单片机程序设计中运用事件驱动机制

2006-05-07 15:49:41来源: 电子技术应用

单片机程序中,使中断响应与处理程序分离,可较理想地用硬件定时代替处理程序中的软件定时,从而大幅提高系统对多中断的实时响应能力,降低多中断系统调试的难度。

1 传统单片机程序开发的不足

在传统的单片机程序中,通常是以“过程”和“操作”为中心的结构,程序按规定的过程顺序地执行,与外设的连接一般采用中断方式,在中断服务程序中完成外设的全部处理工作,主程序一般是初始化系统并等待中断的发生。这种结构成熟、易于理解,但有如下不足:

(1)受单片机性能的限制,容易造成系统对其它中断的响应变得迟缓,特别是对于中断源较多、中断处理耗时较多的系统(如:LED显示、键盘扫描等);

(2)中断服务程序过长,在中断服务期间系统无法响应同级的中断;

(3)可能导致代码重入,增大堆栈开销,造成难以预料的结果;

(4)程序调试时,花在各模块定时协调方面的时间、精力随系统的复杂程序大幅增加。

如果在编写单片机程序时,引入Windows程序中的事件驱动机制,把中断响应与事件处理程序分离,中断服务程序的任务只是产生一个中断发生的标志,而事件处理则由处理程序来完成,主程序则负责判断标志和调度处理程序。这样,可大幅缩短中断服务程序的长度,减少断服务程序的耗时,提高系统对多中断的响应能力,从而较好地解决上述矛盾。

2 Windows的事件驱动机制

在Windosw系统中,程序的设计围绕事件驱动来进行。当对象有相关的事件发生时(如按下鼠标键),对象产生一条特定的标识事件发生的消息,消息被送入消息队列,或不进入队列而直接发送给处理对象,主程序负责组织消息队列,将消息发送给相应的处理程序,使相应的处理程序执行相应的动作,做完相应的处理后将控制权交还给主程序。

在这种机制中,对象的请求仅仅是向队列中添加相应的消息,耗时的处理则被分离给处理函数。这种结构的程序中各功能模块界限分明,便于扩充,能充分利用CPU的处理能力,使系统对外界响应准确而及时。

3 事件驱动的单片机程序设计

与Windows系统相比,单片机的资源非常有限,因此,单片机程序中的事件驱动机制只能采取一种简化的方式。当某个中断发生时,中断服务程序设置相应的标志,不同的标导代表不同的中断发生的消息,而主程序不断地判别这些标志,以决定启动哪一个处理函数。相应的处理函数被启动处理完相关的任务后,清除此标志,然后把控制权交还给主程序。采用这种机制,可合理地利用有限资源,使程序调试的工作量大幅下降。对于延时、定时处理(如LED显示、键盘扫描等),更可方便地使用一定时器来完成延时、定时的任务,从而把CPU从这种耗时的任务中解放出来,确保系统对多中断有足够的响应能力。

本文以一IC卡读写机为例,说明事件驱动机制在单片机程序设计中的具体应用。

3.1 硬件结构

本系统以ATMEL公司的89C51为核心(如图1)。89C51价格低廉,性能较好,片内有4KB的可擦写程序存储器,可满足本系统的要求。为简化硬件结构及系统能耗,键盘采用软件扫描的矩阵键盘。LED显示采用段位动态扫描,在任一时刻LED中最多只有一段被点亮。具体是在位选信号送某位LED的公共极时,每隔一个时间片依次输出该位LED的段码(含小数点),输出完成一位后,再逐闪输出下一位。从第一位至第N位LED依次分成8×N个时间片循环扫描显示。串口UART作为系统与外部数据通信的通道,IC卡的读写由MCU模拟I2C协议来实现。

3.2 事件驱动机制的单片机程序设计

中断申请标志

在系统中定义一个可位寻址的单元,在此把它命名为Message_Flag,用来记录描述中断事件发生的情况。各位的定义如下:

*Message_Flag中某位为1表示当前有相应的事件发生,为0则当有没有相应的事件发生。

LED显示的实现

显示模块结构见图2。以定时器T0作为LED的动态扫描的定时基准,T0的定时时间最大值Tseg=20ms/(8×N)(其中N为LED位数),改变Tseg的值可改变显示的亮度。T0每隔Tseg时间向MCU申请中断,在T0的中断服务程序中置位相应的标志位(Message_Flag中的D0位)。主程序检测到此标志位被置位后,启动显示模块实现位段的显示输出。

