1.分層思想
分層的思想，並不是什麼神秘的東西，事實上很多做項目的工程師本身自己也會在用。看了不少帖子都發現沒有提及這個東西，然而分層結構確是很有用的東西，參透後會有一種恍然大悟的感覺。如果說我不懂LCD怎麼驅動，那好辦，看一下datasheet，參考一下阿別人的程序，很快就可以做出來。但是如果不懂程序設計的思想的話，會給你做項目的過程中帶來很多很多的困惑。參考了市面上各種各樣的嵌入式書籍，MCS-51，AVR，ARM等都有看過，但是沒有發現有哪本是介紹設計思想的，就算有也是鳳毛麟角。寫程序不難，但是程序怎麼樣才能寫的好，寫的快，那是需要點經驗積累的。結構化模塊化的程序設計的思想，使最基本的要求。然而這麼將這個抽象的概念運用到工程實踐當中恩？那需要在做項目的過程中經歷磨難，將一些東西總結出來，抽象升華為理論，對經驗的積累和技術的傳播都大有裨益。所以在下出來獻醜一下，總結一些東西。就我個人的經驗而談，有兩個設計思想是非常重要的。一個就是「時間片輪的設計思想」，這個對實際中解決多任務問題非常有用，通常可以用這個東西來判斷一個人是單片機學習者，還是一個單片機工程師。這個必須掌握。（下文將介紹）。
第二個就是「分層屏蔽的設計思想」即分層思想。下面用掃描鍵盤程序例子作為引子，引出今天說的東西。問題的提出單片機學習板一般為了簡單起見，將按鍵分配的很好，例如整個 4*4的鍵盤矩陣分配到 P1口上面，8條控制線，剛好。這樣的話程序也非常好寫。只需要簡單的：KEY_DAT= P1;埠的數據就讀進來了。誠然，現實中沒有這麼好的事情。在實際的項目應用當中，單片機引腳的復用相當厲害，這跟那些所謂的單片機學習板就有很大的差別了。
另外一個原因，一般設計來說，是「軟體配合硬件」的設計流程，簡單點說就是，先確定好硬體原理圖，硬體布線，最後才是軟體的開發，因為硬體修改起來比較麻煩，相對來說軟體修改的時候比較好改。這個就是中國傳統的陰陽平衡哲學原理。硬體設計和軟體設計本來就是魚和熊掌的關係，兩者不可兼得。方便了硬體設計，很可能給寫軟體帶來很大的麻煩。反過來說，方便了軟體設計，硬體設計也會相當的麻煩。如果硬體設計和軟體設計同時方便了，那只有兩種可能，一是這個設計方案非常簡單，二是設計師已經達到了一個非常高的境界。我們不考慮那麼多情況，單純從常用的實際應用的角度來看問題。
硬體為了布線的方便，很多時候會可能將IO口分配到不同的埠上面，例如上面說的4*4鍵盤，8根線分別分配到 P0 P1 P2 P3上面去了。那麼，開發板的那些掃描鍵盤程序可以去見鬼了。怎麼掃按鍵？我想起了我剛開始學習的時候，分成3段非常相似的程序，一個一個按鍵的掃描的經歷......玩轉嵌入式或許有人不甘心，「那些東西我花了很長時間學習的，也用的好好的，怎麼能說一句不用就不用？」雖然有點殘忍，但是我還是想說「兄弟，接受現實吧，現實是殘酷的......」
不過，人區別於低等動物的差別，是人會創造，在碰到困難的時候會想辦法解決，於是我們開始了沉思......
