單片機(jī)模塊化編程方法

　　目前我們?cè)趯W(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)單片機(jī)時(shí)廣泛采用 c 語(yǔ)言進(jìn)行編程，當(dāng)我們開(kāi)發(fā)的單片機(jī)項(xiàng)目較小時(shí)，或者我們所寫(xiě)的練習(xí)程序很小時(shí)，我們總是習(xí)慣于將所有代碼編寫(xiě)在同一個(gè) c 文件下，由于程序代碼量較少，通常為幾十行或者上百行， 此時(shí)這種操作是可行方便的， 也沒(méi)有什么問(wèn)題。但如果要開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目較大，代碼量上千行或者上萬(wàn)行甚至更大，如果你還繼續(xù)將所有代碼全部編寫(xiě)在僅有的一個(gè) c 文件下， 這種方式的弊病會(huì)凸顯出來(lái)， 它會(huì)給代碼調(diào)試、更改及后期維護(hù)都會(huì)帶來(lái)極大的不便。試想一下，當(dāng)你嘗試著從幾千幾萬(wàn)行代碼中定位到某一位置或者去尋找某一錯(cuò)誤點(diǎn)，上下拉動(dòng)巨長(zhǎng)的滾動(dòng)條慢慢地、一點(diǎn)點(diǎn)地瀏覽整個(gè) c 文件， 是件多么令人眼花繚亂，頭昏腦脹的事。 模塊化編程可解決這個(gè)問(wèn)題，我們只要根據(jù)實(shí)際需要使用模塊化編程的思維將具有不同功能的程序封裝在不同模塊中，將各個(gè)不同模塊存放在不同的 c 文件中。 模塊化編程后的程序不但使整體的程序功能結(jié)構(gòu)清晰明了，同時(shí)也提高程序代碼的利用率，有些模塊代碼我們可以直接進(jìn)行移植或者經(jīng)簡(jiǎn)單修改就可另作他用，好比封裝好的函數(shù)。
　　那么什么是模塊化呢？首先我們來(lái)簡(jiǎn)單來(lái)聊聊模塊概念，我們可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)電源模塊，通信模塊，這些是硬件模塊，它們都提供一些接口，譬如電源模塊會(huì)有輸出額定電壓電流的接口，通信模塊可能提供了 RS232、 USB 等接口。那么對(duì)軟件來(lái)說(shuō)模塊是怎樣的呢？軟件里的模塊跟硬件模塊類似，抽象地說(shuō)就像一個(gè)黑盒子，盒子內(nèi)部細(xì)節(jié)我們可以不予理會(huì)，我們只關(guān)心盒子給我們提供什么東西，即提供了什么接口，利用這些接口我們能實(shí)現(xiàn)什么功能。
我們把相對(duì)獨(dú)立，具有獨(dú)立功能用代碼編寫(xiě)在一個(gè) c 文件下，把需要對(duì)外的函數(shù)或變量進(jìn)行聲明供外部使用， 把不需要的細(xì)節(jié)盡可能對(duì)外部屏蔽起來(lái)，這就是軟件模塊化編程的思維。
這樣不同的模塊占用不同 c 文件，一個(gè)個(gè) c 文件將整個(gè)項(xiàng)目串接起來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的功能。

　　1. 模塊化編程的原則：
模塊化編程通常要遵循以下幾個(gè)原則：
　　? 每一個(gè) c 文件對(duì)應(yīng)一個(gè)同名的 h 頭文件
　　一個(gè) h 文件伴隨相應(yīng) c 文件存在， 頭文件是為了聲明對(duì)外公開(kāi)的接口。如果一個(gè) c 文件不需要對(duì)外公布任何接口，則其就不應(yīng)當(dāng)存在，除非它是程序的入口，如 main 函數(shù)所在的文件，同時(shí) main 函數(shù)所在文件可以沒(méi)有對(duì)應(yīng)的頭文件。 如有一個(gè) led.c，那應(yīng)該同時(shí)制作一個(gè) led.h 頭文件。
　　? 頭文件中適合放置接口的聲明，不適合放置實(shí)現(xiàn)

