跟着视频学习32位8051单片机打卡

cl_l***

神*** 发表于 2023-10-26 20:15
http://www.stcmcudata.com/STCISP/stc-isp-15xx-v6.92D.zip

谢谢管理员捧场

cl_l***

第9课 - 数码管的静态使用



在前几课分别介绍了LED、按钮开关、蜂鸣器后，
这一课又拿出了一个新设备：数码管。

这个东西在各种家用电器和仪器上都经常使用，

小到酸奶机，大到空调冰箱。




数码管的应用范围广泛，包含了多段LED，并且价格还很便宜，

4位的2块钱包邮，2、3位的2块钱2个，1位的2块钱3个。




数码管本质上是多个条形LED的并联，但只并联了一端，以使得每段可以自由控制。
而单片机控制数码管，本质上是控制数码管上的多个引脚的输出，让数码管显示不同的式样，
其实不仅能显示0-9，而是可以根据需要显示数字以外的式样，这取决于程序中的控制。


根据数码管内部的连接，数码管分为共阴和共阳，这两种类型的taobao价格相同(颜色上红色以外倒是贵一些)。
具体使用哪种要看电路的设计。




多段数码管其实是把多个数码管再次并联，原理与单个数码管的内部多段的并联类似，
以减少针脚的使用。




如上文所述，控制数码管其实就是控制数码管的引脚输出，
为了程序的简单，我们不需要为每个引脚单独设置，
而是使用一个数组描述0-9这些数字，这个数组一旦设计好，
就可以一直使用。


代码上直接把数组的某一个数字赋值给引脚变量，就可以控制数码管的显示。
另外也要设置一下数码管的公共级，如下面程序。




综合按键的使用，就可以用数码管和按键编写一个0-9的增加/减少程序，
功能上类似于定时器、或钟表或档位开关，通过两个按钮对数码管的数字进行增减。


其实在真正的应用中，数码管的显示只是输出，程序内部需要通过改变的变量，
也就是上面程序中的num，去控制设备的功能，使得设备工作在设定的状态。

cl_l***

第10课 - 数码管的动态显示


这一课的感受是，数码管的动态显示其实是为了用少量的控制线控制多个数码管。
比如如果用操作LED的原理去操作数码管，代码会很简单，
但每一个数码管上的灯都需要独立的引脚去控制，
那么4位数码管就需要4*8=32个引脚，8位数码管就需要8×8=64个引脚，
这会让电路变得极其复杂。
(并且TB看了下，市面上也没有卖这么多引脚的数码管)。


因此实现的方法是让所有数码管共用灯段，但这样一来所有数码管又只能显示同样的内容了，
解决的方法是再采用独立的引脚控制数码管的亮灭，只要让数码管循环点亮，
就能在点亮数码管的时候给它要显示的数字。


如图所示，通过快速的刷新，让人眼感觉不到数码管的循环，从而达到多个数码管的控制。





不过，代价就是程序比控制单个数码管要复杂一些了。。。





这里讲师介绍了一种灵活的方法，通过数组来定义控制亮灭的寄存器值，
程序只需直接使用这些算好的数字，可以让程序变得简单。




这里就是数码管动态显示的核心过程，通过快速的刷新，
在每轮刷新时只激活其中一个(程序中的第num个)数码管，
达到动态显示。




还有一个巧妙的处理就是显示数字，
不像普通编程时只要用printf就可以完成，
单片机上数码管的数字显示需要我们自己算出每一个数码管上的值，
可以巧妙的用除法和余数得到。

cl_l***

第11课 - 定时器的使用


这一课的内容比想象的多，要使用一个定时器，不仅会接触到定时器的原理，
还有很多寄存器的设置，和中断，以及中断函数。


第一遍看有些烧脑，但再看一遍时差不多能理解其中的脉络了，
写这个笔记时感觉了解的还是不太贯通，待会准备再看第3遍，去整体回顾一下。


定时器虽然使用起来比较复杂，但其实是一个好东西，
通过它可以实现定时和计数功能，并且STC32G提供了5个定时器，
足够开发时的使用。



顺便了解了一下51单片机的前身，8051单片机只有2个定时器，
而它的加强版8052也只是多了一个定时器，而对比现在的STC32G，

可以看出科技的进步。


在作为定时器使用时，是通过中断来实现时间提醒的，也就是在设置的时间到达时，
会通过中断当前程序，跳转到中断程序中，来完成时间到达时候的任务。
就像学习时水开了，就需要先中断学习，去把水给灌了，再回来学习，这个灌水就是中断。




