標(biāo)題：從單片機(jī)初學(xué)者邁向單片機(jī)工程師”之LED主題討論周第三章----模塊化編程...

通過上一章的學(xué)習(xí)，我想你已經(jīng)掌握了如何在程序中釋放CPU了。希望能夠繼續(xù)堅(jiān)持下去。一個(gè)良好的開始是成功的一半。我們今天所做的一切都是為了在單片機(jī)編程上做的更好。
在談?wù)摻裉斓闹黝}之前，先說下我以前的一些經(jīng)歷。在剛開始接觸到C語言程序的時(shí)候，由于學(xué)習(xí)內(nèi)容所限，寫的程序都不是很大，一般也就幾百行而矣。所以所有的程序都完成在一個(gè)源文件里面。記得那時(shí)候大一參加學(xué)校里的一個(gè)電子設(shè)計(jì)大賽，調(diào)試了一個(gè)多星期，所有程序加起來大概將近1000行，長長的一個(gè)文件，從上瀏覽下來都要好半天。出了錯(cuò)誤簡單的語法錯(cuò)誤還好定位，其它一些錯(cuò)誤，往往找半天才找的到。那個(gè)時(shí)候開始知道了模塊化編程這個(gè)東西，也嘗試著開始把程序分模塊編寫。最開始是把相同功能的一些函數(shù)(譬如1602液晶的驅(qū)動(dòng))全部寫在一個(gè)頭文件(.h)文件里面，然后需要調(diào)用的地方包含進(jìn)去，但是很快發(fā)現(xiàn)這種方法有其局限性，很容易犯重復(fù)包含的錯(cuò)誤。
而且調(diào)用起來也很不方便。很快暑假的電子設(shè)計(jì)大賽來臨了，學(xué)校對我們的單片機(jī)軟件編程進(jìn)行了一些培訓(xùn)。由于學(xué)校歷年來參加國賽和省賽，因此積累了一定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)模塊，那些日子，老師每天都會(huì)布置一定量的任務(wù)，讓我們用這些模塊組合起來，完成一定功能。而正是那些日子模塊化編程的培訓(xùn)，使我對于模塊化編程有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。并且程序規(guī)范也開始慢慢注意起來。此后的日子，無論程序的大小，均采用模塊化編程的方式去編寫。很長一段時(shí)間以來，一直有單片機(jī)愛好者在QQ上和我一起交流。有時(shí)候，他們會(huì)發(fā)過來一些有問題的程序源文件，讓我?guī)兔π薷囊幌隆Ｍ瑯邮情L長的一個(gè)文件，而且命名極不規(guī)范，從頭看下來，著實(shí)是痛苦，說實(shí)話，還真不如我重新給他們寫一個(gè)更快一些，此話到不假，因?yàn)槭诸^積累了一定量的模塊，在完成一個(gè)新的系統(tǒng)時(shí)候，只需要根據(jù)上層功能需求，在底層模塊的支持下，可以很快方便的完成。而不需要從頭到尾再一磚一瓦的重新編寫。藉此，也可以看出模塊化編程的一個(gè)好處，就是可重復(fù)利用率高。下面讓我們揭開模塊化神秘面紗，一窺其真面目。
    C語言源文件 *.c
        提到C語言源文件，大家都不會(huì)陌生。因?yàn)槲覀兤匠�寫的程序代碼幾乎都在這個(gè)XX.C文件里面。編譯器也是以此文件來進(jìn)行編譯并生成相應(yīng)的目標(biāo)文件。作為模塊化編程的組成基礎(chǔ)，我們所要實(shí)現(xiàn)的所有功能的源代碼均在這個(gè)文件里。理想的模塊化應(yīng)該可以看成是一個(gè)黑盒子。即我們只關(guān)心模塊提供的功能，而不管模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。好比我們買了一部手機(jī)，我們只需要會(huì)用手機(jī)提供的功能即可，不需要知曉它是如何把短信發(fā)出去的，如何響應(yīng)我們按鍵的輸入，這些過程對我們用戶而言，就是是一個(gè)黑盒子。
在大規(guī)模程序開發(fā)中，一個(gè)程序由很多個(gè)模塊組成，很可能，這些模塊的編寫任務(wù)被分配到不同的人。而你在編寫這個(gè)模塊的時(shí)候很可能就需要利用到別人寫好的模塊的借口，這個(gè)時(shí)候我們關(guān)心的是，它的模塊實(shí)現(xiàn)了什么樣的接口，我該如何去調(diào)用，至于模塊內(nèi)部是如何組織的，對于我而言，無需過多關(guān)注。而追求接口的單一性，把不需要的細(xì)節(jié)盡可能對外部屏蔽起來，正是我們所需要注意的地方。
    C語言頭文件 *.h
        談及到模塊化編程，必然會(huì)涉及到多文件編譯，也就是工程編譯。在這樣的一個(gè)系統(tǒng)中，往往會(huì)有多個(gè)C文件，而且每個(gè)C文件的作用不盡相同。在我們的C文件中，由于需要對外提供接口，因此必須有一些函數(shù)或者是變量提供給外部其它文件進(jìn)行調(diào)用。
假設(shè)我們有一個(gè)LCD.C文件，其提供最基本的LCD的驅(qū)動(dòng)函數(shù)
    LcdPutChar(char cNewValue) ; //在當(dāng)前位置輸出一個(gè)字符
而在我們的另外一個(gè)文件中需要調(diào)用此函數(shù)，那么我們該如何做呢？
    頭文件的作用正是在此。可以稱其為一份接口描述文件。其文件內(nèi)部不應(yīng)該包含任何實(shí)質(zhì)性的函數(shù)代碼。我們可以把這個(gè)頭文件理解成為一份說明書，說明的內(nèi)容就是我們的模塊對外提供的接口函數(shù)或者是接口變量。同時(shí)該文件也包含了一些很重要的宏定義以及一些結(jié)構(gòu)體的信息，離開了這些信息，很可能就無法正常使用接口函數(shù)或者是接口變量。但是總的原則是：不該讓外界知道的信息就不應(yīng)該出現(xiàn)在頭文件里，而外界調(diào)用模塊內(nèi)接口函數(shù)或者是接口變量所必須的信息就一定要出現(xiàn)在頭文件里，否則，外界就無法正確的調(diào)用我們提供的接口功能。因而為了讓外部函數(shù)或者文件調(diào)用我們提供的接口功能，就必須包含我們提供的這個(gè)接口描述文件----即頭文件。同時(shí)，我們自身模塊也需要包含這份模塊頭文件(因?yàn)槠浒�含了模塊源文件中所需要的宏定義或者是結(jié)構(gòu)體)，好比我們平常所用的文件都是一式三份一樣，模塊本身也需要包含這個(gè)頭文件。
下面我們來定義這個(gè)頭文件，一般來說，頭文件的名字應(yīng)該與源文件的名字保持一致，這樣我們便可以清晰的知道哪個(gè)頭文件是哪個(gè)源文件的描述。
        于是便得到了LCD.C的頭文件LCD.h 其內(nèi)容如下。
        #ifndef    _LCD_H_
         #define     _LCD_H_
         extern   LcdPutChar(char cNewValue) ;
        #endif

