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从单片机初学者迈向单片机工程师
作者：tangwei039 来自：西安tangwei039@126.com 整理：by Linff
目录：
一、LED 主题讨论周第一章----写在前面......................................................... 1
二、LED 主题讨论周第二章----学会释放CPU................................................. 2
三、LED 主题讨论周第三章----模块化编程初识..............................................8
四、LED 主题讨论周第四章----渐明渐暗的灯................................................25
五、LED 主题讨论周第五章----多任务环境下的数码管编程设计................. 28
六、KEY 主题讨论第一章——按键程序编写的基础..................................... 37
七、KEY 主题讨论第二章——基于状态转移的独立按键程序设计.............. 40
八、综合应用之一——如何设计复杂的多任务程序...................................... 47
九、综合应用之二——DS1320/DS18B20 应用...............................................60
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一、LED 主题讨论周第一章----写在前面
学习单片机也已经有几年了，藉此机会和大家聊一下我学习过程中的一些经历和想法吧。也感谢一线工人
提供了这个机会。希望大家有什么好的想法和建议都直接跟帖说出来。毕竟只有交流才能够碰撞出火花来
^_^。
。“卖弄”也好，“吹嘘”也罢，我只是想认真的写写我这一路走来历经的总总，把其中值得注意，以及经
验的地方写出来，权当是我对自己的一个总结吧。而作为看官的你，如果看到了我的错误，还请一定指正，
这样对我以及其它读者都有帮助，而至于你如果从中能够收获到些许，那便是我最大的欣慰了。姑妄言之，
姑妄听之。如果有啥好的想法和建议一定要说出来。ϑ几年前，和众多初学者一样，我接触到了单片机，立
刻被其神奇的功能所吸引，从此不能自拔。很多个日夜就这样陪伴着它度过了。期间也遇到过非常多的问
题，也一度被这些问题所困惑……等到回过头来，看到自己曾经走过的路，唏嘘不已。经常混迹于论坛里，
也看到了很多初学者发的求助帖子，看到他们走在自己曾走过的弯路上，忽然想到了自己的那段日子，心
里竟然莫名的冲动，凡此总总，我总是尽自己所能去回帖。很多时候，都想写一点什么东西出来，希望对
广大的初学者有一点点帮助。但总是不知从何处写起。今天借一线工人的台，唱一唱我的戏
一路学习过来的过程中，帮助最大之一无疑来自于网络了。很多时候，通过网络，我们都可以获取到所
需要的学习资料。但是，随着我们学习的深入，我们会慢慢发现，网络提供的东西是有限度的，好像大部
分的资料都差不多，或者说是适合大部分的初学者所需，而当我们想更进一步提高时，却发现能够获取到
的资料越来越少，相信各位也会有同感，铺天盖地的单片机资料中大部分不是流水灯就是LED，液晶，而
且也只是仅仅作功能性的演示。于是有些人选择了放弃，或者是转移到其他兴趣上面去了，而只有少部分
人选择了继续摸索下去，结合市面上的书籍，然后在网络上锲而不舍的搜集资料，再从牛人的只言片语中
去体会，不断动手实践，慢慢的，也摸索出来了自己的一条路子。当然这个过程必然是艰辛的，而他学会
了之后也不会在网络上轻易分享自己的学习成果。如此恶性循环下去，也就不难理解为什么初级的学习资
料满天飞，而深入一点的学习资料却很少的原因了。相较于其他领域，单片机技术的封锁更加容易。尽管
已经问世了很多年了，有价值的资料还是相当的欠缺，大部分的资料都是止于入门阶段或者是简单的演示
实验。但是在实际工程应用中却是另外一回事。有能力的高手无暇或者是不愿公开自己的学习经验。
很多时候，我也很困惑，看到国外爱好者毫不保留的在网络上发布自己的作品，我忽然感觉到一丝丝的
悲哀。也许，我们真的该转变一下思路了，帮助别人，其实也是在帮助自己。啰啰嗦嗦的说了这么多，相
信大家能够明白说的是什么意思。在接下来的一段日子里，我将会结合电子工程师之家举办的主题周活动
写一点自己的想法。尽可能从实用的角度去讲述。希望能够帮助更多的初学者更上一层楼。而关于这个主
题周的最大主题我想了这样的一个名字“从单片机初学者迈向单片机工程师”。名字挺大挺响亮，给我的压
力也挺大的，但我会努力，争取使这样的一系列文章能够带给大家一点帮助，而不是看后大跌眼镜。这样
的一系列文章主要的对象是初学者，以及想从初学者更进一步提高的读者。而至于老手，以及那些牛XX
的人，希望能够给我们这些初学者更多的一些指点哈~@_@~.
