编程思想总结.pdf

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1、编程思想总结编程思想总结 梅林 学习单片机这么久，真正明白”编程思想”这个词的含义还在是最近的一段时间，我上次写的那个电子钟和温度计的程序中毫无思想可言，这也导致了我为了写好这个程序花了三个通宵的时间。倘若我早就知道一些编程思想方面的知识，我想我是不会花这么长时间的。自己走过的弯路，当然记忆深刻，所以我总结出了这篇文章，旨在提醒自己以后在编写程序时，能够先从编程思想的角度来考虑问题。这篇文章中我收集了 4 个例子，每一个例子中都包含着不同的编程思想。第一个例子用的是“时间驱动”的思想，原文的作者写的是“时间片轮询”，但我想这容易与分时操作系统中的时间片轮询产生混淆。所以我自己想出了“时间驱动”

2、这个词。这个例子也是我个人体会最深的例子了。第二个例子我主要是想说“状态机”的思想，虽然这不是该程序的作者想要讲述的重点。本来我也是想找一个能很好说明状态机的应用的例子程序，但找了好久都找不到合适的，最后我发现这个例子中的按键处理程序用的是状态机思想，所以我就收录了这个例子。第三个例子，应该称不上什么编程思想，但在我看了这个程序后，觉得很有收获，觉得以后可能会用到这种方法，所以也收录了下来，就算凑个数吧。这个例子讲的是队列的使用。我想队列的主要作用是为了匹配两个速度不相同的设备吧。具体的我也没去尝试。第四个例子，描述的是“面向对象“的思想。面向对象的思想，我以前在一篇文章中看到过的。文章里面主

3、要说的是如何使用面向对象的思想来编多级菜单。但是在那个例子中有很多省略的部分，而且对于如何编写多级菜单的问题我至今也没搞清楚，所以就不敢贴出来了。于是我自己写了一个简单的小程序，和前面三个例子比起来，这个程序显得特别简陋，还希望大家不要笑话哈！在这个例子中，我把 LED 的显示，关闭，延时这三个函数用一个结构体给封装了起来。可能大家在看了程序之后，会觉得我这样做实在是很牵强。但我想表达的是 LED 的显示，关闭，延时这三个操作是 LED 这个类的固有属性，所以可以把它们封装起来。讲了这么多，大家千万不要以为我已经熟练的掌握了这些知识！我已经说了，我也是最近才对编程思想有些体会的。回想起我大一大

4、二疯狂玩 CS 的那个时候，其实我早就知道了雷达的使用，以及它的重要性，但真正到熟练运用雷达的时候已经差不多是一年以后的事情了，这期间，因没看雷达而导致的“冤死”现象不计其数。例一：例一：小容量单片机系统的小容量单片机系统的 C 语言程序结构语言程序结构 引引 言：言：2002 年初，笔者着手写一个 IC 卡预付费电表的工作程序，该电表使用 Philips 公司的 8 位 51 扩展型单片机 87LPC764，要求实现很多功能，包括熄显示、负荷计算与控制、指示闪烁以及电表各种参数的查询等，总之，要使用时间的单元很多。笔者当时使用 ASM51 完成了这个程序的编写，完成后的程序量是 2KB 多一

5、点。后来，由于种种原因，这个程序并没有真正使用，只是作了一些改动之后用在一个老化设备上进行计时与负荷计算。约一年后，笔者又重新改写了这些代码。1系统的改进系统的改进 可以说，这个用 ASM51 实现的代码是没有什么组织性可言的，要什么功能就加入什么功能，弄得程序的结构非常松散，其实这也是导致笔者最终决定重新改写这些代码的原因。大家知道，87LPC764 有 4KB 的 Flash ROM，而笔者的程序量只有 2KB 多点，因而第一个想法是改用 C语言作为主要的开发语言，应该不至于导致代码空间不够用。其次，考虑到需要定时功能的模块(或称任务，以下统称任务)较多，有必要对这些任务进行有序的管理。笔