　　頭文件是模塊的對(duì)外的接口，供外部程序調(diào)用。頭文件中應(yīng)放置對(duì)外部的聲明，如對(duì)外提供的函數(shù)聲明、宏定義、變量類型聲明等。 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)、變量的賦值、語(yǔ)句的操作等決不能放在頭文件中。因?yàn)轭^文件的功能是向外提供接口，譬如函數(shù)，變量，具體如何實(shí)現(xiàn)是在 c 文件中進(jìn)行，頭文件僅是進(jìn)行了描述聲明。
　　? 任意一個(gè) c 文件只要使用了其他 c 文件提供的接口， 都要同時(shí)包含其對(duì)應(yīng)的頭文件，每個(gè) c 文件應(yīng)該頭文件自包含

　　任意一個(gè) c 文件只要使用了其他 c 文件提供的接口， 都要將其對(duì)應(yīng)的頭文件包含到該 c文件中，沒(méi)有使用到其他 c 文件的接口就不應(yīng)該將其匹配的頭文件包含，并且每個(gè) c 文件都應(yīng)該包含自己的頭文件。
　　? 防止頭文件被重復(fù)包含
　　避免一個(gè)頭文件被重復(fù)包含，通常使用條件編譯命令#ifndef--#endif,如下示例：
示例 1:

#ifndefTIME_H#defineTIME_H……#endif

示例 2：

#ifndefLED_H#defineLED_H……#endif

　　其中#define FILENAME_H 為基本格式， FILENAME_H 為頭文件名稱，但要全部使用大寫(xiě)形式，使用單下劃線后緊跟一個(gè) H 表明是頭文件。 不要在宏名最前面加上“ _"或“ __” ，即使用 FILENAME_H 代替_FILENAME_H_， 因?yàn)橐话阋?_"和” __"開(kāi)頭的標(biāo)識(shí)符為系統(tǒng)保留或者標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)使用。

2. 模塊化編程實(shí)例
　　我們使用 AT89C52 單片機(jī)，在編程軟件 keil 環(huán)境下實(shí)施一個(gè)工程，來(lái)說(shuō)明模塊化編程具體操作的方法和步驟。例子要實(shí)現(xiàn)的功能：和 P1 相連的 8 個(gè) LED 燈每 500ms 亮滅交替閃爍，通過(guò)串口將數(shù)字 0-9 發(fā)送給單片機(jī)并顯示在一個(gè)數(shù)碼管上。 LED 閃爍的時(shí)間使用定時(shí)器 0 中斷方式來(lái)控制， T0 每 50ms 溢出產(chǎn)生中斷，定義一個(gè)計(jì)數(shù)器，每次 T0 中斷就計(jì)數(shù)一次，累計(jì)計(jì)數(shù) 10 次，那么時(shí)長(zhǎng)為 500ms，作為 LED 閃爍時(shí)間間隔。 單片機(jī)的時(shí)鐘為11.0592MHz。那么使用模塊化編程的方法， 整個(gè)項(xiàng)目將會(huì)有如下表中的文件。
表 1 工程文件清單

　　2.1創(chuàng)建工程步驟
　　2.1.1新建工程文件目錄
　　新建工程文件目錄（如 test），在工程目錄下創(chuàng)建 Project、 Source、 Output、 Listing 和Readme 這 5 個(gè)文件夾，并在文件夾 Readme 下創(chuàng)建 Readme.txt 文件。 這樣做的目的是為
了增強(qiáng)工程文件的可讀性及結(jié)構(gòu)化，便于維護(hù)和管理。
? Project 存放工程文件
? Source 存放用戶編寫(xiě)的 c 文件及 h 頭文件
? Output 存放各種輸出文件，如 hex 文件
? Listing 存放編譯過(guò)程中產(chǎn)生的各種中間文件
? Readme 存放工程項(xiàng)目的說(shuō)明文件
　　2.1.2創(chuàng)建keil工程
（ 1） 啟動(dòng)軟件 Keil μVision， 點(diǎn)擊工具欄上的 Project，選擇 NewμVision Project,新建 test工程到目錄 Project 下。

