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1 傳統(tǒng)單片機(jī)程序開發(fā)的不足 在傳統(tǒng)的單片機(jī)程序中，通常是以“過程”和“操作”為中心的結(jié)構(gòu)，程序按規(guī)定的過程順序地執(zhí)行，與外設(shè)的連接一般采用中斷方式，在中斷服務(wù)程序中完成外設(shè)的全部處理工作，主程序一般是初始化系統(tǒng)并等待中斷的發(fā)生。這種結(jié)構(gòu)成熟、易于理解，但有如下不足： （1）受單片機(jī)性能的限制，容易造成系統(tǒng)對(duì)其它中斷的響應(yīng)變得遲緩，特別是對(duì)于中斷源較多、中斷處理耗時(shí)較多的系統(tǒng)（如：LED顯示、鍵盤掃描等）； （2）中斷服務(wù)程序過長，在中斷服務(wù)期間系統(tǒng)無法響應(yīng)同級(jí)的中斷； （3）可能導(dǎo)致代碼重入，增大堆棧開銷，造成難以預(yù)料的結(jié)果； （4）程序調(diào)試時(shí)，花在各模塊定時(shí)協(xié)調(diào)方面的時(shí)間、精力隨系統(tǒng)的復(fù)雜程序大幅增加。 如果在編寫單片機(jī)程序時(shí)，引入Windows程序中的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，把中斷響應(yīng)與事件處理程序分離，中斷服務(wù)程序的任務(wù)只是產(chǎn)生一個(gè)中斷發(fā)生的標(biāo)志，而事件處理則由處理程序來完成，主程序則負(fù)責(zé)判斷標(biāo)志和調(diào)度處理程序。這樣，可大幅縮短中斷服務(wù)程序的長度，減少斷服務(wù)程序的耗時(shí)，提高系統(tǒng)對(duì)多中斷的響應(yīng)能力，從而較好地解決上述矛盾。 2 Windows的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制 在Windosw系統(tǒng)中，程序的設(shè)計(jì)圍繞事件驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行。當(dāng)對(duì)象有相關(guān)的事件發(fā)生時(shí)（如按下鼠標(biāo)鍵），對(duì)象產(chǎn)生一條特定的標(biāo)識(shí)事件發(fā)生的消息，消息被送入消息隊(duì)列，或不進(jìn)入隊(duì)列而直接發(fā)送給處理對(duì)象，主程序負(fù)責(zé)組織消息隊(duì)列，將消息發(fā)送給相應(yīng)的處理程序，使相應(yīng)的處理程序執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，做完相應(yīng)的處理后將控制權(quán)交還給主程序。 在這種機(jī)制中，對(duì)象的請(qǐng)求僅僅是向隊(duì)列中添加相應(yīng)的消息，耗時(shí)的處理則被分離給處理函數(shù)。這種結(jié)構(gòu)的程序中各功能模塊界限分明，便于擴(kuò)充，能充分利用CPU的處理能力，使系統(tǒng)對(duì)外界響應(yīng)準(zhǔn)確而及時(shí)。 3 事件驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 與Windows系統(tǒng)相比，單片機(jī)的資源非常有限，因此，單片機(jī)程序中的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制只能采取一種簡化的方式。當(dāng)某個(gè)中斷發(fā)生時(shí)，中斷服務(wù)程序設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志，不同的標(biāo)導(dǎo)代表不同的中斷發(fā)生的消息，而主程序不斷地判別這些標(biāo)志，以決定啟動(dòng)哪一個(gè)處理函數(shù)。相應(yīng)的處理函數(shù)被啟動(dòng)處理完相關(guān)的任務(wù)后，清除此標(biāo)志，然后把控制權(quán)交還給主程序。采用這種機(jī)制，可合理地利用有限資源，使程序調(diào)試的工作量大幅下降。對(duì)于延時(shí)、定時(shí)處理（如LED顯示、鍵盤掃描等），更可方便地使用一定時(shí)器來完成延時(shí)、定時(shí)的任務(wù)，從而把CPU從這種耗時(shí)的任務(wù)中解放出來，確保系統(tǒng)對(duì)多中斷有足夠的響應(yīng)能力。 本文以一IC卡讀寫機(jī)為例，說明事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。 3.1 硬件結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)以ATMEL公司的89C51為核心（如圖1）。89C51價(jià)格低廉，性能較好，片內(nèi)有4KB的可擦寫程序存儲(chǔ)器，可滿足本系統(tǒng)的要求。為簡化硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)能耗，鍵盤采用軟件掃描的矩陣鍵盤。LED顯示采用段位動(dòng)態(tài)掃描，在任一時(shí)刻LED中最多只有一段被點(diǎn)亮。具體是在位選信號(hào)送某位LED的公共極時(shí)，每隔一個(gè)時(shí)間片依次輸出該位LED的段碼（含小數(shù)點(diǎn)），輸出完成一位后，再逐閃輸出下一位。從第一位至第N位LED依次分成8×N個(gè)時(shí)間片循環(huán)掃描顯示。串口UART作為系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)通信的通道，IC卡的讀寫由MCU模擬I2C協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。 3.2 事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 中斷申請(qǐng)標(biāo)志 在系統(tǒng)中定義一個(gè)可位尋址的單元，在此把它命名為Message_Flag，用來記錄描述中斷事件發(fā)生的情況。各位的定義如下： *Message_Flag中某位為1表示當(dāng)前有相應(yīng)的事件發(fā)生，為0則當(dāng)有沒有相應(yīng)的事件發(fā)生。 LED顯示的實(shí)現(xiàn) 顯示模塊結(jié)構(gòu)見圖2。以定時(shí)器T0作為LED的動(dòng)態(tài)掃描的定時(shí)基準(zhǔn)，T0的定時(shí)時(shí)間最大值Tseg=20ms/(8×N)（其中N為LED位數(shù)），改變Tseg的值可改變顯示的亮度。