键盘输入的实现

键盘模块结构见图3。在LED动态扫描期间,只有被点亮的LED相应的位选线维持大约3ms的低电平,而在系统工作的绝大部分时间内LED的位选线(即键盘的列线)维持高电平。当有键被按下时,将把键盘的行线中某一根拉成高电平,经或非门后,向MCU申请INT1中断,在INT1的中断服务程序中启动定时时间为20ms的定时器T1。T1的定时时间到后向MCU申请T1中断,在T1的中断服务器程序中置位相应的中断申请标志(Message_Flag中的D1位)。主程序检测到此标志位被置位后,启动键盘扫描模块实现键盘输入。键盘输入完成(用户按“确认”键),置位键盘输入确认标志(Message_Flag中的D7位)。

IC卡的读写

IC卡的SDA、SCL经卡座分别通过P1.0、P1.1与MCU相连。当IC卡插入卡座时,座上的微动开关使INT0变为低电平,向MCU申请INT0中断。在INT0中断服务程序中置位相应的中断申请标志(Message_Flag中的D2位),主程序检测到此标志位被置位后,启动IC卡的读模块,以软件模块I2C协议来实现读卡操作。在数据处理完成后,同样通过软件模块I2C协议来完成写卡的操作。

串口通讯

实际应用中可把UART转换成RS232C与PC相连或转换成RS485等其它协议组成单片机网。MCU与外部的通讯采用中断方式,在串口的中断服务程序中置位相应的中断申请标志(Message_Flag中的D4位)。主程序检测到此标志位被置位后,启动串口通讯模块,实现与外部的数据通讯。

主程序的设计

综上所述,主程序首先完成系统的初始化,然后循环检测各中断的中断申请标志,如有某标志被置位,则启动相应的处理模块完成相应的任务。程序结构如下(用C51编写):

vnsigned bdata message_flag;

sbit t0_int=message_flag^0;

sbit t1_int=message_flag^1;

sbit int0_int=message_flag^2;

sbit uart_int=message_flag^4;

sbit kb_enter=message_flag^7;

unsigned char kb_buf[8];

unsigned char led_buf[8];

unsigned char ic_buf[8];

unsigned char num_buf[8];

void uum_proc(void); /*数据处理模块*/

void ledbuf_write(unsigned,unsigned int); /*数据处理*/

void system_init(void); /*系统初始化*/

void uart_commune(void); /*串口通讯模块*/

void led_display(void); /*LED显示*/

void kb_scan(void); /*键盘扫描*/

void ic_reader(void); /*读IC卡*/

void ic_writer(void); /*写IC卡*/

void set_timer(unsigned int time_len,unsigned char type,unsigned char id); /*设置定时器*/

void t0_int_sever(void); /*定时器T0中断服务*/

void t1_int_sever(void); /*定时器T1中断服务*/

void int0_int_sever(void); /*INT0中断服务*/

void int1_int_sever(void); /*INT1中断服务*/

void uart_int_sever(void); /*串口中断服务*/

void main(void)

{

system_init();

while(1) {

if (t0_int) led_display();

if (int0_int) ic_reader();

if (t1_int) kb_scan();

if (uart_int) uart_commune();

if (kb_enter){

num_proc();

ic_writer();

ledbuf_write(num_buf,8);

}

}

}

事件驱动的单片机程序设计是通过在中断服务程序中置位相位标志,把耗时的中断服务中的处理部分分离出来,中断返回后,再由主程序根据标志启动相应的处理模块。在任务处理完成后,清除相应的标志。由于中断服务程序短小,所以一般能实时地响应各种中断;而处理程序之间不会被相互调用,所以不会产生代码重入;各模块界限分明,给程序中各模块的统调带来很大的方便。

实践证明,运用事件驱动机制来纺织单片机程序,即使对于要求定时准,耗时多的多中断、多模块系统,也可轻松地完成。

关键字:单片机

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/qrsxt/200605/4062.html
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