單片機(jī)數(shù)字秒表程序

不同數(shù)據(jù)類型間的相互轉(zhuǎn)換

在 C 語(yǔ)言中，不同數(shù)據(jù)類型之間是可以混合運(yùn)算的。當(dāng)表達(dá)式中的數(shù)據(jù)類型不一致時(shí)，首先轉(zhuǎn)換為同一種類型，然后再進(jìn)行計(jì)算。C 語(yǔ)言有兩種方法實(shí)現(xiàn)類型轉(zhuǎn)換，一是自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換，另外一種是強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。這塊內(nèi)容是比較繁雜的，因此我們根據(jù)常用的編程應(yīng)用來(lái)講部分相關(guān)內(nèi)容。

當(dāng)不同數(shù)據(jù)類型之間混合運(yùn)算的時(shí)候，不同類型的數(shù)據(jù)首先會(huì)轉(zhuǎn)換為同一類型，轉(zhuǎn)換的主要原則是：短字節(jié)的數(shù)據(jù)向長(zhǎng)字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。比如：

unsigned char a;

unsigned int b;

unsigned int c;

c = a *b;

在運(yùn)算的過(guò)程中，程序會(huì)自動(dòng)全部按照 unsigned int 型來(lái)計(jì)算。比如 a=10，b=200，c 的結(jié)果就是 2000。那當(dāng) a=100，b=700，那 c 是 70000 嗎？新手最容易犯這種錯(cuò)誤，大家要注意每個(gè)變量類型的取值范圍，c 的數(shù)據(jù)類型是 unsigned int 型，取值范圍是 0~65535，而 70000超過(guò) 65535 了，其結(jié)果會(huì)溢出，最終 c 的結(jié)果是(70000 - 65536) = 4464。

那要想讓 c 正常獲得 70000 這個(gè)結(jié)果，需要把 c 定義成一個(gè) unsigned long 型。我們?nèi)绻麑懗桑?/p>

unsigned char a=100;

unsigned int b=700;

unsigned long c=0;

c = a*b;

有做過(guò)實(shí)驗(yàn)的同學(xué)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè) c 的結(jié)果還是 4464，這個(gè)是個(gè)什么情況呢？

大家注意，C 語(yǔ)言不同類型運(yùn)算的時(shí)候數(shù)值會(huì)轉(zhuǎn)換同一類型運(yùn)算，但是每一步運(yùn)算都會(huì)進(jìn)行識(shí)別判斷，不會(huì)進(jìn)行一個(gè)總的分析判斷。比如我們這段代碼中 a 和 b 相乘的時(shí)候，是按照 unsigned int 類型運(yùn)算的，運(yùn)算的結(jié)果也是 unsigned int 類型的 4464，只是最終把 unsigned int類型 4464 賦值給了一個(gè) unsigned long 型的變量而已。我們?cè)谶\(yùn)算的時(shí)候如何避免這類問(wèn)題的產(chǎn)生呢？可以采用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的方法。

在一個(gè)變量前邊加上一個(gè)數(shù)據(jù)類型名，并且這個(gè)類型名用小括號(hào)括起來(lái)，就表示把這個(gè)變量強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成括號(hào)里的類型。如 c = (unsigned long)a * b;由于強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)高于*，所以這個(gè)地方的運(yùn)算是先把 a 轉(zhuǎn)換成一個(gè) unsigned long 型的變量，而后與 b 相乘，根據(jù) C 語(yǔ)言的規(guī)則 b 會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成一個(gè) unsigned long 型的變量，而后運(yùn)算完畢結(jié)果也是一個(gè)unsigned long 型的，最終賦值給了 c。

不同類型變量之間的相互賦值，短字節(jié)類型變量向長(zhǎng)字節(jié)類型變量賦值時(shí)，其值保持不變，比如：

unsigned char a=100;

unsigned int b=700;

b=a;

那么最終 b 的值就是 100 了。但是如果我們的程序是

unsigned char a=100;

unsigned int b=700;

a=b;

那么 a 的值僅僅是取了 b的低 8 位，我們首先要把 700 變成一個(gè) 16 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后取它的低 8 位出來(lái)，也就是 188，這就是長(zhǎng)字節(jié)類型給短字節(jié)類型賦值的結(jié)果，會(huì)從長(zhǎng)字節(jié)類型的低位開始截取剛好等于短字節(jié)類型長(zhǎng)度的位，然后賦給短字節(jié)類型。

在 51 單片機(jī)里邊，有一種特殊情況，就是 bit 類型的變量，這個(gè) bit 類型的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，是不符合上邊講的這個(gè)原則的，比如：

bit a=0;

unsigned char b;

a=(bit)b;