（ 2） 選擇目標(biāo)器件，點(diǎn)擊“ OK”確認(rèn)。
（ 3） 出現(xiàn)是否添加啟動(dòng)文件到工程中對(duì)話框，選擇否。
（ 4） 目標(biāo)選項(xiàng)設(shè)置， 點(diǎn)擊 target option 工具進(jìn)入選項(xiàng)配置界面。
（ 5） 選中 Target 項(xiàng)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置晶振頻率。本例子頻率為 11.0592MHz。
（ 6） 選中 output 選項(xiàng)，點(diǎn)擊“ Select Folder for Objects…”選擇工程目錄下的 Output 文件夾， 將“ Create HEX File”勾選中。
（ 7） 選中 Listing 選項(xiàng)，點(diǎn)擊“ Select Folder for Listings…”選擇工程目錄下的 Listing 文件夾。
（ 8） 最后點(diǎn)擊“ OK”保存各選項(xiàng)的設(shè)置，至此完成 Target Option 的配置。
（ 9）新建 5 個(gè)文件，以 c 為后綴名保存到工程目錄的 Source 文件下，并分別命名為 main.c、led.c、 uart.c、 timer0.c 和 digitron.c。右擊“ Source Group1”選擇“ Add Existing Flies to Group‘Source Group1’”,將以上新建的 5 個(gè)文件添加到工程中。
(10) 至此，就完成整個(gè) keil 工程的創(chuàng)建。
（ 11） 工程 test 目錄文件結(jié)構(gòu)

　　3.程序代碼編寫(xiě)
　　3.1 LED閃爍文件
　　首先編寫(xiě) led.c 文件代碼，主要內(nèi)容就是 LED 閃爍實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，由于使用到 timer0.c 中TimeCounter 變量，故需要包含 timer0.h 頭文件。其程序代碼如下：

#include#include"led.h"#include"timer0.h"voidLight_LED(void){staticunsignedcharTickFlag=0;if(TimeCounter==0)//判斷500ms定時(shí)是否到{TickFlag=1;TimeCounter=10;}if(TickFlag==1)//每間隔500msP1口取反{P1=~P1;TickFlag=0;}}

這個(gè)文件中，僅有 Light_LED()函數(shù)提供給外部使用，故在 led.h 僅聲明該函數(shù)即可，聲明時(shí)要使用關(guān)鍵字 extern 表明該函數(shù)可供外部模塊使用， led.h 頭文件內(nèi)容如下：

#ifndefLED_H#defineLED_HexternvoidLight_LED(void);#endif

3.2定時(shí)器0中斷文件
定時(shí)器 0 文件 timer0.c 代碼如下：

#include#include"timer0.h"unsignedcharTimeCounter=10;voidTimer0Config(void){TMOD|=0x01;//定時(shí)器0工作在方式2，即16位計(jì)數(shù)器TH0=0x3C;TL0=0xB0;//定時(shí)器0重賦初值ET0=1;//使能定時(shí)器0中斷TR0=1;//開(kāi)啟定時(shí)器0}voidtimer0(void)interrupt1//定時(shí)器0中斷函數(shù){TH0=0x3C;TL0=0xB0;//定時(shí)器0重賦初值if(TimeCounter!=0){TimeCounter--;}}

其對(duì)應(yīng)的頭文要向 led.c 文件提供 TimeCounter 變量，向 main.c 提 Timer0Config 函數(shù)，因此要在頭文件中進(jìn)行聲明，具體內(nèi)容如下：

#ifndefTIMR0_H#defineTIMR0_HexternunsignedcharTimeCounter;externvoidTimer0Config(void);#endif