第七课模块化编程思想

模块化编程思想原码工作室模块化编程概述 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：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。模块化编程的三种手段 实现模块化编程的三个主要手段是函数、宏定义与头文件。下面讲解一下头文件操作的详细步骤。

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。 第二步防重复包含处理 在.h文件中加入如下代码：#ifndefXXX#defineXXX ... //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：#ifndef__DELAY_H__#define__DELAY_H__ ... //此处添加代码#endif 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。 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）。 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时钟芯片DS1302及其应用DS1302简介

★时钟计数功能，可以对秒、分钟、小时、月、星期、年的计数。年计数可达到2100年。

★有31*8位的额外数据暂存寄存器

★最少I/O引脚传输，通过三引脚控制

★工作电压：2.0-5.5V

★工作电流小于320纳安（2.0V）

★读写时钟寄存器或内部RAM（31*8位的额外数据暂存寄存）可以采用单字节模式和突发模式

★8-pinDIP封装或8-pinSOICs

★兼容TTL（5.0V）

★可选的工业级别，工作温度-40–85摄氏度DS1302简介 ★兼容DS1202，较DS1202增加的功能：

1.可通过Vcc1进行涓流充电

2.双重电源补给

3.备用电源可采用电池或者超级电容(0.1F以上)，可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100μF就可以保证1小时的正常走时。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。DS1302引脚DS1302引脚 晶体振荡器的选择：一个32.768KHz的晶振可以直接接在DS1302的2、3管脚之间，可以设定规定载荷电容位6pf。 电源控制：Vcc1可提供单电源控制也可以用来作为备用电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也可以保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电；当Vcc2小与Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。DS1302功能 DS1302包括时钟/日历寄存器和31字节（8位）的数据暂存寄存器，数据通信仅通过一条串行输入输出口。实时时钟/日历提供包括秒、分、时、日期、月份、年份和星期几的信息。闰年可自行调整，可选择12小时制和24小时制，可以设置AM、PM。 只通过三根线（SPI总线）进行数据的控制和传递：RST、I/O、SCLKSPI总线 （serial

peripheral

interface）串行外围设备接口SPI总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。SPI用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯，这四条线是：串行时钟线（CSK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）、低电平有效从机选择线CS。内部存储空间 DS1302的所有功能都是通过对其内部地址进行操作实现的。其内部存储空间分为2部分：80H~91H为功能控制单元，C0H~FDH为普通存储单元；所有单元地址中最低位为0表示将对其进行写数据操作，最低位为1表示将对其进行读数据操作。 普通存储单元是提供给用户的存储空间，而特殊存储单元存放DS1302的时间相关的数据，用户不能用来存放自己的数据。内部存储空间注意：1、秒寄存器的CH位：置1，时钟停振，进入低功耗态；置0，时钟工作。2、小时寄存器的D7位：置1，12小时制（D5置1表示上午，置0表示下午）；置0，24小时制（此时D5、D4组成小时的十位）。注意：1、WP：写保护位：置为1时，写保护；置为0时，未写保护。2、TCS：1010时慢充电；DS为01，选一个二极管，为10，选2个二极管；11或00，禁止充电。3、RS：与二极管串联电阻选择。00，不充电；01，2KΩ电阻；10，4KΩ电阻；11，8KΩ电阻。内部存储空间注意：1、TCS：1010时慢充电；其他时禁止充电。2、DS为01，选一个二极管；为10，选2个二极管；11或00，禁止充电。3、RS：与二极管串联电阻选择。00，不充电；01，2KΩ电阻；10，4KΩ电阻；11，8KΩ电阻特殊存储空间

