執行的單片機程序怎么寫？

摘要：在看別人單片機程序時，你也許是崩潰的，因為全局變量滿天飛，不知道哪個在哪用了，哪個表示什么，而且編寫極其不規范。自己寫單片機程序時，也許你也是崩潰的?？偢杏X重新開啟一個項目，之前的寫過相似的代碼也無法使用，得重新敲，代碼重用度不高，編程效率低下，代碼無法積累。而且感覺寫這個代碼沒有思想，沒有靈魂，沒有框架，只是一個一個功能代碼的堆砌，很空泛。

那么這個時候，你也許應該在單片機中引入面向對象的思想了，使代碼更規范。

一、單片機程序框架

1、輪流執行

intmain(void)
{
while(1)
{
sing();
dance();
play();
}
}

函數sing執行的時間比較長的話，函數dance就不能很快的被執行。任何一個函數死掉的話就會影響整個系統。

2、前后臺

在使用 51、AVR、STM32 單片機裸機的時候一般都是在main函數里面用while(1)做一個大循環來完成所有的處理，即應用程序是一個無限的循環，循環中調用相應的函數完成所需的處理。有時候我們也需要中斷中完成一些處理。相對于多任務系統而言，這個就是單任務系統，也稱作前后臺系統，中斷服務函數作為前臺程序，大循環while(1)作為后臺程序。

對應的編程代碼大概是這樣的:

voidEXTI_IRQHandler()
{
flag=1;
}
intmain(void)
{
while(1)
{
if(flag=1)
{
do_something();
flag=0;
}
}
}

有什么問題？

前后臺系統的實時性差，前后臺系統各個任務(應用程序)都是排隊等著輪流執行，不管你這個程序現在有多緊急，沒輪到你就只能等著！相當于所有任務(應用程序)的優先級都是一樣的。但是前后臺系統簡單啊，資源消耗也少??！在稍微大一點的嵌入式應用中前后臺系統就明顯力不從心了。

3、多任務

voidfirst_task()
{
while(1)
{
if(has_data())
put_data();
}
}
voidsecond_task()
{
while(1)
{
if(get_data())
do_something();
}
}

intmain(void)
{
create_task(first_task);
create_task(second_task);
start_scheduler();
}

多任務系統會把一個大問題“分而治之”，把大任務劃分成很多個小問題，逐步的把小任務解決掉，大任務也就隨之解決了，這些任務是并發處理的。注意，并不是說同一時刻一起執行很多個任務，而是由于每個任務執行的時間很短，導致看起來像是同一時刻執行了很多個任務一樣。

二、執行的程序怎么寫？

以按鍵為例，點亮一個小燈！

1.常規寫法

intmian(void)
{
while(1)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_SET)
{
printf("按鍵按下
");
}
}
}

2.面向對象的寫法

首先我們把每一個按鍵都看成一個對象，既然是對象就肯定有屬性和行為，比如我們定義一個學生，那么這個學生有什么屬性呢？

肯定有姓名、年齡、身高、體重對吧，這些是一些基本的屬性，我們可以用一些單獨的變量來定義它，比如：

typedefstruct
{
uint8_t*name;//姓名(變量)
uint8_tage;//年齡(變量)
uint8_theight;//身高(變量)
uint8_tweight;//體重(變量)
}student_t;

但是一個學生還有很多行為對吧，它會唱歌、跳舞、打籃球，于是我們就可以這樣定義：

typedefstruct
{
uint8_t*name;//姓名(變量)
uint8_tage;//年齡(變量)
uint8_theight;//身高(變量)
uint8_tweight;//體重(變量)
void(*Sing_song)(void);//會唱歌(函數指針)
void(*Dance_latin)(void);//會跳舞(函數指針)
void(*Wechat_zhiguoxin)(void);//會關注果果的公眾號(函數指針)
}student_t;

好了，這里我們提到了函數指針，所以就來說一說函數指針。

函數指針，顧名思義它就是一個指針，只不過它是一個函數指針，所以指向的是一個函數。類比一般的變量指針，指針變量，實質上是一個變量，只不過這個變量存放的是一個地址，在32位單片機中，任何類型的指針變量都存放的是一個大小為4字節的地址。

重要的話說三遍！牢記在心?。?！為什要記住函數指針，因為在單片機面向對象編程中，結構體的成員不是變量就是函數指針這兩種類型。變量就不用說了，函數指針理解就好。

其實函數指針可以類比一般的變量，看下面：

inta;voidSing_song(void);
int*p;void(*zhiguoxin)(void);
p=&a;zhiguoxin=&Sing_song;

左邊走義變量a，右邊定義函數Sing_song;

左邊定義int指針，右邊定義函數指針;

左邊賦值指針，右邊賦值函數指針;

那么函數指針怎么用呢？我們還是以單片機為例，把按鍵類比為一個對象，這個按鍵有按鍵標志位，有長按或者短按，按鍵還有行為：按鍵初始化、按鍵循環檢測等。

所以我們創建下面這樣一個結構體，當然這個結構體不一定僅僅有這些變量和函數，這完全取決于你自己的定義，你想怎么定義就怎么定義，你甚至可以定義按鍵的顏色都。

typedefstruct
{
uint8_tKEY_Flag;//標志位(變量)
uint8_tClick;//按下(變量)
void(*KEY_Init)(void);//按鍵初始化(函數指針)
void(*KEY_Detect)(void);//按鍵檢測(函數指針)
}KEY_t;

現在已經定義了KEY_t這種類型的結構體，處理器還沒有分配給這個結構體內存，因為我們只是聲明這樣一個類型，而類型是不占用內存的，只有我們定義對應的結構體類型的變量時才會在占用內存空間。

