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1、实战篇 第五讲专题一：头文件与模块化编程详解,本讲内容提要模块化编程概述模块化编程的三种手段建立头文件的步骤模块化编程举例,温故知新矩阵键盘,键盘接口扩展两种扩展键盘的方式：线性键盘与矩阵键盘LT-Super51学习板键盘4个输出型IO做行输出，4个输入型IO做列输入，行与列的交点即为按下的按键。MCS51矩阵键盘程序设计循环扫描查询的方式与利用定时中断扫描的的方式,释疑解惑矩阵键盘,填空题单片机扩展多个键盘，从连接方式上可以分为两大类：线性键盘和矩阵键盘，后者有专用的扫描芯片，比较常用的型号有HD7279。用矩阵方式连接键盘，9个IO口最多可扩展20个按键，7个IO口最多可扩展12个按键。对
2、于线性键盘连接方式，则分别最多可扩展9个和7个按键。实验题(实验二十四 矩阵键盘控制数码管)编写程序实现如下实验现象：实验板上的44矩阵键盘从右下角开始编码为1，从右至左、从下到上的顺序递增，有按键按下后相应的键码的二进制值显示在流水灯上(同实验二十一)。同时键码显示在最右端2位数码管上。,新语新知模块化编程概述,为什么要引入模块化编程？通过以上几讲内容，我们初步掌握了单片机C语言编程的基本原理与基本方法。同时我们可以观察并体会到，随着代码量的增加，将所有代码都放在同一个.c文件中的做法越发使得程序结构混乱、可读性与可移植性变差，而模块化编程是解决这个问题的常用而有效的方法。模块化设计原则：“
3、高内聚，低耦合”高内聚：一个c文件里面的函数，只有相互之间的调用，而没有调用其他文件里面的函数，这样可可以视为高内聚。尽量减少不同文件里函数的交叉引用。低耦合：一个完整的系统，模块与模块之间，尽可能的使其独立存在。也就是说，让每个模块，尽可能的独立完成某个特定的子功能。模块与模块之间的接口，尽量的少而简单。,新语新知模块化编程的三种手段,函数、宏定义与头文件实现模块化编程的三个主要手段是函数、宏定义与头文件，对于函数与宏定义之前我们有所讲解，稍后会通过几个例子使大家进一步加深对其的理解。下面讲解一下头文件操作的详细步骤。,新语新知建立头文件的步骤,第一步 创建头文件建立一个.c文件（源文件）和
4、一个.h文件（头文件）。原则上文件名可以任意命名，但强烈推荐如下原则：.c文件与.h文件同名；文件名要有意义，最好能够体现该文件代码的功能。例如延时函数相关的源文件与头文件命名为delay.c与delay.h。,新语新知建立头文件的步骤,第二步防重复包含处理在.h文件中加入如下代码：#ifndef XXX#define XXX./此处添加代码#endif其中的XXX原则上可以是任意字符，但同一个工程中各个.h文件的XXX不能相同，因此强烈推荐如下的规则：将.h文件的文件名全部大写，“.”替换成下划线“_”，首尾各添加2个下划线“_”作为XXX。例如对于delay.h文件，其内容如下：#ifnd
5、ef _DELAY_H_#define _DELAY_H_./此处添加代码#endif,新语新知建立头文件的步骤,因为在同一个工程内，文件名都是唯一的，因此这种命名规则可以保证XXX不会重复。之后要添加到.h文件的代码都放在第3行的位置。这样处理之后，当.h文件第一次被包含时，符号XXX是未被定义过的，因此符合#ifndef的条件，编译器会继续编译第1行以后的代码。然后编译到第2行，先定义一下符号XXX，然后开始编译第3行直到最后一行#endif的代码。而此后此.h文件再次被包含时，符号XXX在第一次包含该.h文件时已被定义过了，不符合第一行#ifndef的条件，则该.h文件的内容就不会被编译
6、器编译。总之，这样处理之后既能保证.h文件的有效内容被编译，又能保证.h文件的有效内容不被重复编译。,新语新知建立头文件的步骤,第三步 代码封装将需要模块化的代码封装成函数与宏定义。函数体放在.c文件中，需要被外部调用的函数还要在.h文件中声明一下；需要被外部调用的宏定义放在.h文件中，仅会被本.c文件调用的宏定义放在.c文件中。第四步 尽量少用或不用全局变量必须要用的全局变量的声明要放在.c文件中，需要被外部调用的全局变量还要在.h文件中重新用extern修饰声明一下，用来告诉编译器有这个变量的存在（因为编译器的编译过程是按文件来的，链接过程才是各个文件的合并，如果没有这一步extern修饰
7、声明就在另一个文件调用了这个变量，编译器会提示没有此变量）。,新语新知建立头文件的步骤,第五步 添加源文件将.c文件添加到工程之中，同时在需要调用.h文件中的宏或者函数（这里的函数是对应的.c文件中函数的声明）的其他.c文件中添加代码将该.h文件包含进去（例如#include delay.h）。第六步 使用头文件中的函数、宏定义、全局变量可以在包含了对应.h文件的.c文件中自由调用使用了下面将前几讲中涉及的位操作、延时函数、流水灯、蜂鸣器、数码管、矩阵键盘相关代码都封装成头文件，大家对模块化编程有一个比较深刻的理解。,新语新知模块化编程举例,位操作相关函数的头文件流程简介：在Keil C51编
