是单片机高手还是菜鸟？程序架构说了算

无际单片机编程

于 2025-03-20 14:43:22 发布

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文章标签：单片机嵌入式硬件学习嵌入式架构 stm32

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43982452/article/details/146396798

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在单片机开发中，写出能跑的代码只是起点，而程序架构的好坏才是区分菜鸟和高手的真正标尺。

程序架构是代码的“骨架”，它决定了代码的组织方式、运行效率和维护难度。

菜鸟往往只求功能实现，代码杂乱无章；而高手则注重架构设计，追求清晰、高效、可扩展的代码结构。

今天，我们就通过一个简单的代码模型，来看看菜鸟和高手的程序架构有何不同。

我们设想需要实现以下功能：

LED灯控制：通过PWM调节LED亮度，支持开关。
温度传感器读取：每秒读取一次温度值并通过串口输出。
按键输入：短按切换LED开关，长按调节亮度。
定时任务：每5秒自动根据温度调整LED亮度。

这个系统功能不算复杂，但足以暴露菜鸟和高手在架构设计上的差距。接下来，我们分别看看两者的实现方式。

菜鸟的架构：一锅乱炖

菜鸟通常会把所有功能塞进一个大循环，代码逻辑混杂在一起，乍一看能跑，但细看问题多多。

菜鸟代码示例

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>

void delay_ms(unsigned int ms)
{
    unsigned int i, j;
    for (i = ms; i > 0; i--)
    {
        for (j = 110; j > 0; j--);
    }
}

unsigned char read_temperature()
{
    return 25; // 模拟温度读取，返回固定值
}

void main()
{
    unsigned char led_state = 0;
    unsigned char key_state = 0;
    unsigned int timer_count = 0;
    unsigned char temp = 0;

    P1 = 0x00; // LED初始关闭

    while (1)
    {
        // 按键检测
        if (P3_0 == 0) // 假设P3.0是按键
        {
            delay_ms(20); // 消抖
            if (P3_0 == 0)
            {
                key_state++;
                if (key_state < 50) // 短按
                {
                    led_state = !led_state;
                    P1 = led_state ? 0xFF : 0x00;
                }
                else // 长按
                {
                    P1 += 10; // 增加亮度
                }
            }
        }
        else
        {
            key_state = 0;
        }

        // 温度读取
        timer_count++;
        if (timer_count % 1000 == 0) // 粗略模拟1秒
        {
            temp = read_temperature();
            printf("Temp: %d\n", temp);
        }

        // 定时调整亮度
        if (timer_count >= 5000) // 粗略模拟5秒
        {
            if (temp > 30)
            {
                P1 = 0xFF;
            }
            else
            {
                P1 = 0x80;
            }
            timer_count = 0;
        }

        delay_ms(1); // 循环延时
    }
}

菜鸟架构的缺陷

逻辑混杂：按键检测、温度读取、定时任务都挤在main函数里，代码臃肿，阅读困难。
延时阻塞：使用delay_ms实现消抖和定时，导致CPU大部分时间空转，效率低下。
无模块化：功能未拆分，复用性差，想改一个功能得翻遍整个代码。
扩展性差：新增功能（如湿度传感器）只能继续堆砌代码，复杂度激增。
时间管理粗糙：靠循环计数模拟定时，精度低且不可靠。

这种架构就像一个杂物堆，想找东西得翻半天，稍微一动就可能全乱。短期能用，但长期维护和扩展简直是噩梦。

高手的架构：层次分明

高手会采用分层设计、模块化和中断驱动，将系统分解为清晰的模块，既高效又易于维护。

高手代码示例

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>

// 硬件抽象层
void hal_timer_init()
{
    TMOD = 0x01; // 定时器0，模式1
    TH0 = 0xFC;  // 1ms中断
    TL0 = 0x18;
    TR0 = 1;     // 启动定时器
}

void hal_gpio_init()
{
    P1 = 0x00;   // LED初始关闭
    IE = 0x82;   // 使能外部中断0和定时器中断
}

// 驱动层
bit drv_key_pressed()
{
    return (P3_0 == 0); // 假设P3.0是按键
}

void drv_led_set(unsigned char brightness)
{
    P1 = brightness;
}

unsigned char drv_temp_read()
{
    return 25; // 模拟温度读取
}

// 应用层
void app_key_handler(bit pressed, unsigned int duration)
{
    static unsigned char brightness = 0;
    if (pressed && duration < 50) // 短按
    {
        brightness = (brightness == 0) ? 0xFF : 0;
        drv_led_set(brightness);
    }
    else if (pressed && duration >= 50) // 长按
    {
        brightness += 10;
        drv_led_set(brightness);
    }
}

void app_temp_monitor()
{
    unsigned char temp = drv_temp_read();
    printf("Temp: %d\n", temp);
}

void app_auto_adjust(unsigned char temp)
{
    if (temp > 30)
    {
        drv_led_set(0xFF);
    }
    else
    {
        drv_led_set(0x80);
    }
}

// 任务调度
volatile unsigned int tick_count = 0;
void task_scheduler()
{
    static unsigned int temp_timer = 0;
    static unsigned int adjust_timer = 0;

    if (++temp_timer >= 1000) // 1秒
    {
        app_temp_monitor();
        temp_timer = 0;
    }
    if (++adjust_timer >= 5000) // 5秒
    {
        app_auto_adjust(drv_temp_read());
        adjust_timer = 0;
    }
}

void main()
{
    hal_gpio_init();
    hal_timer_init();
    EA = 1; // 使能总中断

    while (1)
    {
        task_scheduler();
    }
}

// 中断服务
void timer0_isr() interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC; // 重载1ms
    TL0 = 0x18;
    tick_count++;
    task_scheduler();
}

void exint0_isr() interrupt 0
{
    static unsigned int press_time = 0;
    if (drv_key_pressed())
    {
        press_time++;
        app_key_handler(1, press_time);
    }
    else
    {
        press_time = 0;
    }
}