在突发模式下，通过连续的脉冲一次性读写完8个字节的时钟/日历寄存器（8个寄存器要全部读写完：时、分、秒、日、月、年、星期、写保护寄存器，充电寄存器在突发模式下不能操作）普通存储空间 在突发模式下，通过连续的脉冲一次性读写完1-31个字节的RAM数据（可按实际情况读写一定数量的字节，可以不必一次全部读写完）存储空间单字节读操作 数据输入： 经过8个小时周期的控制字节的输入，一个字节的输入将在下8个时钟周期的上升沿完成，数据传输从字节最低位开始。数据输出： 经过8个小时周期的控制读指令的输入，控制指令串行输出后，一个字节的数据将在下个8个时钟周期的下降沿被输出，注意第一位输出是在最后一位控制指令所在的脉冲的下降沿被输出，要求RST保持位高电平。单字节写操作CE必须在高电平时，才能对DS1302读/写操作低位在前，高位在后，一个SCLK周期传递一位上升沿输入，下降沿输出先写地址（RW=0，允许写数据的单元地址），然后写数据先写地址（RW=1，允许读数据的单元地址），然后读数据DS1302时序图R/W：1——可以读；0——可以写R/C：1——普通存储器；0——特殊寄存器地址（命令）字节格式 R/W：1——可以读；0——可以写 R/C：1——普通存储器；0——特殊寄存器 不管是单字节的读写还是突发模式的读写，首先传递的是地址（命令）字节，然后才是数据字节，每个时钟周期上升或下降沿发送1位，低位在前，高位在后。R/W：1——可以读；0——可以写R/C：1——普通存储器；0——特殊寄存器R/W：1——可以读；0——可以写R/C：1——普通存储器；0——特殊寄存器R/W：1——可以读；0——可以写R/C：1——普通存储器；0——特殊寄存器时钟设计

利用DS1302和LCD1602设计一个时钟，能显示时间、日期及星期，还能通过按键进行调节： 分析：根据要求可知这个时钟的软件应该包含3个大模块，分别是：DS1302模块、LCD1602模块和按键模块，然后就是主函数的整合。

因为模块很多，而且按照前面的相关模块的介绍可知道每个模块都会有很多子函数及相关的参数，所以如果放在一个.c文件中会很不方便，而且.c文件会很长，不方便阅读和修改，所以这就可以利用前面讲解的模块化编程思想，将每个模块都写成单独的.c和.h文件，然后再建一个main.c文件，进行程序的整合和功能的实现。

根据前面的讲解，建好工程及相关模块的.c和.h文件后就可以开始写代码了，因为工程比较大，模块比较多，所以建议单个模块调试，比如先调试LCD1602的程序，就先不要写其他模块的代码，等1602调试通过之后再加第二个模块，这样一边写代码一边调试，如果调试过程除了问题比较容易查出问题的所在。 因为前面调试过LCD1602，所以只需将相关的函数拷贝到LCD1602.c和.h中即可，一般函数的实现都在.c中完成，定义在.h中，不过为了方便别的模块进行调用，所以需要在.h文件中进行函数的申明，这样其他模块如果需要调用LCD1602的话，只需要包含LCD1602.h即可，如果定义的变量也可能被其他模块所调用的话，就需要在.c文件中进行相关变量的定义，然后在调用的.c中进行申明即可。 LCD1602的.c和.h文件写好之后，可在main.c中进行测试，如果测试通过即可进行下一个模块的调试，接下来调试DS1302模块，同1602一样，在.c和.h文件中写好相关的功能函数，然后进行测试，因为1602的程序已经调试通过，所以调试DS1302的时候可以调用1602的相关函数进行显示，这样就使两个模块有了交集。 前面已经讲过DS1302的相关原理，只需将相关读写函数写对，DS1302的相关寄存器中存储着时间及日期，所以取出进行显示即可，但可能需要调节，这即可以通过在函数中队DS1302写入初始化的时间和日期，也可以通过后面的按键模块进行调节，原理其实一样，只不过是想方法不同而已。 为了方便进行修改，在.h文件中对相关的引脚进行宏定义，这样方便在移植的时候进行修改，前面的1602亦是如此。/***********向DS1302写入一字节数据**********************/voidDS1302InputByte(unsignedchard) {unsignedchari;ACC=d;for(i=8;i>0;i--){DS1302_IO=ACC0;//相当于汇编中的RRCDS1302_CLK=1;DS1302_CLK=0;ACC=ACC>>1;}}/***********从DS1302读出一字节数据***********/unsignedcharDS1302OutputByte(void) {unsignedchari;for(i=8;i>0;i--){ACC=ACC>>1; //相当于汇编中的RRCACC7=DS1302_IO;DS1302_CLK=1;DS1302_CLK=0;}return(ACC);}/***********向DS302某个地址写入数据*********/voidWrite1302(unsignedcharucAddr,unsignedcharucDa) //ucAddr:DS1302地址,ucData:要写的数据{DS1302_RST=0;DS1302_CLK=0;DS1302_RST=1;DS1302InputByte(ucAddr); //地址，命令

