單片機模塊化編程

1、單片機模塊化編程當你在一個項目小組做一個相對較復(fù)雜的工程時,意味著你不再獨自單干。你需要和你的小組成員分工合作,一起完成項目,這就要求小組成員各自負責(zé)一部分工程。比如你可能只是負責(zé)通訊或者顯示這一塊。這個時候,你就應(yīng)該將自己的這一塊程序?qū)懗梢粋€模塊,單獨調(diào)試,留出接口供其它模塊調(diào)用。最后,小組成員都將自己負責(zé)的模塊寫完并調(diào)試無誤后,由項目組長進行組合調(diào)試。像這些場合就要求程序必須模塊化。模塊化的好處是很多的,不僅僅是便于分工,它還有助于程序的調(diào)試,有利于程序結(jié)構(gòu)的劃分,還能增加程序的可讀性和可移植性。初學(xué)者往往搞不懂如何模塊化編程,其實它是簡單易學(xué),而且又是組織良好程序結(jié)構(gòu)行之有效的方法之一.

2、本文將先大概講一下模塊化的方法和注意事項,最后將以初學(xué)者使用最廣的keil c編譯器為例,給出模塊化編程的詳細步驟。模塊化程序設(shè)計應(yīng)該理解以下概述:(1模塊即是一個.c 文件和一個.h 文件的結(jié)合,頭文件(.h中是對于該模塊接口的聲明;這一條概括了模塊化的實現(xiàn)方法和實質(zhì):將一個功能模塊的代碼單獨編寫成一個.c文件,然后把該模塊的接口函數(shù)放在.h文件中.舉例:假如你用到液晶顯示,那么你可能會寫一個液晶驅(qū)動模塊,以實現(xiàn)字符、漢字和圖像的現(xiàn)實,命名為: led_device.c,該模塊的.c文件大體可以寫成:cppview plaincopyprint?1./*2.* 液晶驅(qū)動模塊3.*4.* 文件

3、: lcd_device.c5.* 編寫人: 小瓶蓋6.* 描述:液晶串行顯示驅(qū)動模塊,提供字符、漢字、和圖像的實現(xiàn)接口7.* 編寫時間: 2009.07.038.* 版本:1.29.*/10.#include 11.12./定義變量13. unsigned char value;/全局變量14.15./定義函數(shù)16./這是本模塊第一個函數(shù),起到延時作用,只供本模塊的函數(shù)調(diào)用,所以用到static關(guān)鍵字修飾17./*延時子程序*/18.static void delay (uint us /delay time19.20./這是本模塊的第二個函數(shù),要在其他模塊中調(diào)用21./*寫字符程序*22.

4、* 功能:向LCD寫入字符23.* 參數(shù):dat_comm 為1寫入的是數(shù)據(jù),為0寫入的是指令24.content 為寫入的數(shù)字或指令25.*/26.void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content0./* END Files*/注:此處只寫出這兩個函數(shù),第一個延時函數(shù)的作用范圍是模塊內(nèi),第二個,它是其它模塊需要的。為了簡化,此處并沒有寫出函數(shù)體.h文件中給出模塊的接口.在上面的例子中,向LCD寫入字符函數(shù):wr_lcd (uchardat_comm,uchar content就是一個接口函數(shù),因為其它模塊會調(diào)用它,那么.h文件中就必須將這

5、個函數(shù)聲明為外部函數(shù)(使用extrun關(guān)鍵字修飾,另一個延時函數(shù):void delay (uint us只是在本模塊中使用(本地函數(shù),用static關(guān)鍵字修飾,因此它是不需要放到.h 文件中的。.h文件格式如下:cppview plaincopyprint?1./*2.* 液晶驅(qū)動模塊頭文件3.*4.* 文件: lcd_device.h5.* 編寫人: 小瓶蓋6.* 編寫時間: 2010.07.037.* 版本:1.08.*/9./聲明全局變量10.extern unsigned char value;11./聲明接口函數(shù)12.extern void wr_lcd (uchar dat_com

