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原来搞单片机也可以面向对象

时间：2023-10-18 13:07:00 集成电路lcda15c

摘要：看别人的单片机程序的时候，你可能会崩溃，因为整体变量满天飞，不知道哪个在哪里用，哪个表示什么，写作极其不规范。当你自己写单片机程序时，也许你也会崩溃。总觉得重新开始一个项目，之前写的类似代码不能用，要重新敲。代码重用性不高，编程效率低，代码无法积累。而且感觉写这个代码没有思想，没有灵魂，没有框架，只是一堆功能代码，很空洞。

此时，您可能应该在单片机中引入面向对象的想法，使代码更加标准化。

一、单片机程序框架

1、轮流执行

intmain(void) { while(1) { sing(); dance(); play(); } }

函数sing如果执行时间长，函数dance不能很快执行。任何函数死亡都会影响整个系统。

2、前后台

在使用 51、AVR、STM32 单片机裸机一般是在main函数里面用while(1)做一个大循环来完成所有的处理，即应用程序是一个无限的循环，并在循环中调用相应的函数来完成所需的处理。有时我们也需要中断来完成一些处理。与多任务系统相比，这是一个单任务系统，也被称为前后系统，中断服务函数作为前台程序，大循环while(1)作为后台程序。

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对应的编程代码大概是这样的:

voidEXTI_IRQHandler() { flag=1; } intmain(void) { while(1) { if(flag=1) { do_something(); flag=0; } } }

有什么问题？

前后台系统系统的实时性较差。前台和后台系统的所有任务（应用程序）都在排队等待轮流执行。无论你的程序现在有多紧急，你都只能在没有轮到的情况下等待！相当于所有任务（应用程序）的优先级是相同的。但前后台系统很简单，资源消耗也很少！在稍大的嵌入式应用程序中，前后台系统显然无法做到。

3、多任务

voidfirst_task() { while(1) { if(has_data()) put_data(); } } voidsecond_task() { while(1) { if(get_data()) do_something(); } }  intmain(void) { create_task(first_task); create_task(second_task); start_scheduler(); }

多任务系统将分解一个大问题，将大任务分为许多小问题，逐步解决小任务，大任务将解决，这些任务并发处理。请注意，这并不意，这并不意味着许多任务在同一时间一起执行，而是因为每个任务的执行时间很短，这似乎在同一时间执行了许多任务。

二、执行程序怎么写？

以按钮为例，点亮一盏小灯！

1.常规写法

intmian(void) { while(1) { if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_SET) { printf("按键按下\r\n"); } } }

2.写作对象

首先，我们把每个按钮都看作是一个对象，因为它必须有属性和行为，比如我们定义一个学生，那么这个学生的属性是什么呢？

必须有名字、年龄、身高、体重，这些都是一些基本属性，我们可以用一些单独的变量来定义它，例如：

typedefstruct { uint8_t*name;///姓名(变量) uint8_tage;///年龄(变量) uint8_theight;//身高(变量) uint8_tweight;//体重(变量) }student_t;

但是一个学生有很多行为，对吧？它会唱歌、跳舞、打篮球。也会关注果果弟弟的微信官方账号吧？，所以我们可以这样定义:

typedefstruct { uint8_t*name;///姓名(变量) uint8_tage;///年龄(变量) uint8_theight;///身高(变量) uint8_tweight;///体重(变量) void(*Sing_song)(void);///会唱歌(函数指针) void(*Dance_latin)(void);//会跳舞(函数指针) void(*Wechat_zhiguoxin)(void);//会关注果果的微信官方账号(函数指针) }student_t;

这里我们提到了函数指针，所以我们来谈谈函数指针。

函数指针，顾名思义，它是一个指针，但它是一个函数指针，所以它指向一个函数。与一般的变量指针相比，指针变量本质上是一个变量，但这个变量存储在一个地址，在32个单片机中，任何类型的指针变量都存储在一个大小为4字节的地址。

重要的话说三遍！记住在心里！！！为什么要记住函数指针，因为在单片机面向对象的编程中，结构成员要么是变量，要么是函数指针。不用说，理解函数指针很好。

其实函数指针可以类比一般变量，看下面:

inta;<=>voidSing_song(void); int*p;<=>void(*zhiguoxin)(void); p=&a;<=>zhiguxin = &Sing_song;

  1. 左边走义变量a，右边定义函数Sing_song;

  2. 左边定义int指针，右边定义函数指针;

  3. 左边赋值指针，右边赋值函数指针;

那么函数指针怎么用呢？我们还是以单片机为例，把按键类比为一个对象，这个按键有按键标志位，有长按或者短按，按键还有行为：按键初始化、按键循环检测等。

所以我们创建下面这样一个结构体，当然这个结构体不一定仅仅有这些变量和函数，这完全取决于你自己的定义，你想怎么定义就怎么定义，你甚至可以定义按键的颜色都。

typedef struct
{
 uint8_t  KEY_Flag;  //标志位(变量)
 uint8_t  Click;//按下(变量)
 void (*KEY_Init)(void); //按键初始化(函数指针)
 void (*KEY_Detect)(void); //按键检测(函数指针)
} KEY_t;

现在已经定义了KEY_t这种类型的结构体，处理器还没有分配给这个结构体内存，因为我们只是声明这样一个类型，而类型是不占用内存的，只有我们定义对应的结构体类型的变量时才会在占用内存空间。

那么怎么定义一个结构体类型的变量呢？

KEY_t   KEY1;

然后就要初始化结构体的成员变量了。

KEY_t  KEY1 = {0,0,KEY_init,KEY_detect};