6、者考虑使用时间片轮询方式，即给每个要求时间管理的任务以一个时间间隔，时间间隔一到，即运行其代码，达到合理使用系统定时器资源的目的。就 51系统而言，一般至少一个定时器可用来进行时间片的轮询。基于以上的想法，构造了下述数据类型。typedef unsigned char uInt8 typedef struct void(*proc)(void);/处理程序 uInt8 ms_count;/时间片大小 _op_;数据结构定义好之后，接着就是实现代码，包括三部分，即初始化数据、时间片的刷新与时间到执行。初始化数据。#define proc_cnt 0 x08/定义过程或任务数量 /任务栈初始化 c

7、ode _op_ Opproc_cnt=ic_check，10，disp_loop，100，calc_power，150，set_led，2，;/设置时间片初始值 data uInt8 time_valproc_cnt=10，100，150，2，;时间片刷新。void time_int1(void)interrupt 3 uInt8 cnt;Time_Counter:=Time_Unit;for(cnt=0;cntproc_cnt;cnt+)time_valcnt-;任务的执行。void main(void)uInt8 cnt;init();/程序初始化 interrupt_on();/打开中

8、断 do for(cnt=0;cntproc_cnt;cnt+)if(!time_valcnt)time_valcnt=Opcnt.ms_count;Opcnt.proc();while(1);在上面的结构定义中，proc 是不能带参数的，各任务之间的通信可以定义一个参数内存块，通过一种机制进行数据信息交互，如定义一个全局变量。对于小容量单片机系统而言，需要这样做的任务并不多，总任务量也不会太多，因而这种协调并不太难处理。也许大家都有这样的认识，即一个实时系统中，差不多所有的具体任务都是有时间属性的，即使是不需要定时的过程或任务，也不见得要时时进行查询与刷新。如 IC 卡介质检测，保证每秒一次

9、就足够了。因而，这些任务也可以列入到这个结构中来。在以上的程序代码中，考虑到单片机系统的 RAM 限制，不能像一些实时 OS 那样将任务栈建立在 RAM中。笔者将任务栈建立在代码空间，因而不能在程序运行时动态地加入任务，因此要求在程序编译时，任务栈已经确定。同时，定义一组计数值旗标 time_val，记录程序运行时的时间量，并在一个定时器中断中对其进行刷新。改变时间片刷新中断过程语句 Time_Counter:=Time_Unit;中的 Time_Unit，可以改变系统时间片的刷新粒度，一般这个值由系统的最小时间度量值确定。同时，由任务的执行流程可知，此种系统构造并没有改变其前/后台系统的性质

10、，只是对后台逻辑操作序列进行了有效管理。同时，如果将任务执行流程进行一些更改，并保证时间片小的任务前置，如下述程序。do for(cnt=0;cnt if(!time_valcnt)time_valcnt=Opcnt.ms_count;Opcnt.proc();break;/执行完成后，重新进行优先调度 while(1);则系统变为一个以执行频率为优先级的任务调度系统。当然，设置此种方式得非常小心，并要注意时间片的分配，如果时间片过小，则可能导致执行频率较低的任务难以被执行；而如果存在两个同样的时间片，则更加危险，可能导致第二个具有相同时间片的任务不被执行，因而，时间片的分配要合理，并保证其唯

11、一性。2性能分析与任务拆分性能分析与任务拆分 以上两种任务管理方式，前一种按任务栈的顺序与时间片的大小依次进行调度，暂且称其为流水作业调度；而后一种，且称其为频率优先调度。两种方式各有优缺点。流水作业调度的各任务具有等同优先级，时间片一到即会被按序调用，时间片大小的次序与唯一性不作要求；缺点是可能导致时间片小的，即要求执行得较快的任务等待过长的时间。频率优先调度的各任务按其时间片的大小，即执行频率划分优先级，时间片小的任务，其执行频率高，总是具有较高的优先权，但时间片的分配得协调，否则可能会导致执行频率低的任务长时间等待。要特别注意的是，两种方式都有可能导致一些任务长时间等待，时间片所设定的时