6、m,uchar content; /向LCD寫入字符13.14./* END Files*/這里注意三點:1. 在keil 編譯器中,extern這個關(guān)鍵字即使不聲明,編譯器也不會報錯,且程序運行良好,但不保證使用其它編譯器也如此。強烈建議加上,養(yǎng)成良好的編程規(guī)范。2. .c文件中的函數(shù)只有其它模塊使用時才會出現(xiàn)在.h文件中,像本地延時函數(shù)static void delay (uint us即使出現(xiàn)在.h文件中也是在做無用功,因為其它模塊根本不去調(diào)用它,實際上也調(diào)用不了它(static關(guān)鍵字的限制作用。3.注意本句最后一定要加分號”;”,相信有不少同學(xué)遇到過這個奇怪的編譯器報錯: errorC

7、132: 'xxxx': not in formal parameter list,這個錯誤其實是.h的函數(shù)聲明的最后少了分號的緣故。模塊的應(yīng)用:假如需要在LCD菜單模塊lcd_menu.c中使用液晶驅(qū)動模塊lcd_device.c中的函數(shù)void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content,只需在LCD菜單模塊的lcd_menu.c 文件中加入液晶驅(qū)動模塊的頭文件lcd_device.h即可.cppview plaincopyprint?1./*2.* 液晶菜單模塊3.*4.* 文件: lcd_menu.c5.* 編寫人: 小瓶蓋6.* 說明:L

8、CD菜單模塊,最多實現(xiàn)256級菜單,與硬件無關(guān)。7.* 編寫時間: 2010.07.038.* 版本:1.09.*/10.#include“l(fā)cd_device.h /包含液晶驅(qū)動程序頭文件,之后就可以在該.c文件中調(diào)用/lcd_device.h中的全局函數(shù),使用液晶驅(qū)動程序里的全局/變量(如果有的話。11.12./調(diào)用向LCD寫入字符函數(shù)13.wr_lcd (0x01,0x30;14.15./對全局變量賦值16.value=0xff;17.(2某模塊提供給其它模塊調(diào)用的外部函數(shù)及數(shù)據(jù)需在.h 中文件中冠以extern 關(guān)鍵字聲明;這句話在上面的例子中已經(jīng)有體現(xiàn),即某模塊提供給其它模塊調(diào)用的外

9、部函數(shù)和全局變量需在.h 中文件中冠以extern 關(guān)鍵字聲明,下面重點說一下全局變量的使用。使用模塊化編程的一個難點(相對于新手就是全局變量的設(shè)定,初學(xué)者往往很難想通模塊與模塊公用的變量是如何實現(xiàn)的,常規(guī)的做法就是本句提到的,在.h文件中外部數(shù)據(jù)冠以extern關(guān)鍵字聲明。比如上例的變量value就是一個全局變量,若是某個模塊也使用這個變量,則和使用外部函數(shù)一樣,只需在使用的模塊.c文件中包含#include“l(fā)cd_device.h”即可。另一種處理模塊間全局變量的方法來自于嵌入式操作系統(tǒng)uCOS-II,這個操作系統(tǒng)處理全局變量的方法比較特殊,也比較難以理解,但學(xué)會之后妙用無窮,這個方法只

10、需用在頭文件中定義一次。方法為:在定義所有全局變量(uCOS-II將所有全局變量定義在一個.h文件內(nèi)的.h頭文件中: cppview plaincopyprint?1.#ifdef xxx_GLOBALS2.#define xxx_EXT3.#else4.#define xxx_EXT extern5.#endif.H 文件中每個全局變量都加上了xxx_EXT的前綴。xxx 代表模塊的名字。該模塊的.C文件中有以下定義:cppview plaincopyprint?1.#define xxx_GLOBALS2.#include "includes.h"當編譯器處理.C文件時