這個(gè)地方要特別注意，使用 bit 做強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，不是取 b 的最低位，而是它會(huì)判斷 b 這個(gè)變量是 0 還是非 0的值，如果 b 是 0，那么 a 的結(jié)果就是 0，如果 b 是任意非 0 的其它值，那么 a 的結(jié)果都是 1。

定時(shí)時(shí)間精準(zhǔn)性調(diào)整

在 6.5.2 章節(jié)有一個(gè)數(shù)碼管秒表顯示程序，那個(gè)程序是 1 秒數(shù)碼管加 1，但是細(xì)心的同學(xué)做了實(shí)驗(yàn)后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)發(fā)現(xiàn)，和我們實(shí)際的時(shí)間有了較大誤差了，那如何去調(diào)整這種誤差呢？要解決問(wèn)題，先找到問(wèn)題是什么原因造成的。

先對(duì)我們前面講過(guò)的中斷內(nèi)容做一個(gè)較深層次的補(bǔ)充。還是講解中斷的那個(gè)場(chǎng)景，當(dāng)我們?cè)诳措娨暤臅r(shí)候，突然發(fā)生了水開的中斷，我們必須去提水的時(shí)候，第一，我們從電視跟前跑到廚房需要一定的時(shí)間，第二，因?yàn)槲覀兛吹碾娨暿侵悄軘?shù)字電視，因此在去提水之前我們可以使用遙控器將我們的電視進(jìn)行暫停操作，方便回來(lái)后繼續(xù)從剛才的劇情往下進(jìn)行。

那么暫停電視，跑到廚房提水，這一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間是很短的，在實(shí)際生活中可以忽略不計(jì)，但是在單片機(jī)秒表程序中，誤差是會(huì)累計(jì)的，每 1 秒鐘都差了幾個(gè)微妙，時(shí)間一久，造成的累計(jì)誤差就不可小覷了。

單片機(jī)系統(tǒng)里，硬件進(jìn)入中斷需要一定的時(shí)間，大概是幾個(gè)機(jī)器周期，還要進(jìn)行原始數(shù)據(jù)保護(hù)，就是把進(jìn)中斷之前程序運(yùn)行的一些變量先保存起來(lái)，專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做中斷壓棧，進(jìn)入中斷后，重新給定時(shí)器 TH 和 TL 賦值，也需要幾個(gè)機(jī)器周期，這樣下來(lái)就會(huì)消耗一定的時(shí)間，我們得把這些時(shí)間補(bǔ)償回來(lái)。

方法一，使用軟件 debug 進(jìn)行補(bǔ)償。

我們?cè)谇斑呏v過(guò)使用 debug 來(lái)觀察程序運(yùn)行時(shí)間，那我們可以把我們 2 次進(jìn)入中斷的時(shí)間間隔觀察出來(lái)，看看和我們實(shí)際定時(shí)的時(shí)間相差了幾個(gè)機(jī)器周期，然后在進(jìn)行定時(shí)器初值賦值的時(shí)候，進(jìn)行一個(gè)調(diào)整。我們用的是 11.0592M 的晶振，發(fā)現(xiàn)差了幾個(gè)機(jī)器周期，就把定時(shí)器初值加上幾個(gè)機(jī)器周期，這樣就相當(dāng)于進(jìn)行了一個(gè)補(bǔ)償。

方法二，使用累計(jì)誤差計(jì)算出來(lái)。

有的時(shí)候，除了程序本身存在的誤差外，硬件精度也可能會(huì)影響到時(shí)鐘的精度，比如晶振，會(huì)隨著溫度變化出現(xiàn)溫漂現(xiàn)象，就是實(shí)際值和標(biāo)稱值要差一點(diǎn)。那么我們還可以采取累計(jì)誤差的方法來(lái)提高精度。比如我們可以讓時(shí)鐘運(yùn)行半個(gè)小時(shí)或者一個(gè)小時(shí)，看看最終時(shí)間差了幾秒，然后算算一共進(jìn)了多少次定時(shí)器中斷，把這差的幾秒平均分配到每次的定時(shí)器中斷中，就可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的調(diào)整。

大家要明白，這個(gè)世界上本就沒(méi)有絕對(duì)的精確，我們只能在一定程度上提高精確度，但是永遠(yuǎn)都不會(huì)使誤差為零，如果在這個(gè)基礎(chǔ)上還感覺(jué)精度不夠的話，不要著急，后邊我們會(huì)專門講時(shí)鐘芯片的，通常時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)的精度比單片機(jī)的精度要高一些。