12、间也因此不能作为精确时间的依据，根据系统的要求或需要，甚至要在任务执行过程中进行某些保护工作，如中断屏蔽等，因而在进行任务规划时要注意。如果一个任务较繁琐或可能要等待很长时间，则应当考虑任务的拆分，把一个较大的任务细化为较小的任务，把一个费时长的任务划分为多个费时小的任务，协同完成其功能。如在等待时间长的情况下，可附加一个定时任务，定时任务到则发送一个消息旗标，主过程没有检测到消息旗标就马上返回，否则继续执行。下面是示例代码，假定该任务将等待很长时间，现将其拆分为两个任务 proc1 与 proc2协同完成原来的工作，proc1 每 100 个时间单位执行一次，而 proc2 每 200 个时

13、间单位执行一次。/定义两个任务，并将其加入到任务栈中。code _op_ Opproc_cnt=，proc1，100，proc2，200;data int time1_Seg;/定义一个全局旗标 /任务实现 void proc1(void)if(time1_Seg)exit;else time1_Seg=const_Time1;/如果时间到了，则恢复初值并 /接着执行下列代码。/任务实际执行代码 void proc2(void)if(time1_Seg)time1_Seg-;由上例可以看出，任务拆分后，几乎不占过多的 CPU 时间，使得任务的等待时间大减，让 CPU 有足够的时间进行任务管理与

14、调度。同时也让程序的结构性与可读性大为加强。结结 语语 基于上述思路与结构对 IC 卡电表工作程序进行全部改写后，系统的结构性能得到了很大改善。全部编写完成后，程序代码量约为 3KB 多一点，可见此种结构的程序构造并不会造成很大的系统开销(大部分开销是由于使用 C 的结果)，却使开发得到了简化。这只要将系统细分为一系列任务，然后加入到任务栈进行编译即可，很适合小容量单片机系统的开发，而笔者也在多个系统中成功地应用了此种结构 例二：例二：程序的多任务和资源复用举例程序的多任务和资源复用举例 作者：佚名 有一台机电设备，有两个按键，控制设备的两个不同部分。现要求：每个按键按下，相应控制程序运行。但

15、两个按键可以同时按下，就是说两个控制程序可能需要同时运行。使用一个 89C52，如何编写程序？注：此程序不使用 RTOS 等操作系统。/*程序说明 一）产生波形可以使用中断中计数来产生精确的波形。本答案中为更能体现程序的多任务和资源复用问题，采用主程序循环产生。二）请特别注意，题意是两个程序在并发运行，实际按本答案可以扩展到 N 个不同任务同时运行，在此就不讨论。（对大程序结构增加了很多其它的概念）三）因为在论坛上直接贴出，所以程序放在一个文件中。应该按 Timer.c,Key.c,Const.h(存放常量定义）,Task1,Task2,Answer.c 存放 */i nclude /*Tim

16、er*/bit fTimer0_2ms;/*T0 中断产生的标志,准备传递给主循环*/bit fSYS_2ms;/*系统 T0 中断产生的标志,12M，主循环使用*/bit fSYS_20ms;/*每 20MS 产生一次的消息*/#define INT2MSCOUNT 10 /*产生 2MS 所需要的时间次数*/unsigned char data mTimer_2msReg=INT2MSCOUNT;/*产生 2MS 所需要的寄存器*/*产生 20MS 所需要的时间次数,在 20MS 基础上*/#define INT20MSCOUNT 10 /*产生 20MS 所需要的寄存器，在 20MS 基

17、础上*/unsigned char data mTimer_20msReg=INT20MSCOUNT;/*KEY*/unsigned char data mKey1SwapTask;/*按键任务寄存器*/unsigned char data mKey2SwapTask;/*按键任务寄存器*/sbit iKey1=P10;/*按键的输入口*/sbit iKey2=P11;bit fKey1;/*为简单化，没使用队列保存键值，使用标志*/bit fKey2;/*为简单化，没使用队列保存键值，使用标志*/*Task1*/unsigned char data mTask1Id;/*任务一的任务号*/u

