【30】单片机编程核心技巧：Switch驱动的定时中断跑马灯

【30】单片机编程核心技巧：Switch驱动的定时中断跑马灯

七律 · 逐光

状态为魂控时光，定时中断显锋芒。
步骤变量定乾坤，八灯流转若飞霜。
电光石火随心转，程序逻辑自分明。
单片机中真王者，一招一式定乾坤。

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摘要

本文以STC8H单片机为例，通过Switch语句结合定时中断实现8个LED的跑马灯效果，系统阐述其状态机设计原理、步骤变量管理及代码实现。Switch语句通过控制核心步骤变量（run_step），将复杂逻辑分解为有序状态，结合定时中断实现精准的LED流动周期控制，展现了其作为“编程战斗机”的高效性与扩展性。

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引言

Switch语句是单片机编程中的“战斗机”，通过步骤变量（如run_step）可将复杂流程分解为多个可管理的状态。本文以8个LED的跑马灯为例，通过Switch语句驱动状态机，并结合定时中断实现精准的时间控制，为开发者提供可复用的编程范式。

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1. Switch语句的核心地位

1.1 定时中断与Switch的协同作用

跑马灯需要精确控制LED的流动周期，Switch语句通过以下方式实现：

1. 步骤变量控制：run_step的值决定当前点亮的LED编号（0~7）。
2. 定时中断计数：通过定时器中断更新计数器led_cnt，实现精准时间控制。
3. 状态迁移：每个case分支通过条件判断切换状态，形成循环流动效果。

1.2 步骤变量的定义规范

• 命名规则：统一后缀为_step（如run_step），明确其作为程序控制核心的角色。
• 作用：通过修改run_step的值，可无缝切换LED的点亮位置，实现逻辑流转。

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2. 状态机设计与Switch实现

2.1 状态机结构

跑马灯程序通过8个状态实现LED的逐个点亮：

1. **状态0_{7**：分别对应LED1}LED8的点亮。
2. 状态迁移逻辑：
   • 每个状态通过计数器led_cnt控制LED的亮灯时长（如LED_ON_TIME）。
   • 达到阈值后，关闭当前LED，开启下一LED，并更新run_step。

2.2 代码实现

#include <stc8.h>  

// 定义LED引脚（P1.0~P1.7）  
#define LED_PORT   P1  
#define LED_PINS   8 // LED数量  

// 定义LED亮灯时间（单位：中断次数）  
#define LED_ON_TIME   1000  // 每个LED亮灯1秒（假设中断周期为1ms）  

// 步骤变量（核心控制变量）  
unsigned char run_step = 0;  
unsigned long led_cnt = 0;  

// 定时器1中断服务函数  
void timer1_isr() interrupt 3 {  
    TH1 = 0xFC;  // 重装定时器初值（1ms中断周期）  
    TL1 = 0x00;  
    led_cnt++;    // 计数器递增  
}  

void main() {  
    // 初始化IO口（P1.0~P1.7为推挽输出）  
    P1M0 = 0xFF;  // 设置P1所有引脚为推挽模式  
    P1M1 = 0x00;  

    // 定时器1配置（1ms中断周期）  
    TMOD |= 0x01;          // 设置定时器1为模式1（16位）  
    TH1 = 0xFC;            // 初值计算：系统时钟11.0592MHz，定时1ms  
    TL1 = 0x00;  
    ET1 = 1;               // 使能定时器1中断  
    EA = 1;                // 全局中断使能  
    TR1 = 1;               // 启动定时器  

    // 初始状态：所有LED灭  
    LED_PORT = 0x00;  

    while(1) {  
        // Switch语句驱动状态机（核心代码）  
        switch(run_step) {  
            case 0: // LED1亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x01; // 只点亮LED1（P1.0）  
                    run_step = 1; // 进入下一状态  
                }  
                break;  

            case 1: // LED2亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x02; // 只点亮LED2（P1.1）  
                    run_step = 2;  
                }  
                break;  

            case 2: // LED3亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x04; // 只点亮LED3（P1.2）  
                    run_step = 3;  
                }  
                break;  

            case 3: // LED4亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x08; // 只点亮LED4（P1.3）  
                    run_step = 4;  
                }  
                break;  

            case 4: // LED5亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x10; // 只点亮LED5（P1.4）  
                    run_step = 5;  
                }  
                break;  

            case 5: // LED6亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x20; // 只点亮LED6（P1.5）  
                    run_step = 6;  
                }  
                break;  

            case 6: // LED7亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x40; // 只点亮LED7（P1.6）  
                    run_step = 7;  
                }  
                break;  

            case 7: // LED8亮  
                if(led_cnt > LED_ON_TIME) {  
                    led_cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x80; // 只点亮LED8（P1.7）  
                    run_step = 0; // 重置状态，循环开始  
                }  
                break;  
        }  
    }  
}  

2.3 关键代码解析

• 步骤变量控制：run_step的值决定当前点亮的LED编号，如case 0对应LED1。
• 定时中断计数：通过定时器1中断每1ms触发一次，更新led_cnt。
• 状态迁移逻辑：每个case分支通过条件判断切换状态，形成循环流动。

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3. 实验验证

3.1 硬件连接

• LED配置：
  • 8个LED的阳极分别通过 510Ω 电阻连接至 P1.0~P1.7 引脚。
  • 所有LED阴极接地。

3.2 预期结果

• LED依次从 P1.0 到 P1.7 逐个点亮，形成流动效果。
• 每个LED亮灯时长为 LED_ON_TIME=1000（假设中断周期为 1ms，即1秒）。

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4. 扩展应用

Switch语句的“战斗机”特性可扩展至复杂场景：

1. 多LED控制：通过增加case分支实现更多LED的流动效果。
2. 动态模式切换：通过修改步骤变量run_step实现正反向流动、加速/减速等模式。
3. 组合控制：结合传感器输入（如按键）动态改变流动方向或速度。

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5. 结论

Switch语句通过控制核心步骤变量（run_step），将复杂逻辑分解为有序状态，结合定时中断实现精准时间控制，是单片机程序的灵魂与支点。本文通过8个LED的跑马灯案例，验证了其高效性与可扩展性，开发者可基于此范式快速构建多状态控制程序，实现“以Switch为支点，撬动程序设计”的目标。

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附录：STC8H定时器配置说明

1. 定时器1配置：

   • TMOD |= 0x01：设置定时器1为模式1（16位定时）。

   • TH1 = 0xFC; TL1 = 0x00：初值计算公式：
     $$\text{初值}=65536-\frac{\text{系统时钟}}{\text{定时周期}\times 12}$$

     $$（此处系统时钟为11.0592MHz，定时1ms）。$$

2. 中断使能：

   • ET1 = 1：使能定时器1中断。
   • EA = 1：全局中断使能。