STC32G的每个定时器并不是完全相同的，比如定时器0提供的功能最多，
定时器1少一些，234更少一些，需要编程时根据需求去合理安排。




这个是定时器寄存器的控制流程图，
定时器的动作收到下面这么多寄存器的控制，
使用时需要合理设定这些寄存器，才能让定时器按照需要执行动作。




在代码上也是按照上图的原理，设置定时器的模式、时间值、中断允许等寄存器，


然后在这个定时器的中断中写入我们需要执行的动作，

这里是进行数码管的刷新。
相比上一课中的刷新方法，使用定时器可以在背后完成刷新动作，
而不需要让主程序参与，主程序可以专注更主要的工作。




正在感叹定时器的设置很复杂时，课程介绍了一个好东西，
stc提供了自动生成定时器程序的工具，只要在界面上设定需要的参数，
就能自动生成这个单片机上的定时器代码，STC真是比用户更了解用户需求啊。

cl_l***

第12课 - 计数器的使用



这一课是定时器的延伸，在上一课中讲师介绍到定时器可以作为定时器使用，也可以作为计数器使用，
上一课中介绍的是作为定时器去控制数码管的刷新，这一课就是定时器的另一个功能，作为计数器，
去自动统计外部信号的个数。




计数器功能可以用在很多地方，比如电动机的测速，或者生产线的传送带上，统计产品一共生产了多少个。


根据视频内容，我的理解是，定时器本质上就是一个计数器，区别在于它的输入源，
如果输入源是单片机内部的频率信号，那么它就是定时器，
如果输入源是单片机外部的脉冲信号，那么它就是计数器。


使用计数器，同样需要设置跟定时器有关的这些寄存器，
虽然个数也不少，但经过上一章的学习后，
这里已经不是难点了，原理上大同小异。




讲座中举了2个例子，第一个例子是使用试验箱上的按键模拟外部信号，
在按下按键时在数码管上输出按键计数，也就是计数器的最基本功能演示，
设计的思路也是灵活使用中断，进入中断表示外部来了一个触发，
在中断函数中对计数器的计数(TimCount)加1，然后根据TimCount的值去更新数码管的显示就可以了。




讲座中的第2个例子是大学生电子竞赛中的试题，
使用单片机统计电动机的转速，这也是一个计数器的应用，
跟第一个例子相比，稍微有一点改变，就是显示的不是外部信号的总数，
而是单位时间(2秒)内外部信号的个数。
因为电动机每转一圈会产生固定的触发信号，因此单位时间内的计数个数，
就与转速成正比，再除以每一圈的触发次数，就是电动机的转速了。




这一课也有一个彩蛋，就是stc-isp工具的io口配置工具，
其实在原先的课程中就有这个感叹，每个程序设置io口的时候需要查手册，
而通过这个工具，可以很方便的生成需要的设置代码，
既简单又不容易出错。

cl_l***

第13课 - 简单多任务处理（上）



学习到这里时，看标题以为是让单片机能像Windows/Linux那样，同时运行多个程序，
这也太黑科技了，为此专门百度了一下，还真有：


看起来挺有趣的，哪天去学习下。


学习以后，知道教程这里的多任务处理，指的是让单片机同时控制多个外设，
实现一个产品中的多个功能，核心知识在于对功能的划分和封装。


之前章节中的内容，核心是介绍如何控制外设，但如果要控制好外设，
不仅在于外设的控制方法，还在于如何对外设功能进行合理的规划，
使用模块对这些功能进行封装，方便主程序使用，这就是本章的内容。