最後我們引入初中數學學的「映射」的概念來解決問題。基本思想就是，將不同埠的按鍵映射到相同埠上面。
這樣按鍵掃描程序就分成3個層次了：
1）最底層的是硬體層，完成埠掃描，20ms延時消抖，將埠的數據映射到一個KEY_DAT寄存器上面，KEY_DAT作為對上層驅動層的一個接口。
2）中間的一層是驅動層，驅動層只對 KEY_DAT寄存器的數值進行操作。簡單點說，我們無論底層的硬體是怎麼接線的，在驅動層都不需要關心，只需要關心 KEY_DAT這個寄存器的數值是什麼就可以了。這樣出來的間接效果就是「屏蔽了底層硬體的差異」，所以驅動層寫的程序就可以通用了。
驅動層的另外一個功能是為了上層提供消息接口。我們用了類似window程序的消息的概念。這裡可以提供一些按鍵消息，例如：按下消息，鬆開消息，長按鍵消息，長按鍵的時候的步進消息，等等。
3）應用層。這裡就是根據項目的不同分別寫按鍵功能程序，屬於最上層的程序。它使用的是驅動層提供的消息接口。在應用層寫程序的思想就是，我不管下層是怎麼工作的，我只關心按鍵消息。有按鍵消息來的時候我就執行功能，沒有消息來的時候，我就什麼也不做。
下面用一個簡單的常用的例子，說明我們這個設計思想的用法。
秒表調整時間的時候，要求按著某個按鍵不放，時間能連續的向上增加。這個東西很實用，實際的家電中用途很廣泛。
在看下面的東西之前，大家可以想一下，這東西難嗎？相信大家都會很響亮的回答，「不難！！」，然而我再問：「這東西麻煩嗎？」我相信很多人肯定會說「很麻煩！！」這不禁讓我想起開始學單片機的時候寫這種按鍵的那程序，亂七八糟的結構。如果不相信的話，可以自己用51寫一下哦，那樣就更加能體會本文說的分層結構的優越性。項目要求：
兩個按鍵，分別分配在P10和P20，分別是「加」「減」按鍵，要求長按鍵的時候實現連續加和連續減的功能。
實戰：假設按鍵上拉，沒有按鍵的時候高電平，有按鍵的時候低電平，另外，為了突出問題，這裡沒有將延時消抖的程序寫上去，在實際項目中應該加上。C語言函數參數的傳遞多種多樣，這裡作為例子，用了最簡單的全局變量來傳遞參數，當然你也可以用 unsigned charReadPort(void)返回一個讀鍵結果，甚至還可以 void ReadPort(unsigned char*pt)用一個指針變量傳遞地址而達到直接修改變量的目的。方法是多種多樣的，這個決定於每個人的程序風格。1）開始寫硬體層程序，完成映射
#defineKYE_MIN 0X01
#defineKEY_PLUS 0X01
unsignedchar KeyDat;
voidReadPort(void)
{
if (P1 & KEY_PLUS == 0 )
{
KeyDat |= 0x01 ;
}
if (P2 & KEY_MIN == 0 )
{
KeyDat |= 0x02 ;
}
}
KEY_MIN是同樣的道理映射到 KeyDat的 bit1，如果 KeyDat的 bit0為 1，則說明 KEY_PLUS按下，反則亦然。
不需要想的很神秘，映射就是這麼一回事。如果還有其他按鍵的話，用同樣辦法，將他們全部映射到 KeyDat上面。
2）驅動層程序編寫如果將 KeyDat想像成 P1口，那麼這個跟學習板那標準的掃描程序不就是一樣了嗎？對的，這個就是底層映射的目的了。
3）應用層程序編寫根據消息，硬體層是必須分離出來，然而驅動層和應用層的要求就不那麼嚴格了，事實上一些簡單的項目沒有必要將這兩層分離開來，根據實際應用靈活應對就可以了。其實這樣寫程序是很方便移植的，根據板子的不同而適當的修改一下硬體層那個 ReadPort函數就完成了，驅動層和應用層很多代碼可以不經過修改直接用，很能提高開發效率的。當然這個按鍵程序會存在一定的問題，特別是遇到常閉按鍵和點觸按鍵的混合使用的場合。這個留給大家自己去想了，反正問題總是能找到解決辦法的，儘管方法有好有壞。2.時間片輪設計思想先用一個小例子引出今天的主題，想像一下，一個基本的家電控制板，肯定或多或少的會包含：LED或者數碼管顯示，按鍵，繼電器或者可控矽的輸出這3部分。數碼管需要 10ms到20ms的動態掃描，按鍵也需要20ms左右的延時消抖，有沒有意識到，其實這些時間是同時在進行的。回想一下咱們的教科書怎麼教按鍵的延時消抖的？沒錯，死循環，絕對是原地踏步死循環，用指令來計時。這樣很自然的引發一個問題，單片機在原地踏步死循環的話，那麼其它的工作怎麼辦？如數碼管的動態掃描怎麼辦？唯有等按鍵掃描之後再進行了，這樣出來的效果，數碼管肯定會閃爍的，掃描時間過長了，縮短按鍵消抖時間也不是解決辦法，想像如果咱們還有其它很多工作也是同時做的呢？解決辦法之一，就是今天的主題，分時掃描的思想。當然不會是唯一的辦法，只不過俺一直在用，覺得這個是非常不錯的思想，可以解決很多實際問題。大膽妄言一下，分時掃描的思想也是單片機編程最核心的思想了，信不信就由你自己判斷了。核心思想的實現：其實是幾個步驟
第一、用RTC中斷來計時，RTC的中斷時間短一點，我習慣是125us，為了解紅外遙控的碼，這個時間是需要的。RTC計時是相當準的，儘量利用。
