项目十五头文件的建立设计

主讲人：陈爱文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A#includefile2.hfile2.hfile1.cB包含ABfile1.c(a)(b)(c)主讲人：陈爱文温故知新——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主讲人：陈爱文释疑解惑——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4×4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。主讲人：陈爱文新语新知——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：“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。主讲人：陈爱文新语新知——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。主讲人：陈爱文新语新知——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。主讲人：陈爱文新语新知——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：1.#ifndefXXX2.#defineXXX3....//此处添加代码4.#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：1.#ifndef__DELAY_H__2.#define__DELAY_H__3....//此处添加代码4.#endif主讲人：陈爱文新语新知——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。主讲人：陈爱文新语新知——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）。主讲人：陈爱文新语新知——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#includedelay.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。主讲人：陈爱文新语新知——模块化编程举例位操作相关函数的头文件流程简介：在KeilC51编程环境中，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（1^1=0；0^1=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。主讲人：陈爱文新语新知——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。主讲人：陈爱文新语新知——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。主讲人：陈爱文新语新知——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(unsignedintn)与毫秒级延时函数_delay_ms(unsignedintn)。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(unsignedintn)，因此需要建立一个.c文件。主讲人：陈爱文新语新知——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。主讲人：陈爱文新语新知——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4×4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：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。主讲人：陈爱文动手实战——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。