T0每隔Tseg時(shí)間向MCU申請(qǐng)中斷，在T0的中斷服務(wù)程序中置位相應(yīng)的標(biāo)志位（Message_Flag中的D0位）。主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動(dòng)顯示模塊實(shí)現(xiàn)位段的顯示輸出。 鍵盤輸入的實(shí)現(xiàn) 鍵盤模塊結(jié)構(gòu)見圖3。在LED動(dòng)態(tài)掃描期間，只有被點(diǎn)亮的LED相應(yīng)的位選線維持大約3ms的低電平，而在系統(tǒng)工作的絕大部分時(shí)間內(nèi)LED的位選線（即鍵盤的列線）維持高電平。當(dāng)有鍵被按下時(shí)，將把鍵盤的行線中某一根拉成高電平，經(jīng)或非門后，向MCU申請(qǐng)INT1中斷，在INT1的中斷服務(wù)程序中啟動(dòng)定時(shí)時(shí)間為20ms的定時(shí)器T1。T1的定時(shí)時(shí)間到后向MCU申請(qǐng)T1中斷，在T1的中斷服務(wù)器程序中置位相應(yīng)的中斷申請(qǐng)標(biāo)志（Message_Flag中的D1位）。 主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動(dòng)鍵盤掃描模塊實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入。鍵盤輸入完成（用戶按“確認(rèn)”鍵），置位鍵盤輸入確認(rèn)標(biāo)志（Message_Flag中的D7位）。 IC卡的讀寫 IC卡的SDA、SCL經(jīng)卡座分別通過P1.0、P1.1與MCU相連。當(dāng)IC卡插入卡座時(shí)，座上的微動(dòng)開關(guān)使INT0變?yōu)榈碗娖剑騇CU申請(qǐng)INT0中斷。在INT0中斷服務(wù)程序中置位相應(yīng)的中斷申請(qǐng)標(biāo)志（Message_Flag中的D2位），主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動(dòng)IC卡的讀模塊，以軟件模塊I2C協(xié)議來實(shí)現(xiàn)讀卡操作。在數(shù)據(jù)處理完成后，同樣通過軟件模塊I2C協(xié)議來完成寫卡的操作。 串口通訊 實(shí)際應(yīng)用中可把UART轉(zhuǎn)換成RS232C與PC相連或轉(zhuǎn)換成RS485等其它協(xié)議組成單片機(jī)網(wǎng)。MCU與外部的通訊采用中斷方式，在串口的中斷服務(wù)程序中置位相應(yīng)的中斷申請(qǐng)標(biāo)志（Message_Flag中的D4位）。主程序檢測到此標(biāo)志位被置位后，啟動(dòng)串口通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與外部的數(shù)據(jù)通訊。 主程序的設(shè)計(jì) 綜上所述，主程序首先完成系統(tǒng)的初始化，然后循環(huán)檢測各中斷的中斷申請(qǐng)標(biāo)志，如有某標(biāo)志被置位，則啟動(dòng)相應(yīng)的處理模塊完成相應(yīng)的任務(wù)。程序結(jié)構(gòu)如下（用C51編寫）： vnsigned bdata message_flag； sbit t0_int=message_flag^0; sbit t1_int=message_flag^1; sbit int0_int=message_flag^2; sbit uart_int=message_flag^4; sbit kb_enter=message_flag^7; unsigned char kb_buf[8]; unsigned char led_buf[8]; unsigned char ic_buf[8]; unsigned char num_buf[8]; void uum_proc(void); /*數(shù)據(jù)處理模塊*/ void ledbuf_write(unsigned,unsigned int); /*數(shù)據(jù)處理*/ void system_init(void); /*系統(tǒng)初始化*/ void uart_commune(void); /*串口通訊模塊*/ void led_display(void); /*LED顯示*/ void kb_scan(void); /*鍵盤掃描*/ void ic_reader(void); /*讀IC卡*/ void ic_writer(void); /*寫IC卡*/ void set_timer(unsigned int time_len,unsigned char type,unsigned char id); /*設(shè)置定時(shí)器*/ void t0_int_sever(void); /*定時(shí)器T0中斷服務(wù)*/ void t1_int_sever(void); /*定時(shí)器T1中斷服務(wù)*/ void int0_int_sever(void); /*INT0中斷服務(wù)*/ void int1_int_sever(void); /*INT1中斷服務(wù)*/ void uart_int_sever(void); /*串口中斷服務(wù)*/ void main(void) { system_init(); while(1) { if (t0_int) led_display(); if (int0_int) ic_reader(); if (t1_int) kb_scan(); if (uart_int) uart_commune(); if (kb_enter){ num_proc(); ic_writer(); ledbuf_write(num_buf,8); } } } 事件驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是通過在中斷服務(wù)程序中置位相位標(biāo)志，把耗時(shí)的中斷服務(wù)中的處理部分分離出來，中斷返回后，再由主程序根據(jù)標(biāo)志啟動(dòng)相應(yīng)的處理模塊。在任務(wù)處理完成后，清除相應(yīng)的標(biāo)志。由于中斷服務(wù)程序短小，所以一般能實(shí)時(shí)地響應(yīng)各種中斷；而處理程序之間不會(huì)被相互調(diào)用，所以不會(huì)產(chǎn)生代碼重入；各模塊界限分明，給程序中各模塊的統(tǒng)調(diào)帶來很大的方便。 實(shí)踐證明，運(yùn)用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制來紡織單片機(jī)程序，即使對(duì)于要求定時(shí)準(zhǔn)，耗時(shí)多的多中斷、多模塊系統(tǒng)，也可輕松地完成。 |