本章内容相当多，一共有4课，我也分上下两部分进行总结。
前面的2课主要集中于对数码管功能的封装，第二课结尾处提到了封装按键的思路。


封装一个外设，与直接控制外设的思路不同，直接控制外设只需要让外设完成这个程序需要的功能就可以了，
而封装外设，需要考虑到当前和今后需要的功能，把这些功能统一封装起来成一个模块，
方便现在和今后的所有使用。


而教程中实现了更广泛的封装，就是把试验箱中的LED也一起实现了，
这个想法很巧妙，因为本质上LED和数码管是同一回事情。
函数如下：


头文件：




Keil还提供了一些方便编程的功能，比如可以自动重命名函数，
在这里设置后，Keil会把这个函数的所有位置自动更名，比手工搜索替换方便的多，
也不容易出错。




另外sbit这个关键字也很好用，可以用来单独设置变量的一位。






函数中可以用static声明设置一个不变的值，
这个值在函数退出再进入时，可以保持上一次的值，
而不像其他变量那样值被丢掉。




之前的按键是单独实现需要的功能，这里进行模块化时，
需要总结按键应用中可能使用到的所有功能，
如单击、防抖、长按等，把它们一起实现起来，
作为一个统一的模块为主程序提供服务。

cl_l***

第13课 - 简单多任务处理（下）



这一课的后两个部分，最核心的内容是如何实现对按键的处理。
按键处理看起来简单，只要读取状态，但因为按键存在按下、松开、单击、长按、防抖等多种情况，
实际上是一个非常复杂的过程，可以说是从开篇到现在为止，最复杂的逻辑了。


不过也因为这个逻辑复杂，就更能体现模块的威力，
我们花精力把这些复杂逻辑封装成模块，就能把它们限定到模块内部，
让模块默默承担了所有，带来主程序的简便。


键盘模块主要由KEY_Deal和KEY_ReadState这两个函数组成，
KEY_Deal用来读取所有按键的状态，把当前的状态叠加进按键时间的数组中，

来为KEY_ReadState提供判定依据。
KEY_ReadState查看来自KEY_Deal的按键时间数组，并结合其他LastState的值，
最终判别出按键的状态，并通过返回值返回给调用程序。


先来看KEY_Deal，由于要控制的是8个按键，因此使用i生成了8次循环，
每次处理一个按键。
在循环中，根据按键的按下/松开状态进行不同的处理，
如果按键是按下的，则增加Count数组中的按下时间值，
这里要注意如果按键长时间按下，会导致数字超出范围，因此设定了60000的最大值，
因为这个函数10ms运行一次，所以需要600秒才能到达最大值，已经远远超过了现实中需要长按的时间。
如果按键是松开的，则清除按键的按下时间，并且还要根据按键原先的状态，
去判断这一次是从按下到松开的过程，还是按键本来就是松开的，结果放到LastState中。




后一个KEY_ReadStare函数的判断分两种情况，
当Count[keynum]>0时，说明按键是按下的，
这时根据按键被按下的时间，返回消抖、单击、单击结束、长按、长按结束这5种状态之一。
当Count[keynum]=0时，说明按键是松开的，

这时根据LastState、也就是按键上一次的状态，返回正在松开、早已松开这2种状态之一。



使用上述两个函数，主程序可以非常方便的获取按键状态，
而不需要象前几课那样，写很复杂的程序了。


模块需要写的更加正规，因为它会被长时间大量使用，
所以注释不可缺少，下面是课程中示范的一个典型注释，
包含跟这个函数有关的各种信息，这相当于函数的说明书，
使用者只需要看注释，而不需要看函数的内容就能使用函数。
就像我们买了收音机，只需要看说明书就能使用，而不需要拆开看电路板一样。
其中函数的功能、输入、输出说明必不可少，其余内容如作者名称，修改时间和版本，
是为了跟踪函数的履历。