那么怎么定義一個結構體類型的變量呢？

KEY_tKEY1;

然后就要初始化結構體的成員變量了。

KEY_tKEY1={0,0,KEY_init,KEY_detect};

這里要注意了現在結構體有四個成員，前兩個普通的變量，我們初始化為0，還有兩個函數指針，我們是不是要把我們想寫得函數的函數名字放在這里啊。

那么聰明的你肯定知道還要定義KEY_init();和KEY_detect();這兩個函數。這兩個函數可以這樣寫。

staticvoidKEY_init()
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_3;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
}
staticvoidKEY_detect()
{
uint8_ti=0;
if(KEY1.KEY_Flag==1)
{
HAL_Delay(100);
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_SET)
{
printf("按鍵按下
");
}
KEY1.KEY_Flag=0;
}
}

好了具體函數中的代碼我就不需要解釋了。這樣一個按鍵的對象我們就定義好了，這個按鍵我們賦予了"他"生命，有屬性(變量)有行為(函數)。

這樣我們在主函數就可以這樣的調用，來實現相應的功能了。按鍵使用了中斷，這里并沒有講解。

voidmain(void)
{
KEY1.KEY_Init();//初始化按鍵
while(1)
{
KEY1.KEY_Detect();//按鍵檢測
}
}

如果理解了這些，那么面向對象的精髓你基本已經掌握了，接下來就是不斷地去練習和實踐了。

三、為什么要面向對象？

我們知道，現有的編程范式主要是：面向過程編程、面向對象編程、函數式編程。

對于流程清晰的簡單程序，一般只有一條流程主線，很容易被劃分成順序執行的幾個步驟，面向對象編程和面向過程編程沒有太大差別，并且面向過程編程常常比面向對象編程更加直觀高效。

但當我們面對一個大型的復雜程序，由于其錯綜復雜的流程和交互關系，很難將其簡單地拆分成一條主線串成的簡單步驟，而通常表現為一個網狀關系結構。這個時候，面向過程編程的這種流程化和線性化的思維方式就會顯得比較吃力，而面向對象編程的優勢就比較明顯了。

面向對象編程風格的代碼更容易復用、擴展和維護、更高級、更人性化、更適合大規模復雜程序的開發。在Linux中就是用的面向對象編程，里面有很多的結構體、指針、鏈表等等。如果還沒有接觸到面向對象編程只能說明你做的東西還不夠復雜。

在單片機舉一個例子，一塊開發板可能會適配不同的屏幕

一塊板子，三個屏幕

那么每一塊板子肯定有不同的代碼適配，在程序中我們可以讀出屏幕的ID，然后通過if判斷來執行不同的指令，就行這樣。

果果小師弟

如果使用面向對象編程，那么就可以這樣寫代碼。

typedefstructlcd{
uint8_ttype;
void(*LCD_Init)(void)
}lcd_t,*plcd_t;

intRead_id()
{
/*0:LCDA
*1:LCDB
*/
return0;
}

intGet_Lcd_Type(void)
{
returnRead_id();
}

voidLCDA_Init(void)//屏幕A初始化
{
LCD_WR_REG(0xCF);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0xC1);
LCD_WR_DATA(0X30);
}

voidLCDB_Init(void)//屏幕B初始化
{
LCD_WR_REG(0X11);
delay_ms(20);
LCD_WR_REG(0XD0);
LCD_WR_DATA(0X07);
}

lcd_topenedv_com_lcds[]={
{0,LCDA_Init},
{1,LCDB_Init},
};

plcd_tget_lcd(void)//獲取到屏幕類型
{
inttype=Get_Lcd_Type();
return&openedv_com_lcds[type];
}

intmain(void)
{
plcd_tlcd;
lcd=get_lcd();//獲取到屏幕類型
lcd->LCD_Init();//初始化對應屏幕
while(1)
{}
}

這里只是偽代碼處理辦法，原理就和上面所講的一樣，在結構體中使用變量和函數。

到這里你應該掌握了面向對象得單片機編程方法，一起來試驗幾個例子：

LED燈

typedefstruct
{
void(*LED_ON)(uint8_tLED_Num);//打開
void(*LED_OFF)(uint8_tLED_Num);//關閉
void(*LED_Flip)(uint8_tLED_Num);//翻轉
}LED_t;

按鍵KEY

typedefstruct
{
uint8_tKEY_Flag;//標志位(變量)
uint8_tClick;//按下(變量)
void(*KEY_Init)(void);//按鍵初始化(函數指針)
void(*KEY_Detect)(void);//按鍵檢測(函數指針)
}KEY_t;

蜂鳴器BEEP

typedefstruct
{
uint8_tStatus;//狀態
void(*ON)(void);//打開
void(*OFF)(void);//關閉
}BEEP_t;

串口UART

typedefstruct
{
USART_TypeDef*uart;/*STM32內部串口設備指針*/
uint8_t*pTxBuf;/*發送緩沖區*/
uint8_t*pRxBuf;/*接收緩沖區*/

uint16_tusTxBufSize;/*發送緩沖區大小*/
uint16_tusRxBufSize;/*接收緩沖區大小*/

uint16_tusTxWrite;/*發送緩沖區寫指針*/
uint16_tusTxRead;/*發送緩沖區讀指針*/
uint16_tusTxCount;/*等待發送的數據個數*/

uint16_tusRxWrite;/*接收緩沖區寫指針*/
uint16_tusRxRead;/*接收緩沖區讀指針*/
uint16_tusRxCount;/*還未讀取的新數據個數*/

void(*RS485_Set_SendMode)(void);//RS-485接口設置為發送模式
void(*RS485_Set_RecMode)(void);//RS-485接口設置為接收模式
}UART_T;