单片机 C 语言模块化编程.docx
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单片机C语言模块化编程
下面让我们揭开模块化神秘面纱，一窥其真面目。
C语言源文件*.c
提到C语言源文件，大家都不会陌生。
因为我们平常写的程序代码几乎都在这个XX.C文件里面。
编译
器也是以此文件来进行编译并生成相应的目标文件。
作为模块化编程的组成基础，我们所要实现的所有功能的源
代码均在这个文件里。
理想的模块化应该可以看成是一个黑盒子。
即我们只关心模块提供的功能，而不管模块内
部的实现细节。
好比我们买了一部手机，我们只需要会用手机提供的功能即可，不需要知晓它是如何把短信发出
去的，如何响应我们按键的输入，这些过程对我们用户而言，就是是一个黑盒子。
在大规模程序开发中，一个程序由很多个模块组成，很可能，这些模块的编写任务被分配到不同的人。
而你在编
写这个模块的时候很可能就需要利用到别人写好的模块的借口，这个时候我们关心的是，它的模块实现了什么样
的接口，我该如何去调用，至于模块内部是如何组织的，对于我而言，无需过多关注。
而追求接口的单一性，把
不需要的细节尽可能对外部屏蔽起来，正是我们所需要注意的地方。
C语言头文件*.h
谈及到模块化编程，必然会涉及到多文件编译，也就是工程编译。
在这样的一个系统中，往往会有多个
C文件，而且每个C文件的作用不尽相同。
在我们的C文件中，由于需要对外提供接口，因此必须有一些函数或
者是变量提供给外部其它文件进行调用。
假设我们有一个LCD.C文件，其提供最基本的LCD的驱动函数
LcdPutChar（charcNewValue）;//在当前位置输出一个字符
而在我们的另外一个文件中需要调用此函数，那么我们该如何做呢？
头文件的作用正是在此。
可以称其为一份接口描述文件。
其文件内部不应该包含任何实质性的函数代码。
我
们可以把这个头文件理解成为一份说明书，说明的内容就是我们的模块对外提供的接口函数或者是接口变量。
同
时该文件也包含了一些很重要的宏定义以及一些结构体的信息，离开了这些信息，很可能就无法正常使用接口函
数或者是接口变量。
但是总的原则是：
不该让外界知道的信息就不应该出现在头文件里，而外界调用模块内接口
函数或者是接口变量所必须的信息就一定要出现在头文件里，否则，外界就无法正确的调用我们提供的接口功能。
因而为了让外部函数或者文件调用我们提供的接口功能，就必须包含我们提供的这个接口描述文件----即头文件。
同时，我们自身模块也需要包含这份模块头文件（因为其包含了模块源文件中所需要的宏定义或者是结构体），好
比我们平常所用的文件都是一式三份一样，模块本身也需要包含这个头文件。
下面我们来定义这个头文件，一般来说，头文件的名字应该与源文件的名字保持一致，这样我们便可以清晰的知
道哪个头文件是哪个源文件的描述。
于是便得到了LCD.C的头文件LCD.h其内容如下。
#ifndef_LCD_H_
#define_LCD_H_
externLcdPutChar（charcNewValue）;
#endif
这与我们在源文件中定义函数时有点类似。
不同的是，在其前面添加了extern修饰符表明其是一个外部函数，
可以被外部其它模块进行调用。
#ifndef_LCD_H_
#define_LCD_H_
#endif
这个几条条件编译和宏定义是为了防止重复包含。
假如有两个不同源文件需要调用
LcdPutChar（charcNewValue）这个函数，他们分别都通过#include“Lcd.h”把这个头文件包含了进去。
在第一个源
文件进行编译时候，由于没有定义过_LCD_H_因此#ifndef_LCD_H_条件成立，于是定义_LCD_H_并将下
面的声明包含进去。
在第二个文件编译时候，由于第一个文件包含时候，已经将_LCD_H_定义过了。
因此#ifndef
_LCD_H_不成立，整个头文件内容就没有被包含。
假设没有这样的条件编译语句，那么两个文件都包含了extern
LcdPutChar（charcNewValue）;就会引起重复包含的错误。
不得不说的typedef
很多朋友似乎了习惯程序中利用如下语句来对数据类型进行定义
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
然后在定义变量的时候直接这样使用
uintg_nTimeCounter=0;
不可否认，这样确实很方便，而且对于移植起来也有一定的方便性。
但是考虑下面这种情况你还会这么认为
吗？
#definePINTunsignedint*//定义unsignedint指针类型
PINTg_npTimeCounter,g_npTimeState;
那么你到底是定义了两个unsignedint型的指针变量，还是一个指针变量，一个整形变量呢？
而你的初衷
又是什么呢，想定义两个unsignedint型的指针变量吗？
如果是这样，那么估计过不久就会到处抓狂找错误了。
庆幸的是C语言已经为我们考虑到了这一点。
typedef正是为此而生。
为了给变量起一个别名我们可以用如
下的语句
typedefunsignedintuint16;//给指向无符号整形变量起一个别名uint16
typedefunsignedint*puint16;//给指向无符号整形变量指针起一个别名puint16
在我们定义变量时候便可以这样定义了：
uint16g_nTimeCounter=0;//定义一个无符号的整形变量
puint16g_npTimeCounter;//定义一个无符号的整形变量的指针
在我们使用51单片机的C语言编程的时候，整形变量的范围是16位，而在基于32的微处理下的整形变量是32
位。
倘若我们在8位单片机下编写的一些代码想要移植到32位的处理器上，那么很可能我们就需要在源文件中到
处修改变量的类型定义。
这是一件庞大的工作，为了考虑程序的可移植性，在一开始，我们就应该养成良好的习
惯，用变量的别名进行定义。
如在8位单片机的平台下，有如下一个变量定义
uint16g_nTimeCounter=0;
如果移植32单片机的平台下，想要其的范围依旧为16位。
可以直接修改uint16的定义，即