后面的蜂鸣器模块，跟这个按键模块比起来，就是小巫见大巫，

经过了按键模块的学习，蜂鸣器的控制要简单的多，毕竟我们只是让蜂鸣器响指定的时间，
而不是要控制蜂鸣器奏乐(这个应该用到无源蜂鸣器了)。

cl_l***

第14课 - 矩阵按键



按键控制在很早之前就学习过，但原先学习的是单独的按键，控制比较容易，
但如果按键数量非常多，就需要很多IO口，假设是键盘这种100多个按键，
单片机的IO口根本不够。


因此引入了矩阵按键，仔细想想，在设计思想上，独立按键到矩阵按键的变化，
相当于独立LED到数码管的变化，都是让多个外设共用IO口，让它们形成行列模式，
然后进行控制。


矩阵按键的电路连接本质上根原先学过的多个数码管也很相似：




在编程上首先把行输出低电平、列输出高电平，如果有键按下，相应的列会变为低电平。
然后把列输出低电平、行输出高电平，如果有键按下，相应的行会变为低电平。

再把行和列的结果进行组合判断，就知道是哪个键被按下了。




随后的例子中，是使用矩阵按键实现一个密码箱的功能，
这里把按下的键存入一个数组，然后判断数组中的内容是不是与密码相同。
当然这个只是例子，真正的产品还需要能自由设置密码。




说到矩阵按键的不足，就是没法处理多个键同时按下的情况，
因为多个键同时按下时，不同的按法可能在电路上产生相同的信号，
因此无法使用软件来判断，好在这种情况在实际设备上不多，
对于常见的应用，矩阵按键是能胜任的。

cl_l***

第15课 - 外部中断




与前几课中的控制外设不同，这里学习的不是外设，而是MCU内部的中断。
中断的历史由来已久，从最开始的8051，到PC机，以及ARM，都存在这种器件，
正由于中断的存在，才能让MCU与与输入类型的外设通信时，可以在状态变化时及时处理，
同时避免耗时的轮询。


说到轮询，在前面的课程中就是通过轮询来采集按键输入的，
为此程序需要每间隔一段时间查询所有按键的状态，如果轮询较多，
不仅会减慢处理器的处理，也会增加程序的复杂性。
但使用中断可以避免上面的轮询操作，只要在一开始设置好中断寄存器，
按键会在被按下的时候触发中断，MCU会进入中断程序中进行处理，
如果按键没有状态变化，则处理器不需要进行任何额外的查询，
以节省处理器时间。


另一方面，当处理器忙于一个工作时，可能会在一段时间内无法轮询外设，
这就造成外设的数据处理延时，而中断方式不存在上述缺陷，因此能让外设的输入被及时相应。


STC32G细腻单片机提供的中断比我们想像的多得多，
像IO口，定时器，串口，ADC，USB，DMA，I2C等均可以发出中断，
处理器对中断的支持如下表所示，详细的内容需要参考STC手册。








对中断的设置原理上简单，但因为中断源很多，操作这些中断源，
也牵涉到非常多的寄存器，因此编程时需要仔细参考STC手册，
总之手册是一个好东西，进行STC单片机编程时，没有手册寸步难行。




这一课的例子是使用试验箱中的按键触发INT0外部中断，
然后用中断的方式去进行按键的响应，正如上面说的，
这种方式具有响应及时、程序简单的优势。
大概流程就是：
- 在程序开始时对中断源进行设置
- 在中断ISR中写下中断发生时要进行的处理




、



在课程中的实操中，也证明了中断的优点，使用传统的轮询方式时，
程序会在LED转一圈后才检测按键状态，因此造成按键的响应不及时，
但改成中断响应时，按键的结果会随时被响应。
当然我们也可以针对轮询方式进行修改，比如增加轮询的频率，
在进行耗时操作的内部也进行插入轮询代码，或者使用前面学到的定时器去检测按键状态，
但对比下来，中断方式的效率更高，程序也更简便。