二、LED 主题讨论周第二章----学会释放CPU
从这一章开始，我们开始迈入单片机的世界。在我们开始这一章具体的学习之前，有必要给大家先说明一
下。在以后的系列文章中，我们将以51 内核的单片机为载体，C 语言为编程语言，开发环境为KEIL uv3。
至于为什么选用C 语言开发，好处不言而喻，开发速度快，效率高，代码可复用率高，结构清晰，尤其是
在大型的程序中，而且随着编译器的不断升级，其编译后的代码大小与汇编语言的差距越来越小。而关于
C 语言和汇编之争，就像那个啥，每隔一段时间总会有人挑起这个话题，如果你感兴趣，可以到网上搜索
相关的帖子自行阅读。不是说汇编不重要，在很多对时序要求非常高的场合，需要利用汇编语言和C 语言
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混合编程才能够满足系统的需求。在我们学习掌握C 语言的同时，也还需要利用闲余的时间去学习了解汇
编语言。
1.从点亮LED(发光二极管)开始
在市面上众多的单片机学习资料中，最基础的实验无疑于点亮LED 了，即控制单片机的I/O 的电平的变化。
如同如下实例代码一般
void main(void)
{
LedInit() ;
While(1)
{
LED = ON ;
DelayMs(500) ;
LED = OFF ;
DelayMs(500) ;
}
}
程序很简单，从它的结构可以看出，LED 先点亮500MS，然后熄灭500MS，如此循环下去，形成的效
果就是LED 以1HZ 的频率进行闪烁。下面让我们分析上面的程序有没有什么问题。
看来看出，好像很正常的啊，能有什么问题呢？这个时候我们应该换一个思路去想了。试想，整个程序除
了控制LED = ON ； LED = OFF； 这两条语句外，其余的时间，全消耗在了DelayMs(500)这两个函数
上。而在实际应用系统中是没有哪个系统只闪烁一只LED 就其它什么事情都不做了的。因此，在这里我们
要想办法，把CPU 解放出来，让它不要白白浪费500MS 的延时等待时间。宁可让它一遍又一遍的扫描看
有哪些任务需要执行，也不要让它停留在某个地方空转消耗CPU 时间。
从上面我们可以总结出
(1) 无论什么时候我们都要以实际应用的角度去考虑程序的编写。
(2) 无论什么时候都不要让CPU 白白浪费等待，尤其是延时(超过1MS)这样的地方。
下面让我们从另外一个角度来考虑如何点亮一颗LED。
先看看我们的硬件结构是什么样子的。
我手上的单片机板子是电子工程师之家的开发的学习板。就以它的实际硬件连接图来分析吧。如下图所
示
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一般的LED 的正常发光电流为10~20MA 而低电流LED 的工作电流在2mA 以下（亮度与普通发光管
相同）。在上图中我们可知，当Q1~Q8 引脚上面的电平为低电平时，LED 发光。通过LED 的电流约为（VCC
- Vd）/ RA2 。其中Vd 为LED 导通后的压降，约为1.7V 左右。这个导通压降根据LED 颜 {MOD}的不同，以
及工作电流的大小的不同，会有一定的差别。下面一些参数是网上有人测出来的，供大家参考。
红 {MOD}的压降为1.82-1.88V，电流5-8mA，
绿 {MOD}的压降为1.75-1.82V，电流3-5mA，
橙 {MOD}的压降为1.7-1.8V，电流3-5mA
兰 {MOD}的压降为3.1-3.3V，电流8-10mA，
白 {MOD}的压降为3-3.2V，电流10-15mA，
(供电电压5V，LED 直径为5mm)
74HC573 真值表如下：
通过这个真值表我们可以看出。当OutputEnable 引脚接低电平的时候，并且LatchEnable 引脚为高电
平的时候，Q 端电平与D 端电平相同。结合我们的LED 硬件连接图可以知道LED_CS 端为高电平时候，
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P0 口电平的变化即Q 端的电平的变化，进而引起LED 的亮灭变化。由于单片机的驱动能力有限，在此，
74HC573 的主要作用就是起一个输出驱动的作用。需要注意的是，通过74HC573 的最大电流是有限制的，