11、,它強制xxx_EXT(在相應(yīng).H文件中可以找到為空,(因為xxx_GLOBALS已經(jīng)定義。所以編譯器給每個全局變量分配內(nèi)存空間,而當編譯器處理其他.C 文件時,xxx_GLOBAL沒有定義,xxx_EXT 被定義為extern,這樣用戶就可以調(diào)用外部全局變量。為了說明這個概念,可以參見uC/OS_II.H,其中包括以下定義:cppview plaincopyprint?1.#ifdef OS_GLOBALS2.#define OS_EXT3.#else4.#define OS_EXT extern5.#endif6.OS_EXT INT32U OSIdleCtr;7.OS_EXT INT32

12、U OSIdleCtrRun;8.OS_EXT INT32U OSIdleCtrMax;同時,uCOS_II.H 有中以下定義:#define OS_GLOBALS#include “includes.h”當編譯器處理uCOS_II.C 時,它使得頭文件變成如下所示,因為OS_EXT 被設(shè)置為空。INT32U OSIdleCtr;INT32U OSIdleCtrRun;INT32U OSIdleCtrMax;這樣編譯器就會將這些全局變量分配在內(nèi)存中。當編譯器處理其他.C 文件時,頭文件變成了如下的樣子,因為OS_GLOBAL沒有定義,所以O(shè)S_EXT 被定義為extern。extern INT

13、32U OSIdleCtr;extern INT32U OSIdleCtrRun;extern INT32U OSIdleCtrMax;在這種情況下,不產(chǎn)生內(nèi)存分配,而任何 .C文件都可以使用這些變量。這樣的就只需在 .H文件中定義一次就可以了。(3模塊內(nèi)的函數(shù)和全局變量需在.c 文件開頭冠以static 關(guān)鍵字聲明;這句話主要講述了關(guān)鍵字static的作用。Static是一個相當重要的關(guān)鍵字,他能對函數(shù)和變量做一些約束,而且可以傳遞一些信息。比如上例在LCD驅(qū)動模塊.c文件中定義的延時函數(shù)static void delay (uint us,這個函數(shù)冠以static修飾,一方面是限定了函數(shù)的

14、作用范圍只是在本模塊中起作用,另一方面也給人傳達這樣的信息:該函數(shù)不會被其他模塊調(diào)用。下面詳細說一下這個關(guān)鍵字的作用,在C 語言中,關(guān)鍵字static 有三個明顯的作用:1.在函數(shù)體,一個被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用過程中維持其值不變。2.在模塊內(nèi)(但在函數(shù)體外,一個被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所用函數(shù)訪問,但不能被模塊外其它函數(shù)訪問。它是一個本地的全局變量。3.在模塊內(nèi),一個被聲明為靜態(tài)的函數(shù)只可被這一模塊內(nèi)的其它函數(shù)調(diào)用。那就是,這個函數(shù)被限制在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。前兩個都比較容易理解,最后一個作用就是剛剛舉例中提到的延時函數(shù)(static void delay (uin

15、t us,本地化函數(shù)是有相當好的作用的。(4永遠不要在.h 文件中定義變量!呵呵,似乎有點危言聳聽的感覺,但我想也不會有多少人會在.h文件中定義變量的。比較一下代碼:代碼一:cppview plaincopyprint?1./*module1.h*/2.int a = 5; /* 在模塊1 的.h 文件中定義int a */3./*module1 .c*/4.#include "module1.h" /* 在模塊1 中包含模塊1 的.h 文件 */5./*module2 .c*/6.#include "module1.h" /* 在模塊2 中包含模塊1

16、的.h 文件 */7./*module3 .c*/8.#include "module1.h" /* 在模塊3 中包含模塊1 的.h 文件 */以上程序的結(jié)果是在模塊1、2、3 中都定義了整型變量a,a 在不同的模塊中對應(yīng)不同的地址元,這個世界上從來不需要這樣的程序。正確的做法是:代碼二:cppview plaincopyprint?1./*module1.h*/2.extern int a; /* 在模塊1 的.h 文件中聲明int a */3./*module1 .c*/4.#include "module1.h" /* 在模塊1 中包含模塊1 的.