这里要注意了现在结构体有四个成员，前两个普通的变量，我们初始化为0，还有两个函数指针，我们是不是要把我们想写得函数的函数名字放在这里啊。

那么聪明的你肯定知道还要定义KEY_init();和KEY_detect();这两个函数。这两个函数可以这样写。

static void KEY_init()
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
static void KEY_detect() 
{
 uint8_t i = 0; 
 if(KEY1.KEY_Flag == 1)
 {
  HAL_Delay(100);
  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_3) == GPIO_PIN_SET)
  {
    printf("按键按下\r\n");
  }
  KEY1.KEY_Flag = 0;
 }
}

好了具体函数中的代码我就不需要解释了。这样一个按键的对象我们就定义好了，这个按键我们赋予了"他"生命，有属性(变量)有行为(函数)。

这样我们在主函数就可以这样的调用，来实现相应的功能了。按键使用了中断，这里并没有讲解。

void main(void)
{
  KEY1.KEY_Init();//初始化按键
  while(1) 
   {  
  KEY1.KEY_Detect();//按键检测
 }
}

如果理解了这些，那么面向对象的精髓你基本已经掌握了，接下来就是不断地去练习和实践了。

三、为什么要面向对象？

我们知道，现有的编程范式主要是：面向过程编程、面向对象编程、函数式编程。

对于流程清晰的简单程序，一般只有一条流程主线，很容易被划分成顺序执行的几个步骤，面向对象编程和面向过程编程没有太大差别，并且面向过程编程常常比面向对象编程更加直观高效。

但当我们面对一个大型的复杂程序，由于其错综复杂的流程和交互关系，很难将其简单地拆分成一条主线串成的简单步骤，而通常表现为一个网状关系结构。这个时候，面向过程编程的这种流程化和线性化的思维方式就会显得比较吃力，而面向对象编程的优势就比较明显了。

面向对象编程风格的代码更容易复用、扩展和维护、更高级、更人性化、更适合大规模复杂程序的开发。在Linux中就是用的面向对象编程，里面有很多的结构体、指针、链表等等。如果还没有接触到面向对象编程只能说明你做的东西还不够复杂。

在单片机举一个例子，一块开发板可能会适配不同的屏幕:

一块板子，三个屏幕

那么每一块板子肯定有不同的代码适配，在程序中我们可以读出屏幕的ID，然后通过if判断来执行不同的指令，就行这样。

果果小师弟

如果使用面向对象编程，那么就可以这样写代码。

typedef struct lcd{
 uint8_t type;
 void (*LCD_Init)(void)
}lcd_t, *plcd_t;

int Read_id()
{
 /* 0: LCDA
  * 1: LCDB
  */
 return 0; 
}

int Get_Lcd_Type(void)
{
 return Read_id();
}

void LCDA_Init(void)//屏幕A初始化
{
    LCD_WR_REG(0xCF);  
    LCD_WR_DATA(0x00); 
    LCD_WR_DATA(0xC1); 
    LCD_WR_DATA(0X30); 
}

void LCDB_Init(void)//屏幕B初始化
{
    LCD_WR_REG(0X11);
    delay_ms(20);
    LCD_WR_REG(0XD0);
    LCD_WR_DATA(0X07); 
}

lcd_t openedv_com_lcds[] = {
 {0, LCDA_Init},
 {1, LCDB_Init},
};

plcd_t get_lcd(void)//获取到屏幕类型
{
 int type = Get_Lcd_Type();
 return &openedv_com_lcds[type];
}

int main(void )
{
 plcd_t lcd; 
 lcd = get_lcd();//获取到屏幕类型
 lcd-> LCD_Init();//初始化对应屏幕
 while (1)
  {} 
}

这里只是伪代码处理办法，原理就和上面所讲的一样，在结构体中使用变量和函数。

到这里你应该掌握了面向对象得单片机编程方法，一起来试验几个例子：

LED灯

typedef struct
{ 
 void (*LED_ON)(uint8_t LED_Num);     //打开
 void (*LED_OFF)(uint8_t LED_Num);    //关闭
 void (*LED_Flip)(uint8_t LED_Num);   //翻转
} LED_t;

按键KEY

typedef struct
{
 uint8_t  KEY_Flag;        //标志位(变量)
 uint8_t  Click;           //按下(变量)
 void (*KEY_Init)(void);   //按键初始化(函数指针)
 void (*KEY_Detect)(void); //按键检测(函数指针)
} KEY_t;

蜂鸣器BEEP

typedef struct
{
 uint8_t Status;      //状态
 void (*ON)(void);     //打开
 void (*OFF)(void);    //关闭
} BEEP_t;

串口UART

typedef struct
{
 USART_TypeDef *uart;/* STM32内部串口设备指针 */
 uint8_t *pTxBuf;   /* 发送缓冲区 */
 uint8_t *pRxBuf;   /* 接收缓冲区 */
 
 uint16_t usTxBufSize;  /* 发送缓冲区大小 */
 uint16_t usRxBufSize;  /* 接收缓冲区大小 */
 
  uint16_t usTxWrite; /* 发送缓冲区写指针 */
  uint16_t usTxRead;  /* 发送缓冲区读指针 */
  uint16_t usTxCount; /* 等待发送的数据个数 */

  uint16_t usRxWrite; /* 接收缓冲区写指针 */
  uint16_t usRxRead;  /* 接收缓冲区读指针 */
  uint16_t usRxCount; /* 还未读取的新数据个数 */
  
  void (*RS485_Set_SendMode)(void);  //RS-485接口设置为发送模式
  void (*RS485_Set_RecMode)(void);   //RS-485接口设置为接收模式
}UART_T;
面向对象的单片机编程




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