第二、在RTC的中斷服務程序裡面放3個（數量自定）記時器（說白了就是計數器），我的習慣是 2ms 5ms 500ms這3個是作為基準時間，提供給整個系統來調用的，所以必須準確一點，實際用示波器調一下就OK了，不難。
第三、在主程序的循環裡面放一個專門處理時間的子程序。（註：單片機是不會停的，永遠在不斷循環的跑，這個跟學校學的貌似有點不同，俺面試的時候被問過這個問題….）將所有的時間處理都放在時間處理子程序裡面做，這樣是非常方便的，一個單片機系統最起碼需要處理 10～20個不同的時間，也需要10～20個計時器了，而且相當多要求同時不同步工作的，如果每個都單獨的話是相當的麻煩。
第四、「程序是跑著來等，而不是站著來等」，這話看來有點玄，一個跟俺一起進去公司的工程師討論的時候提到的這個問題，俺覺得這個也是分時系統的一個比較重要的思想，所以也這樣叫，下面有細說。
第五、下面用程序來說話，注釋儘量詳細，可以不用看代碼，直接看注釋就可以了。（一）先中斷服務程序部分:
每 125us中斷一次------------產生幾個基準時間-----
（1） ref_2ms寄存器不斷的減1，每次中斷減1，一共減 16次，所以這裡經過的時間是 125us × 16＝ 2ms，這個就是所謂的計時/計數器了。這樣就可以靠一個系統的RTC中斷，來實現我們需要的很多個定時時間。
（2）置2ms計時結束標誌，這個是提供給時間處理程序用的，這是一個計時器的框架，下面的5ms計時完全相同。
這程序還用了一個塊的框架，比較方便的，不過跟今天的主題無關，以後鬱悶的時候再上來寫寫這個。上面的程序就是中斷服務程序裡面的計時器，分別定時 2ms 5ms 500ms，計時完畢溢出是flag_time標誌來記錄的，程序通過讀這個標誌就可以知道定時的時間是否已經到了。
（二）下面看那個統一的時間服務子程序
上面用了按鍵20ms消抖的計時器作為例子，如果理解之後就可以發現，我們可以完全模仿那個計時器而在下面放很多很多的計時器，則每5ms進來一下，每個計時器都同時在計數了，誰先計算完畢就先關掉自己，置相應的標誌給其它程序調用，而對其它計時器完全沒有影響！這樣，我們可以在這裡放很多個計時器了，一般來說，十來二十個是沒有問題的，完全滿足一個單片機系統對多個時間的需求了。
單個計時器的結構很簡單，先判斷允許計時標誌是否進入計時，然後一個專用的寄存器在加1或者減1，加/減相應的數值之後也就是相應的時間到了，關掉計時器，置相應需要用到的標誌。
到這裡差不多了，俺們需要的時間都可以出來了，這樣做是不是非常方便？咱們再來看看在這段時間裡單片機在做了什麼東西？有中斷計時夠 5ms或者 500ms，那個溢出標誌才有效，才能進入上面的計時程序，其它時間都是在做其它事情。而且進入上面的計時器的時候，可以看出，並不是在那裡死循環，只是單純的加減一下寄存器就退出了，整個過程耗時極其短，看代碼不同吧，5us到 20us左右吧，對主程序的執行沒有什麼影響。（三）下面看看具體怎麼調用最開始談過的按鍵的消抖時間處理問題，現在就用上面介紹的辦法來看具體怎麼解決問題。按鍵的處理也是重要的基礎學問，不過不在本次的討論範圍，所以只是單單的討論怎麼解決時間問題，而對於按鍵的一些問題，下次有機會繼續討論吧，hoho～～～
大概是這樣的：判斷什麼時候有健，沒有的話跳出，有的話開始延時消抖的計時，第二次進來的時候直接由標誌位控制過去判斷時間時候夠。
同樣是等待，這裡就是最後一點所說的，咱這是跑著來等，不是站著來等。跟死循環定時比較，在沒有定時到20ms的這段時間裡面單片機在做什麼？死循環的話，肯定就是在原地等，什麼都不做，而看看上面的程序，他只是判斷是否定時夠，具體的定時在統一的時間子程序裡面做，判斷沒有到時間的話就跳出了，繼續跑其它的程序，直到當時間到了，單片機判斷出flag_delay,key_flow符合條件，開始進入按鍵處理程序了，在這個期間，單片機都在做其它事情，只是一個主循環跑回來判斷一次，所以單片機完全有空跑其它的程序，而沒有將時間都耗在消抖上面。
（四）看看我的主程序循環體
這個就是我用的循環體了，所有功能都做成子程序形式了，需要就掛上去就可以了，比較方便，這樣一個總的循環體，單片機就是在不斷的執行這個循環體，如果整個程序都採用上面說的分時掃的思想的話，一周循環回來的時間是相當短的，其實是不是跟電腦的思想有點像呢？
電腦再快也並不是同時處理多個任務，而且每次處理一個，然後非常快的速度來循環處理，讓我們感覺上他是在同時處理多個程序那樣，我想，我最終想表達的思想也就是這個而已。
在我看來，有這個思想支撐下，單片機的程序變得比較容易上手了，剩下的只是集中精力去用程序來實現我們的思想而已，當然，這裡只是說一種可行的辦法而已，不是說只有這種辦法，如果大家有好的思想也分享一下哦，編寫程序是一門藝術，寫出來很容易，但是寫得好，寫得精巧，那就很難了。
說了這麼多，大家記得留意下方評論第一條（或者私信我）有干貨~
文章來源: https://twgreatdaily.com/zh/0bbc408a574f9a45e40f77cd83cdc33a.html