    這與我們在源文件中定義函數(shù)時(shí)有點(diǎn)類似。不同的是，在其前面添加了extern 修飾符表明其是一個(gè)外部函數(shù)，可以被外部其它模塊進(jìn)行調(diào)用。
       #ifndef     _LCD_H_
         #define     _LCD_H_
         #endif

              這個(gè)幾條條件編譯和宏定義是為了防止重復(fù)包含。假如有兩個(gè)不同源文件需要調(diào)用LcdPutChar(char cNewValue)這個(gè)函數(shù)，他們分別都通過#include “Lcd.h”把這個(gè)頭文件包含了進(jìn)去。在第一個(gè)源文件進(jìn)行編譯時(shí)候，由于沒有定義過 _LCD_H_ 因此 #ifndef _LCD_H_ 條件成立，于是定義_LCD_H_ 并將下面的聲明包含進(jìn)去。在第二個(gè)文件編譯時(shí)候，由于第一個(gè)文件包含時(shí)候，已經(jīng)將_LCD_H_定義過了。因此#ifndef _LCD_H_ 不成立，整個(gè)頭文件內(nèi)容就沒有被包含。假設(shè)沒有這樣的條件編譯語句，那么兩個(gè)文件都包含了extern LcdPutChar(char cNewValue) ; 就會(huì)引起重復(fù)包含的錯(cuò)誤。
    不得不說的typedef
          很多朋友似乎了習(xí)慣程序中利用如下語句來對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義
   #define uint unsigned int
    #define uchar unsigned char
    然后在定義變量的時(shí)候 直接這樣使用
uint g_nTimeCounter = 0 ;
    不可否認(rèn)，這樣確實(shí)很方便，而且對于移植起來也有一定的方便性。但是考慮下面這種情況你還會(huì) 這么認(rèn)為嗎？
#define PINT unsigned int * //定義unsigned int 指針類型
PINT g_npTimeCounter, g_npTimeState ;
      那么你到底是定義了兩個(gè)unsigned int 型的指針變量，還是一個(gè)指針變量，一個(gè)整形變量呢？而你的初衷又是什么呢，想定義兩個(gè)unsigned int 型的指針變量嗎？如果是這樣，那么估計(jì)過不久就會(huì)到處抓狂找錯(cuò)誤了。
    慶幸的是C語言已經(jīng)為我們考慮到了這一點(diǎn)。typedef 正是為此而生。為了給變量起一個(gè)別名我們可以用如下的語句
    typedef unsigned int    uint16 ;    //給指向無符號(hào)整形變量起一個(gè)別名 uint16
      typedef unsigned int * puint16 ; //給指向無符號(hào)整形變量指針起一個(gè)別名 puint16
    在我們定義變量時(shí)候便可以這樣定義了：