17、h 文件 */5.int a = 5; /* 在模塊1 的.c 文件中定義int a */6./*module2 .c*/7.#include "module1.h" /* 在模塊2 中包含模塊1 的.h 文件 */8./*module3 .c*/9.#include "module1.h" /* 在模塊3 中包含模塊1 的.h 文件 */這樣如果模塊1、2、3 操作a 的話,對應(yīng)的是同一片內(nèi)存單元。注:一個嵌入式系統(tǒng)通常包括兩類(注意是兩類,不是兩個模塊:(1硬件驅(qū)動模塊,一種特定硬件對應(yīng)一個模塊;(2軟件功能模塊,其模塊的劃分應(yīng)滿足低偶合、高內(nèi)聚的要

18、求。下面以keil C 編譯器為例,講一下模塊化編程的步驟。下面這個程序分為三層,共7個模塊,共同為主程序服務(wù)(它們之間也會相互調(diào)用。程序的結(jié)構(gòu)圖如下所示: 程序主要模塊和功能簡介:一. 底層驅(qū)動1. 紅外鍵盤:程序通過紅外鍵盤進行操作。紅外鍵盤獨占定時器0和外部中斷0,以實現(xiàn)紅外解碼和鍵盤鍵值的識別。紅外鍵盤定義了五個按鍵,分別為上翻、下翻、左翻、右翻和確認鍵。2. LCD液晶顯示:程序主要通過LCD顯示信息,LCD液晶顯示驅(qū)動提供顯示漢字、圖形和ASCII碼的函數(shù)接口。可以全屏、單行顯示漢字,任意位置顯示ASCII碼,還可以全屏、半屏顯示圖形。二. 功能模塊1. LCD菜單程序:菜單程序可

19、以使人機交互更加方便、容易。本菜單程序的菜單級別深度受RAM大小的限制,每增加一級菜單將多消耗4字節(jié)的RAM。菜單程序主要完成菜單功能函數(shù)的調(diào)度,LCD顯示刷新。2. 計算器程序:實現(xiàn)65536以內(nèi)的加、減、乘、除,超出范圍會出現(xiàn)溢出,溢出發(fā)生時, LCD顯示“錯誤:出現(xiàn)溢出”的錯誤提示,同時本次運算被忽略。對于負數(shù)會顯示“-”號,除數(shù)為零時LCD顯示“錯誤:除數(shù)為零”的錯誤提示。3. 開機次數(shù)記憶程序:主要對基于IIC總線的EEPROM進行讀寫,單片機每次上電后,將開機次數(shù)寫入EEPROM.4. 串口測試程序:進入該程序后,單片機向電腦發(fā)送字符串“Hello Word!”,發(fā)送數(shù)字24 (以

20、字符的形式顯示。編寫此程序的目的是為了能夠方便的向電腦發(fā)送字符串和變量,便于程序的調(diào)試。串口占用串口資源,與頻率測量程序共享定時器15. 頻率測量:復(fù)用定時器1,占用外部中斷1,實現(xiàn)520KHZ頻率的測量.三. 主程序主程序主要完成程序的初始化,LCD菜單顯示,監(jiān)視鍵盤程序并根據(jù)鍵值更新菜單。步驟為:1.新建工程。2.點擊FileNew(或者點擊快捷圖標:,新建一個文檔。3.點擊FileSave(或者點擊快捷圖標:,保存新建的文檔,在文件名后填寫LCD_device.c(液晶驅(qū)動模塊: LCD_device,提供顯示漢字、字符和圖像的接口,點擊確定。在該文檔內(nèi)編寫LCD驅(qū)動程序。4. 點擊FileNew(或者點擊快捷