DS1302InputByte(ucDa); //写1Byte数据

DS1302_CLK=1;DS1302_RST=0;}/*************从DS302读出时钟数据**********/unsignedcharRead1302(unsignedcharucAddr) //读取DS1302某地址的数据{unsignedcharucData;DS1302_RST=0;DS1302_CLK=0;DS1302_RST=1;DS1302InputByte(ucAddr|0x01);//地址，命令

ucData=DS1302OutputByte();//读1Byte数据

DS1302_CLK=1;DS1302_RST=0;return(ucData);}/**************DS302初始化函数***************/voidInitial_DS1302(void)//时钟芯片初始化{ unsignedcharSecond=Read1302(DS1302_SECOND); if(Second&0x80) //判断时钟芯片是否关闭

{ Write1302(0x8e,0x00);//写入允许

Write1302(0x8c,0x0B);//以下写入初始化时间日期:07/07/25.星期:3.时间:23:59:55 Write1302(0x88,0x05); Write1302(0x86,0x05); Write1302(0x8a,0x04); Write1302(0x84,0x23); Write1302(0x82,0x59); Write1302(0x80,0x55); Write1302(0x8e,0x80);//禁止写入

}}/*************获取时钟芯片的时钟数据*******************/voidDS1302_GetTime(SYSTEMTIME*Time)//获取时钟芯片的时钟数据到自定义的结构型数组{ unsignedcharReadValue; ReadValue=Read1302(DS1302_SECOND); Time->Second=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); ReadValue=Read1302(DS1302_MINUTE); Time->Minute=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); ReadValue=Read1302(DS1302_HOUR); Time->Hour=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); ReadValue=Read1302(DS1302_DAY); Time->Day=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); ReadValue=Read1302(DS1302_WEEK); Time->Week=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); ReadValue=Read1302(DS1302_MONTH); Time->Month=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); ReadValue=Read1302(DS1302_YEAR); Time->Year=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0F); }/************液晶显示程序**************/voidshow_time(){ DS1302_GetTime(&CurrentTime);//获取时钟芯片的时间数据

TimeToStr(&CurrentTime);//时间数据转换液晶字符

DateToStr(&CurrentTime);//日期数据转换液晶字符

GotoXY(0,1); Print(CurrentTime.TimeString);//显示时间

GotoXY(0,0); Print(CurrentTime.DateString);//显示日期

GotoXY(15,0); Print(week_value);//显示星期

GotoXY(11,0); Print("Week"); //在液晶上显示字母week Delay1302ms(400);//扫描延时} 前面两个模块都测试通过之后，基本就实现了始终计数的功能，只是不能进行调节而已，所以接下来需要调试调节时间用的4个独立按键，基本实现思想跟前面一样，因为按键的调节既会改变DS1302中的相关参数，也会涉及到1602的显示内容，所以按键模块中会涉及到前面调试的两个模块，所以key.c文件中需要包含DS1302.h和LCD1602.h。 独立按键的识别前面已经讲过，很简单，但是在本次设计中，需要通过按键进行时间和日期等的调节，所以需要事先清楚相关的逻辑和自己的编程思维，如果过于复杂的话可以试着画出相关的流程图，根据流程图进行编程会简单明了很多。

这次试用了4个独立按键，分别实现的功能是退出调试模式、减计数、增计数和调试模式。需要了解其中的逻辑关系才能顺利的进行编程，4个案件中只要按了退出调试模式即不能进行调试，禁止对DS1302进行写入，按下调试模式后，1602即停止对当前时间的显示，进入调试模式，每按一次调试按键即改变一个参数的调节，然后通过增计数和减计数按键进行调节，所以调试按键按下一次是调节秒参数，按下第二次是调节分参数。。。。以此类推。voidoutkey()//跳出调整模式,返回默认显示{ unsignedcharSecond;if(out==0){ GotoXY(0,0); Print("Exit!"); GotoXY(0,1); Print(""); mdelay(4000); mdelay(4); count=0; hide_sec=0,hide_min=0,hide_hour=0,hide_day=0,hide_week=0,hide_month=0,hide_year=0; Second=Read1302(DS1302_SECOND); Write1302(0x8e,0x00);//写入允许

Write1302(0x80,Second&0x7f); Write1302(0x8E,0x80);//禁止写入

done=0;

while(out==0); LCD_clear(); mdelay(40); }}/******************菜单选择*********************/voi