typedefunsignedshortintuint16;
这样就可以了，而不需要到源文件处处寻找并修改。
将常用的数据类型全部采用此种方法定义，形成一个头文件，便于我们以后编程直接调用。
文件名MacroAndConst.h
其内容如下：
#ifndef_MACRO_AND_CONST_H_
#define_MACRO_AND_CONST_H_
typedefunsignedintuint16;
typedefunsignedintUINT;
typedefunsignedintuint;
typedefunsignedintUINT16;
typedefunsignedintWORD;
typedefunsignedintword;
typedefintint16;
typedefintINT16;
typedefunsignedlonguint32;
typedefunsignedlongUINT32;
typedefunsignedlongDWORD;
typedefunsignedlongdword;
typedeflongint32;
typedeflongINT32;
typedefsignedcharint8;
typedefsignedcharINT8;
typedefunsignedcharbyte;
typedefunsignedcharBYTE;
typedefunsignedcharuchar;
typedefunsignedcharUINT8;
typedefunsignedcharuint8;
typedefunsignedcharBOOL;
#endif
至此，似乎我们对于源文件和头文件的分工以及模块化编程有那么一点概念了。
那么让我们趁热打铁，将上一章
的我们编写的LED闪烁函数进行模块划分并重新组织进行编译。
在上一章中我们主要完成的功能是P0口所驱动的LED以1Hz的频率闪烁。
其中用到了定时器，以及LED驱动模
块。
因而我们可以简单的将整个工程分成三个模块，定时器模块，LED模块，以及主函数
对应的文件关系如下
main.c
Timer.c--?
Timer.h
Led.c--?
Led.h
在开始重新编写我们的程序之前，先给大家讲一下如何在KEIL中建立工程模板吧，这个模板是我一直沿用至今。
希望能够给大家一点启发。
下面的内容就主要以图片为主了。
同时辅以少量文字说明。
我们以芯片AT89S52为例。
OK，到此一个简单的工程模板就建立起来了，以后我们再新建源文件和头文件的时候，就可以直接保存到src
文件目录下面了。
下面我们开始编写各个模块文件。
首先编写Timer.c这个文件主要内容就是定时器初始化，以及定时器中断服务函数。
其内容如下。
#include
bitg_bSystemTime1Ms=0;//1MS系统时标
voidTimer0Init（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;
}
voidTime0Isr（void）interrupt1
{
TH0=0xfc;//定时器重新赋初值
TL0=0x66;
g_bSystemTime1Ms=1;//1MS时标标志位置位
}
由于在Led.c文件中需要调用我们的g_bSystemTime1Ms变量。
同时主函数需要调用Timer0Init（）初始化函数，
所以应该对这个变量和函数在头文件里作外部声明。
以方便其它函数调用。
Timer.h内容如下。
#ifndef_TIMER_H_
#define_TIMER_H_
externvoidTimer0Init（void）;
externbitg_bSystemTime1Ms;
#endif
完成了定时器模块后，我们开始编写LED驱动模块。
Led.c内容如下：
#include
#include"MacroAndConst.h"
#include"Led.h"
#include"Timer.h"
staticuint16g_u16LedTimeCount=0;//LED计数器
staticuint8g_u8LedState=0;//LED状态标志,0表示亮，1表示熄灭
#defineLEDP0//定义LED接口
#defineLED_ON（）LED=0x00;//所有LED亮
#defineLED_OFF（）LED=0xff;//所有LED熄灭
voidLedProcess（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（）;
}
}
voidLedStateChange（void）
{
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;
}
}
}
这个模块对外的借口只有两个函数，因此在相应的Led.h中需要作相应的声明。
Led.h内容：
#ifndef_LED_H_
#define_LED_H_
externvoidLedProcess（void）;
externvoidLedStateChange（void）;
#endif
这两个模块完成后，我们将其C文件添加到工程中。
然后开始编写主函数里的代码。
如下所示：
#include
#include"MacroAndConst.h"
#include"Timer.h"
#include"Led.h"
sbitLED_SEG=P1^4;//数码管段选
sbitLED_DIG=P1^5;//数码管位选
sbitLED_CS11=P1^6;//led控制位
voidmain（void）
{
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;
Timer0Init（）;
EA=1;
while
（1）
{
LedProcess（）;
LedStateChange（）;
}
}
整个工程截图如下：
一起来总结一下我们需要注意的地方吧
1.C语言源文件（*.c）的作用是什么
2.C语言头文件（*.h）的作用是什么
3.typedef的作用
4.工程模板如何组织
5.如何创建一个多模块（多文件）的工程
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