18、nsigned char data mTask1_1HzReg;/*1hz 时间寄存器*/unsigned int data mTask1_2SReg;/*2S 时间寄存器*/sbit oTask1=P12;/*输出方波口*/*Task2*/unsigned char data mTask2Id;/*任务二的任务号*/unsigned char data mTask2_1p2HzReg;/*1.2hz 时间寄存器*/sbit oTask2=P13;/*输出方波口*/*-*/*产生以 1MS 为基础的系统定时信号，T0 作为基准定时器*/*定时器 T0 初始化 0.2MS，12M */void

19、Timer0_Init()TMOD|=0 x2;/*8 位定时器*/TL0=TH0=(200)+1;/*12M*/TR0=1;ET0=1;/*定时器 0 的中断服务，产生 fTimer0_2ms */void timer0(void)interrupt 1/*T0 中断*/mTimer_2msReg-;if(mTimer_2msReg=0)mTimer_2msReg=INT2MSCOUNT;/*产生 1MS 所需要的寄存器*/fTimer0_2ms=1;/*控制消息 fSYS_2ms */void Timer0_MainLoop()fSYS_2ms=0;fSYS_20ms=0;if(fTime

20、r0_2ms)fTimer0_2ms=0;/*接收中断过来的时间标志，转换为消息*/fSYS_2ms=1;/*此消息在一周内有效，被外部程序复用*/*产生 20MS 的消息*/mTimer_20msReg-;if(mTimer_20msReg=0)mTimer_20msReg=INT20MSCOUNT;/*产生 20MS 所需要的寄存器，在 20MS 基础上*/fSYS_20ms=1;/*-*/*按键扫描，包含两个扫描任务*/*每次系统时间进入一次，20ms.这里把 20MS 判断放进来，好看点 按键扫描循环 为简单化，没使用队列保存键值，使用标志 那些重复发出 N 键，在这个结构中非常容易加

21、上 */void Key_MainLoop()if(fSYS_20ms=0)return;switch(mKey1SwapTask)case 0:/*有按键按下吗?*/if(iKey1=0)mKey1SwapTask=1;break;case 1:/*键按下去抖延时*/mKey1SwapTask=2;/*延时一个系统时间*/break;case 2:/*键值判断*/if(iKey1=0)fKey1=1;/*按键有效*/mKey1SwapTask=3;/*去按键去抖*/else mKey1SwapTask=0;/*抖动*/break;case 3:/*有松开吗?*/if(iKey1=1)mKey

22、1SwapTask=4;break;case 4:/*键松开去抖延时*/mKey1SwapTask=5;/*延时一个系统时间*/break;case 5:/*键值判断*/if(iKey1=1)mKey1SwapTask=0;/*去按键检测开始*/else mKey1SwapTask=3;/*抖动*/break;switch(mKey2SwapTask)case 0:/*有按键按下吗?*/if(iKey2=0)mKey2SwapTask=1;break;case 1:/*键按下去抖延时*/mKey2SwapTask=2;/*延时一个系统时间*/break;case 2:/*键值判断*/if(iK

23、ey2=0)fKey2=1;/*按键有效*/mKey2SwapTask=3;/*去按键去抖*/else mKey2SwapTask=0;/*抖动*/break;case 3:/*有松开吗?*/if(iKey2=1)mKey2SwapTask=4;break;case 4:/*键松开去抖延时*/mKey2SwapTask=5;/*延时一个系统时间*/break;case 5:/*键值判断*/if(iKey2=1)mKey2SwapTask=0;/*去按键检测开始*/else mKey2SwapTask=3;/*抖动*/break;/*-*/*任务一*/*一个部分输出 1HZ 的方波，2S 后停止

