干货单片机程序的分层思想讲解

单片机设计中的分层思想实际上并不是什么高深的技术，有过项目经验的工程师基本上都了解单片机的分层。但是对于新手来说，单片机的分层就不那么令人理解了。单片机的分层结构能够帮助设计者对于电路有进一步的理解，本文就将为大家介绍单片机程序中的分层思想。

对于单片机的分层思想，有两个设计思想是非常重要的。一个就是“时间片轮的设计思想”，这个对实际中解决多任务问题非常有用，通常可以用这个东西来判断一个人是单片机学习者，还是一个单片机工程师。这个必须掌握。由于网上介绍这个的帖子也不少，所以这里就不多说了。

第二个就是“分层屏蔽的设计思想”。下面用扫描键盘程序例子作为引子，引出今天说的东西。

问题的提出：单片机学习板一般为了简单起见，将按键分配的很好，例如整个4*4的键盘矩阵分配到P1口上面，8条控制线，刚好。这样的话程序也非常好写。只需要简单的

KEY_DAT=P1；

端口的数据就读进来了。诚然，现实中没有这么好的事情。在实际的项目应用当中，单片机引脚的复用相当厉害，这跟那些所谓的单片机学习板就有很大的差别了。

另外一个原因，一般设计来说，是“软件配合硬件”的设计流程，简单点说就是，先确定好硬件原理图，硬件布线，最后才是软件的开发，因为硬件修改起来比较麻烦，相对来说软件修改的时候比较好改。这个就是中国传统的阴阳平衡哲学原理。硬件设计和软件设计本来就是鱼和熊掌的关系，两者不可兼得。方便了硬件设计，很可能给写软件带来很大的麻烦。反过来说，方便了软件设计，硬件设计也会相当的麻烦。如果硬件设计和软件设计同时方便了，那只有两种可能，一是这个设计方案非常简单，二是设计师已经达到了一个非常高的境界。我们不考虑那么多情况，单纯从常用的实际应用的角度来看问题。硬件为了布线的方便，很多时候会可能将IO口分配到不同的端口上面，例如上面说的4*4键盘，8根线分别分配到P0P1P2P3上面去了。那么，开发板的那些扫描键盘程序可以去见鬼了。怎么扫按键?

我们引入初中数学学的“映射”的概念来解决问题。基本思想就是，将不同端口的按键映射到相同端口上面。

这样按键扫描程序就分成3个层次了。

1）最底层的是硬件层，完成端口扫描，20ms延时消抖，将端口的数据映射到一个KEY_DAT寄存器上面，KEY_DAT作为对上层驱动层的一个接口。

2）中间的一层是驱动层，驱动层只对KEY_DAT寄存器的数值进行操作。简单点说，我们无论底层的硬件是怎么接线的，在驱动层都不需要关心，只需要关心KEY_DAT这个寄存器的数值是什么就可以了。这样出来的间接效果就是“屏蔽了底层硬件的差异”，所以驱动层写的程序就可以通用了。驱动层的另外一个功能是为了上层提供消息接口。我们用了类似window程序的消息的概念。这里可以提供一些按键消息，例如：按下消息，松开消息，长按键消息，长按键的时候的步进消息，等等。

3）应用层。这里就是根据项目的不同分别写按键功能程序，属于最上层的程序。它使用的是驱动层提供的消息接口。在应用层写程序的思想就是，不管下层是怎么工作的，只关心按键消息。有按键消息来的时候我就执行功能，没有消息来的时候，我就什么也不做。

下面用一个简单的常用的例子，说明我们这个设计思想的用法。秒表调整时间的时候，要求按着某个按键不放，时间能连续的向上增加。这个东西很实用，实际的家电中用途很广泛。在看下面的东西之前，大家可以想一下，这东西难吗?相信大家都会很响亮的回答，“不难！！”，然而再问：“这东西麻烦吗?”相信很多人肯定会说“很麻烦！！”

项目要求：两个按键，分别分配在P10和P20，分别是“加”“减”按键，要求长按键的时候实现连续加和连续减的功能。

实战：假设：按键上拉，没有按键的时候高电平，有按键的时候低电平，另外，为了突出问题，这里没有将延时消抖的程序写上去，在实际项目中应该加上。C语言函数参数的传递多种多样，这里作为例子，用了最简单的全局变量来传递参数，当然你也可以用unsignedcharReadPort（void）返回一个读键结果，甚至还可以voidReadPort（unsignedchar*pt）用一个指针变量传递地址而达到直接修改变量的目的。方法是多种多样的，这个决定于每个人的程序风格。

1）开始写硬件层程序，完成映射

#defineKYE_MIN0X01

#defineKEY_PLUS0X01

unsignedcharKeyDat；

voidReadPort（void）

{

if（P1&KEY_PLUS==0）{

KeyDat|=0x01；

}

if（P2&KEY_MIN==0）{

KeyDat|=0x02；

}

}

C语言应该很容易看懂吧?如果KEY_PLUS按下，P10口读到低电平，则P1&KEY_PLUS的结果为0，满足if的条件，进入KeyDat|=0x01是将KeyDat的bit0置一，也就是说，将KEY_PLUS映射到KeyDat的bit0

KEY_MIN是同样的道理映射到KeyDat的bit1

如果KeyDat的bit0为1，则说明KEY_PLUS按下，反则亦然。

不需要想的很神秘，映射就是这么一回事。如果还有其他按键的话，用同样办法，将他们全部映射到KeyDat上面。

2）驱动层程序编写

如果将KeyDat想象成P1口，那么这个跟学习板那标准的扫描程序不就是一样了吗?对的，这个就是底层映射的目的了。

3）应用层程序编写

根据消息，硬件层是必须分离出来，然而驱动层和应用层的要求就不那么严格了，事实上一些简单的项目没有必要将这两层分离开来，根据实际应用灵活应对就可以了。其实这样写程序是很方便移植的，根据板子的不同而适当的修改一下硬件层那个ReadPort函数就完成了，驱动层和应用层很多代码可以不经过修改直接用，很能提高开发效率的。当然这个按键程序会存在一定的问题，特别是遇到常闭按键和点触按键的混合使用的场合。这个留给大家自己去想了，反正问题总是能找到解决办法的，尽管方法有好有坏。

以按键为媒介，介绍了程序设计当中的“分层屏蔽”的思想的原理和应用，按键只是一个例子，其实分层的思想普遍存在着程序设计当中。细心留意一下的话发现其实window，linux，网络的tcp/ip结构全部都是分层的。这东西不是绣花枕头，而是实际用在工程上面的，只是平时不多见帖子介绍，或者没有人特意这样来总结，又或者是有经验的工程师作为藏在心中的法宝吧，这个就不得而知了。