否则可能会烧坏74HC573 这个芯片。
上面这个图是从74HC573 的DATASHEET 中截取出来的，从上可以看出，每个引脚允许通过的最大电流
为35mA 整个芯片允许通过的最大电流为75mA。在我们设计相应的驱动电路时候，这些参数是相当重要
的，而且是最容易被初学者所忽略的地方。同时在设计的时候，要留出一定量的余量出来，不能说单个引
脚允许通过的电流为35mA，你就设计为35mA，这个时候你应该把设计的上限值定在20mA 左右才能保
证能够稳定的工作。
（设计相应驱动电路时候，应该仔细阅读芯片的数据手册，了解每个引脚的驱动能力，以及整个芯片的驱
动能力）
了解了相应的硬件后，我们再来编写驱动程序。
首先定义LED 的接口
#define LED P0
然后为亮灭常数定义一个宏，由硬件连接图可以，当P0 输出为低电平时候LED 亮，P0 输出为高
电平时，LED 熄灭。
#define LED_ON() LED = 0x00 ; //所有LED 亮
#define LED_OFF() LED = 0xff ; //所有LED 熄灭
下面到了重点了，究竟该如何释放CPU，避免其做延时空等待这样的事情呢。很简单，我们为系统产
生一个1MS 的时标。假定LED 需要亮500MS，熄灭500MS，那么我们可以对这个1MS 的时标进行计数，
当这个计数值达到500 时候，清零该计数值，同时把LED 的状态改变。
unsigned int g_u16LedTimeCount = 0 ; //LED 计数器
unsigned char g_u8LedState = 0 ; //LED 状态标志, 0 表示亮，1 表示熄灭
void LedProcess(void)
{
if(0 == g_u8LedState) //如果LED 的状态为亮，则点亮LED
{
LED_ON() ;
}
else //否则熄灭LED
{
LED_OFF() ;
}
}
void LedStateChange(void)
{
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if(g_bSystemTime1Ms) //系统1MS 时标到
{
g_bSystemTime1Ms = 0 ;
g_u16LedTimeCount++ ; //LED 计数器加一
if(g_u16LedTimeCount >= 500) //计数达到500,即500MS 到了,改变LED 的状态。
{
g_u16LedTimeCount = 0 ;
g_u8LedState = ! g_u8LedState ;
}
}
}
上面有一个变量没有提到，就是g_bSystemTime1Ms 。这个变量可以定义为位变量或者是其它变量，在
我们的定时器中断函数中对其置位，其它函数使用该变量后，应该对其复位(清0) 。
我们的主函数就可以写成如下形式(示意代码)
void main(void)
{
while(1)
{
LedProcess() ;
LedStateChange() ;
}
}
因为LED 的亮或者灭依赖于LED 状态变量(g_u8LedState)的改变，而状态变量的改变，又依赖于LED 计
数器的计数值(g_u16LedTimeCount ，只有计数值达到一定后，状态变量才改变)所以，两个函数都没有堵
塞CPU 的地方。让我们来从头到尾分析一遍整个程序的流程。
程序首先执行LedProcess() ;函数
因为g_u8LedState 的初始值为0 (见定义，对于全局变量，在定义的时候最好给其一个确定的值)所以LED
被点亮，然后退出LedStateChange()函数，执行下一个函数LedStateChange()
在函数LedStateChange()内部首先判断1MS 的系统时标是否到了，如果没有到就直接退出函数，如果到
了，就把时标清0 以便下一个时标消息的到来，同时对LED 计数器加一，然后再判断LED 计数器是否到
达我们预先想要的值500，如果没有，则退出函数，如果有，对计数器清0，以便下次重新计数，同时把
LED 状态变量取反，然后退出函数。
由上面整个流程可以知道，CPU 所做的事情，就是对一些计数器加一，然后根据条件改变状态，再根据这