24、。*/void Task1_MainLoop()switch(mTask1Id)case 0:if(fKey1)fKey1=0;/*接收该键值*/mTask1_1HzReg=500/2;/*1hz 时间寄存器,500ms,以 2MS 为单位*/mTask1_2SReg=2000/2;/*2S 时间寄存器，500ms,以 2MS 为单位*/oTask1=0;mTask1Id=1;break;case 1:if(fSYS_2ms)mTask1_1HzReg-;if(mTask1_1HzReg=0)oTask1=oTask1;mTask1_1HzReg=500/2;/*1hz 时间寄存器,500ms

25、,以 2MS 为单位*/mTask1_2SReg-;if(mTask1_2SReg=0)oTask1=1;/*2S 时间到*/mTask1Id=0;break;/*-*/*任务二*/*一个一直输出 1.2hz 的方波，直到按键再次按 */void Task2_MainLoop()switch(mTask2Id)case 0:if(fKey2)fKey2=0;/*接收该键值*/mTask2_1p2HzReg=416/2;/*1hz 时间寄存器,832/2ms,以 2MS 为单位*/oTask2=0;mTask2Id=1;break;case 1:if(fKey2)fKey2=0;oTask2=1

26、;mTask2Id=0;else if(fSYS_2ms)mTask2_1p2HzReg-;if(mTask2_1p2HzReg=0)oTask2=oTask1;mTask2_1p2HzReg=416/2;/*1hz 时间寄存器,832/2ms,以 2MS 为单位*/break;/*-*/*主程序*/void main()Timer0_Init();EA=1;while(1)Timer0_MainLoop();Key_MainLoop();Task1_MainLoop();Task2_MainLoop();例三：例三：在在 c51 上实现的队列上实现的队列/*File:q.c Descript

27、ion:在 51 上实现的队列 Author: August,22th,2005*/i nclude#define MAXQ 10 typedef struct uchar QArrayMAXQ;uchar front;uchar rear;Q;void InitQueue(Q *q)q-front=0;q-rear=0;bit EnQueue(uchar x,Q*q)q-rear=(q-rear+1)%MAXQ;q-QArrayq-rear=x;return 1;uchar DelQueue(Q*q)q-front=(q-front+1)%MAXQ;return q-QArrayq-fron

28、t;bit IsQEmpty(Q*q)if(q-front=q-rear)return 1;else return 0;bit IsQFull(Q*q)if(q-rear)+1)%MAXQ=(q-front)return 1;else return 0;i nclude /*Fucntion:delay100MS(char x)Description:delay for 10 us Parameter:x delay for 1MS Author: Date:July,7th,2005*/void delay100MS(uchar x)uchar k,j,i;x=x1;for(k=0;kx;k

29、+)for(i=0;i100;i+)for(j=0;j255;j+)_nop_();Q qq;void main()uchar i;InitQueue(&qq);while(!IsQFull(&qq)EnQueue(i+,&qq);while(1)if(!IsQEmpty(&qq)P0=DelQueue(&qq);delay100MS(10);/*NOTE:在键盘输入显示上,队列很有效!*/例四：例四：LED 显示程序显示程序 6666665432106543210012345012345012345012345012345XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0

30、.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52A1B2C3E16

31、E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274LS138/*led.h 文件*#ifndef Led_H_H#define Led_H_H#define uchar unsigned char#define uint unsigned int typedef uchar num;typedef uchar position;typedef uint time;struct LED void(*Disp)(num,position);void(*Close)();void(*Delay)(time);extern void Led_disp(num,positi

32、on);extern void Led_close();extern void Led_delay(time);#endif /*led.c 文件*#include#include const uchar LedData10=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;void Led_disp(num i,position j)P1=LedDatai;P0=j;void Led_close()P0=0 xff;void Led_delay(time x)unsigned int i;for(i=0;ix;i+);/*main.c 文件*#include#include#define uchar unsigned char void main(void)uchar i;struct LED led=&Led_disp,&Led_close,&Led_delay;/初始化 P0=P1=0;while(1)for(i=0;i6;i+)led.Disp(i,i);led.Delay(20000);led.Close();led.Delay(50000);THE END