uint16    g_nTimeCounter = 0 ; //定義一個(gè)無符號(hào)的整形變量
puint16 g_npTimeCounter ;    //定義一個(gè)無符號(hào)的整形變量的指針
在我們使用51單片機(jī)的C語言編程的時(shí)候，整形變量的范圍是16位，而在基于32的微處理下的整形變量是32位。倘若我們在8位單片機(jī)下編寫的一些代碼想要移植到32位的處理器上，那么很可能我們就需要在源文件中到處修改變量的類型定義。這是一件龐大的工作，為了考慮程序的可移植性，在一開始，我們就應(yīng)該養(yǎng)成良好的習(xí)慣，用變量的別名進(jìn)行定義。
如在8位單片機(jī)的平臺(tái)下，有如下一個(gè)變量定義
    uint16    g_nTimeCounter = 0 ;
        如果移植32單片機(jī)的平臺(tái)下，想要其的范圍依舊為16位。
    可以直接修改uint16 的定義，即
    typedef unsigned short int    uint16 ;
        這樣就可以了，而不需要到源文件處處尋找并修改。

將常用的數(shù)據(jù)類型全部采用此種方法定義，形成一個(gè)頭文件，便于我們以后編程直接調(diào)用。
文件名 MacroAndConst.h
其內(nèi)容如下：
#ifndef   _MACRO_AND_CONST_H_
#define   _MACRO_AND_CONST_H_

typedef    unsigned int    uint16;
typedef    unsigned int   UINT;
typedef    unsigned int   uint;
typedef    unsigned int   UINT16;
typedef    unsigned int   WORD;
typedef    unsigned int   word;
typedef      int        int16;
typedef      int        INT16;
typedef    unsigned long uint32;

typedef    unsigned long     UINT32;
typedef    unsigned long    DWORD;
typedef    unsigned long    dword;
typedef    long            int32;
typedef    long            INT32;
typedef    signed char     int8;
typedef    signed char     INT8;
typedef    unsigned char      byte;
typedef    unsigned char     BYTE;
typedef    unsigned char     uchar;
typedef    unsigned char     UINT8;
typedef    unsigned char    uint8;
typedef    unsigned char    BOOL;

#endif

至此，似乎我們對于源文件和頭文件的分工以及模塊化編程有那么一點(diǎn)概念了。那么讓我們趁熱打鐵，將上一章的我們編寫的LED閃爍函數(shù)進(jìn)行模塊劃分并重新組織進(jìn)行編譯。

在上一章中我們主要完成的功能是P0口所驅(qū)動(dòng)的LED以1Hz的頻率閃爍。其中用到了定時(shí)器，以及LED驅(qū)動(dòng)模塊。因而我們可以簡單的將整個(gè)工程分成三個(gè)模塊，定時(shí)器模塊，LED模塊，以及主函數(shù)
對應(yīng)的文件關(guān)系如下

main.c
Timer.c --?Timer.h
Led.c      --?Led.h
在開始重新編寫我們的程序之前，先給大家講一下如何在KEIL中建立工程模板吧，這個(gè)模板是我一直沿用至今。希望能夠給大家一點(diǎn)啟發(fā)。
下面的內(nèi)容就主要以圖片為主了。同時(shí)輔以少量文字說明。
我們以芯片AT89S52為例。