个状态来决定是否点亮LED。这些函数执行所花的时间都是相当短的，如果主程序中还有其它函数，则
CPU 会顺次往下执行下去。对于其它的函数(如果有的话)也要采取同样的措施，保证其不堵塞CPU，如果
全部基于这种方法设计，那么对于不是非常庞大的系统，我们的系统依旧可以保证多个任务(多个函数)同
时执行。系统的实时性得到了一定的保证，从宏观上看来，就是多个任务并发执行。
好了，这一章就到此为止，让我们总结一下，究竟有哪些需要注意的吧。
(1) 无论什么时候我们都要以实际应用的角度去考虑程序的编写。
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(2) 无论什么时候都不要让CPU 白白浪费等待，尤其是延时(超过1MS)这样的地方。
(3) 设计相应驱动电路时候，应该仔细阅读芯片的数据手册，了解每个引脚的驱动能力，
以及整个芯片的驱动能力
(4) 最重要的是，如何去释放CPU(参考本章的例子)，这是写出合格程序的基础。
附完整程序代码(基于电子工程师之家的单片机开发板)
#include
sbit LED_SEG = P1^4; //数码管段选
sbit LED_DIG = P1^5; //数码管位选
sbit LED_CS11 = P1^6; //led 控制位
sbit ir=P1^7;
#define LED P0 //定义LED 接口
bit g_bSystemTime1Ms = 0 ; // 1MS 系统时标
unsigned int g_u16LedTimeCount = 0 ; //LED 计数器
unsigned char g_u8LedState = 0 ; //LED 状态标志, 0 表示亮，1 表示熄灭
#define LED_ON() LED = 0x00 ; //所有LED 亮
#define LED_OFF() LED = 0xff ; //所有LED 熄灭
void Timer0Init(void)
{
TMOD &= 0xf0 ;
TMOD |= 0x01 ; //定时器0 工作方式1
TH0 = 0xfc ; //定时器初始值
TL0 = 0x66 ;
TR0 = 1 ;
ET0 = 1 ;
}
void LedProcess(void)
{
if(0 == g_u8LedState) //如果LED 的状态为亮，则点亮LED
{
LED_ON() ;
}
else //否则熄灭LED
{
LED_OFF() ;
}
}
void LedStateChange(void)
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{
if(g_bSystemTime1Ms) //系统1MS 时标到
{
g_bSystemTime1Ms = 0 ;
g_u16LedTimeCount++ ; //LED 计数器加一
if(g_u16LedTimeCount >= 500) //计数达到500,即500MS 到了,改变LED 的状态。
{
g_u16LedTimeCount = 0 ;
g_u8LedState = ! g_u8LedState ;
}
}
}
void main(void)
{
Timer0Init() ;
EA = 1 ;
LED_CS11 = 1 ; //74HC595 输出允许
LED_SEG = 0 ; //数码管段选和位选禁止(因为它们和LED 共用P0 口)
LED_DIG = 0 ;
while(1)
{
LedProcess() ;
LedStateChange() ;
}
}
void Time0Isr(void) interrupt 1
{
TH0 = 0xfc ; //定时器重新赋初值
TL0 = 0x66 ;
g_bSystemTime1Ms = 1 ; //1MS 时标标志位置位
}
实际效果图如下
点亮
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熄灭
三、LED 主题讨论周第三章----模块化编程初识
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