8、程环境中，可以采用sbit来进行位操作，但仅限于IO口等可以位寻址的寄存器单元。这里我们使用C语言位运算符（按位或“|”，按位与“&”，按位异或“”）定义一个更为通用位操作的宏定义，利用了如下三条性质实现将某一位置1、清0、取反的操作：任意位变量（不管是1还是0）：和1进行“按位或|”运算，结果均为1（1|1=1；0|1=1）；和0进行“按位与&”运算，结果均为0（1&0=0；0&0=0）；和1进行“按位异或”运算，结果均为原值的取反（11=0；01=1）。因为本部分代码仅有宏定义而没有函数或变量，因此不需要.c文件。,新语新知模块化编程举例,流水灯相关函数的头文件流程简介：对于8位流水灯只有
9、一种操作，就是将一个一字节的数据赋给流水灯。对于给流水灯赋值并锁存的操作步骤在第一讲已经讲过，先将74HC573（U11）的锁存端L（P1.6）置1使其处于直通状态，然后将1字节数据输出到P0，最后将L端置0锁存数据。因为本部分代码仅有宏定义而没有函数或变量，因此不需要.c文件。,新语新知模块化编程举例,蜂鸣器、继电器等相关函数的头文件流程简介：在LT-Super51学习板上，由74HC573（U22）扩展出的8路输出型IO控制着TFT液晶背光、MAX485方向控制、继电器、蜂鸣器，以及矩阵键盘的4路行输出。因为输出型扩展IO是只能写不能读的，因此不能采用读-改-写的步骤修改其中某位或某几位的
10、数值。然而我们可以采用变通的办法解决这个问题：声明一个无符号字符型全局变量REG_OUT，每次要修改输出值时，先修改REG_OUT的值，然后将REG_OUT直接输出给74HC573，相当于在内存中建立一个该74HC573的映射变量，每次修改过程都保持74HC573和变量的值相同即可。因为本部分需要声明一个在整个工程都可以引用的全局变量REG_OUT，因此需要建立一个.c文件。,新语新知模块化编程举例,延时相关函数的头文件流程简介：在之前的几讲当中，我们定义过几种延时函数，现在我们将延时函数统一为两种形式：微秒级延时函数_delay_us(unsigned int n)与毫秒级延时函数_dela
11、y_ms(unsigned int n)。注意对于单片机C语言，进出一个函数所消耗的时间都是几个微秒级的，因此微秒级的延时函数不可能做的非常精确，尤其是延时长度小于10uS时基本已经无法使用。此处我们采用带参数的宏定义代替函数形式来实现微秒级延时，可以适当提高定时精度。因为本部分需要声明一个在整个工程都可以引用的全局变量delay_var和一个函数_delay_ms(unsigned int n)，因此需要建立一个.c文件。,新语新知模块化编程举例,数码管与矩阵键盘相关函数的头文件流程简介：在5.6.3节中我们已经学习了如何实现同时扫描数码管与矩阵键盘，这里的头文件可以在此基础上进行修改。首先
12、对外部留出定时器0的初始化函数，用于对数码管、矩阵键盘的初始化。对于数码管，需要对外部声明一下数码管内容的数组变量，在工程的其他文件中修改此数组的内容即可；对于矩阵键盘，需要对外部声明一下键值变量，在工程的其他文件中检测到该变量变化为非0值时，即获悉有按键按下。,新语新知模块化编程举例,实验二十五 模块化编程专题测试程序实验目的：通过使用之前封装的头文件，加深模块化编程的原理与方法。实验现象：实验板上的44矩阵键盘从右下角开始编码为1，从右至左、从下到上的顺序递增，有按键按下后相应的键码的二进制值显示在流水灯上。同时键码显示在最右端2位数码管上（同实验二十三）。同时蜂鸣器会鸣响一声。实验原理：
13、主函数中包含了位操作、流水灯、继电器、蜂鸣器、矩阵键盘与数码管相关的头文件，先初始化一下定时器0（扫描数码管与矩阵键盘的定时中断），然后主函数进入死循环，查询矩阵键盘键值直至其变为非0值（有按键按下），然后调用hal_key()函数处理按键按下事件。,动手实战课后习题,填空题模块化程序设计的基本原则是：高_、低_。前者的目标是尽量减少不同文件之间_的交叉引用，而后者的目标是一个系统中各个模块尽可能_(独立，互相协助)完成一个子功能。模块化程序设计的三种手段是_、_、_。模块化封装时，_与_的定义放在.c文件中，而需要被外部调用的_还要在.h文件中声明一下。尽量不用或少用可以被外部使用的_，必须要使用的话，要在.h文件中用关键字_修饰重新声明一下。实验题在实验二十五的基础上，给蜂鸣器增加总开关S3(即接在INT1上的按键)，上电后蜂鸣器可以按照预定效果鸣响(有矩阵键盘按下时鸣响一声)，按下S3后蜂鸣器关闭，再次按下S3可以将蜂鸣器打开。,