字節(jié)操作修改位的技巧

這里再介紹個(gè)編程小技巧，在編程時(shí)，有的情況下需要改變一個(gè)字節(jié)中的某一位或者幾位，但是又不想改變其它位原有的值，該如何操作呢？

比如我們學(xué)定時(shí)器的時(shí)候遇到一個(gè)寄存器 TCON，這個(gè)寄存器是可以進(jìn)行位操作的，可以直接寫 TR0=1;TR0 是 TCON 的一個(gè)位，因?yàn)檫@個(gè)寄存器是允許位操作，這樣寫是沒(méi)有任何問(wèn)題的。還有一個(gè)寄存器 TMOD，這個(gè)寄存器是不支持位操作的，那如果我們要使用 T0的模式 1，我們希望達(dá)到的效果是 TMOD 的低 4 位是 0b0001，但如果我們直接寫成 TMOD =0x01 的話，實(shí)際上已經(jīng)同時(shí)操作到了高 4 位，即屬于 T1 的部分，設(shè)置成了 0b0000，如果T1 定時(shí)器沒(méi)有用到的話，那我們隨便怎么樣都行，但是如果程序中既用到了 T0，又用到了T1，那我們?cè)O(shè)置 T0 的同時(shí)已經(jīng)干擾到了 T1 的模式配置，這是我們不希望看到的結(jié)果。

在這種情況下，就可以用我們前邊學(xué)過(guò)的“&”和“|”運(yùn)算了。對(duì)于二進(jìn)制位操作來(lái)說(shuō)，不管該位原來(lái)的值是 0 還是 1，它跟 0 進(jìn)行&運(yùn)算，得到的結(jié)果都是 0，而跟 1 進(jìn)行&運(yùn)算，將保持原來(lái)的值不變；不管該位原來(lái)的值是 0 還是 1，它跟 1 進(jìn)行|運(yùn)算，得到的結(jié)果都是 1，而跟 0 進(jìn)行|運(yùn)算，將保持原來(lái)的值不變。

利用上述這個(gè)規(guī)律，我們就可以著手解決剛才的問(wèn)題了。如果我們現(xiàn)在要設(shè)置 TMOD 使定時(shí)器 0 工作在模式 1 下，又不干擾定時(shí)器 1 的配置，我們可以進(jìn)行這樣的操作：TMOD =TMOD & 0xF0; TMOD = TMOD | 0x01;第一步與 0xF0 做&運(yùn)算后，TMOD 的高 4 位不變，低4 位清零，變成了 0bxxxx0000；然后再進(jìn)行第二步與 0x01 進(jìn)行|運(yùn)算，那么高 7 位均不變，最低位變成 1 了，這樣就完成了只將低 4 位的值修改位 0b0001，而高 4 位保持原值不變的任務(wù)，即只設(shè)置了 T0 而不影響 T1。熟練掌握并靈活運(yùn)用這個(gè)方法，會(huì)給你以后的編程帶來(lái)便利。

另外，在 C 語(yǔ)言中，a &= b;等價(jià)于 a = a&b;同理，a |= b;等價(jià)于 a = a|b;那么剛才的一段代碼就可以寫成 TMOD &= 0xF0;TMOD |= 0x01 這樣的簡(jiǎn)寫形式。這種寫法可以一定程度上簡(jiǎn)化代碼，是 C 語(yǔ)言常用的一種編程風(fēng)格。

數(shù)碼管掃描函數(shù)算法改進(jìn)

在學(xué)習(xí)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)候，為了方便大家理解，我們程序?qū)懙募?xì)致一些，給大家引入了 switch 的用法，隨著編程能力與領(lǐng)悟能力的增強(qiáng)，對(duì)于 74HC138 這種非常有規(guī)律的數(shù)字器件，我們?cè)诰幊躺弦部梢愿倪M(jìn)一下邏輯算法，讓程序變的更簡(jiǎn)潔。這種邏輯算法，通常不是靠學(xué)一下可以全部掌握的，而是通過(guò)不斷的編寫程序以及研究他人程序的過(guò)程中一點(diǎn)點(diǎn)積累起來(lái)的，從今天開始，大家就要開始積累吧。

前邊動(dòng)態(tài)掃描刷新函數(shù)我們是這么寫的：

P0 = 0xFF;

switch (i){

case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;

case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;

case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;

case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;

case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;

case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;

default: break;

}

我們來(lái)分析每一個(gè) case 分支，它們的結(jié)構(gòu)是相同的，即改變 ADDR2～0、改變索引 i、取數(shù)據(jù)寫入 P0，只要把 case 后的常量與 ADDR2