般需要不斷無限循環執行類的功能程序、函數，如：步進電機驅動程序;舵機轉角控制脈沖驅動程序;秒基準時間產生程序;外部傳感開關查詢程序;軟件PWM輸出程序;動態LED數碼管掃描程序;掃描按鍵程序等。只是臨時調用執行類的功能程序、函數，如：延時函數;初始化函數;開關量執行函數等。

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程序結構的分析，一般把不間斷無限循環類安排在中斷函數中和主函數的while（1）無限循環中，把臨時調用類安排在子函數中。功能函數的分布安排原則一般如下：

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

（2）首先把反復定時，時間長和時間基準要求較高的工作如：秒基準時間產生程序、步進電機驅動程序等，安排到中斷函數中。其它的一般無限循環執行類，如：動態LED數碼管掃描程序;按鍵掃描程序等，安排到main（）函數的while（1）中。

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

（4）較長的延時函數中也可插入其它程序，如顯示程序、按鍵判斷等。

（5）其它臨時調用執行類的程序、函數，如：延時函數;初始化函數;開關量執行函數等，則安排到子函數中供其它函數調用。

例如：“可設置時間的6位LED顯示軟時鐘”程序結構如下：

main（ ?）

{ ?while（ 1）

{

顯示函數（ ） ? ? ? ?//將6位時鐘的值實時顯示

按鍵掃描函數（ ） ? ?//選擇6位時鐘的某位變量，從而增減該變量

} ?}

1ms延時函數（ ）

定時器初始化函數（ ）

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

定時器中斷函數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，需要不斷反復執行的有4個：顯示函數（）、按鍵掃描函數（）、中斷函數1（）、中斷函數2（）。這4個中，中斷函數1（）和中斷函數2（）反復定時時間長和時間基準要求較高，所以安排到中斷函數中比較合理。顯示函數（）和按鍵掃描函數（）時間基準要求不太嚴格則可安排到main（）的while（1）無限循環中執行。其它二個子函數則供臨時調用。這樣，我們把各個功能程序、函數安排分布到各個中斷函數、主函數、子函數中，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，數據處理運算的思路方法。單片機的程序算法要盡量運算簡單，節約時間。一個算法的運行效率一般用空間復雜度與時間復雜度來衡量。算法的時間復雜度是指算法需要消耗的時間資源。算法的空間復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、執行位置是我們程序設計的一個重要思路，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）傳遞到本函數的加減語句中和中斷函數2中;第二個全局變量（加減后的值）則傳遞到中斷函數1中去更新相應位的數值。

5 總結

在單片機C程序的設計和編寫工作中，設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）在安排布置反復執行的功能程序、函數時，首先把定時時間長和時間基準要求較高的程序、函數安排到中斷函數中;其它的一般無限循環執行類函數則安排到主函數的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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