请优化你的MCU代码 Ver2.0

ID:476527 · 发表于 2025-10-30 17:41

- 前言 -
⼤家，好久不⻅。
此⽂旨在于对2019年我发表在51黑论坛的贴⼦《请⼯程化,定制化你的单⽚机代码》http://www.51hei.com/bbs/dpj-162218-1.html 进⾏更新，升级和完善。
虽说现在回头⼀看，那篇贴⼦在⼀些细节确实有⼀些问题，不过最⼤的问题是——它不是⼀个完整的⽂章，我匆忙的把⼀些编程要点塞进了帖⼦⾥，然后就⼀直没有更新了。

如今⼀晃就是6年，机缘巧合下，我突然⼜找到了那篇贴⼦。在不知不觉之间，帖⼦已经被置顶，有了这么多的评论和阅读量，这令我甚是惭愧。
感谢⼤家的⽀持。
我近期刚好有时间，那就把帖⼦重写⼀下，并更完⽂章吧。

- 第⼀章：设计⼀个时钟基线 -
在⼀些初级MCU编程⼊⻔书中，经常能够⻅到类似

delay1s(); //延时1秒

复制代码

或者

while(K1 == 0); //等待⽤户释放键盘上的K1按键

复制代码

这样的代码，表⾯上看没有什么问题，但是本质上跟下⾯的逻辑差不多：
“已知⼩明同学从教室跑去⼩卖部买糖再回来，⼤概需要1分钟，所以，当我们需要计时12⼩时的时候，让⼩明同学这样来回往返个720次，应该就差不多了。”
“你戳⼩明⼀下，他就会叫⼀声但是如果你⼀直戳着不松开，他就会由于脑⼦不够⽤，不但叫不出来，就算你跟他说话他也没法听进去。”

在这样的代码中，MCU的PC指针（这东⻄代表着程序当前在哪个代码⾥运⾏）就如同悲催的⼩明同学，被困在那两⾏代码中。也许是巨⼤的资源浪费，也许是⽆法对外部的信息变化做出反应，都是很糟糕的事情。
那么，要怎么样来编写单⽚机程序，才可以⼜实现这些逻辑功能，⼜释放PC指针呢这就是我们接下来要讨论的内容。

1.1 带有时基的主程序架构
正如“ 每个不得不跑去⼩卖部的⼩明，其实他去年买了个表，根本不⽤跑 ”的道理（）。
即使是普通的51单⽚机，他也是有定时器的。
我们需要设置⼀个定时器，让定时器会告诉单⽚机：“好的，现在已经过了1ms了（或者10ms这都没关系）”单⽚机⼀拍脑袋：“啊，已经到了1ms了么，那我就把⼀些事情做⼀下吧”。就像下面这样子：

在这个框架下，我们的代码看起来会像下⾯这个样⼦：

unsigned char flag1ms; //全局变量
void main()
{
flag1ms = 0;
mcuConfig(); //MCU的⼀些其他初始化,此处略过
timer0Init(); //定时器0初始化,略过,需设置1ms定时周期
while(1)
{
if(flag1ms)
{
flag1ms = 0;
doAnything(); //单片机可以做任意事情
}
}
}
void timer0XINT() interrupt 1 //定时器T0中断
{
flag1ms = 1;
}

复制代码

为了⽅便理解，这⾥的“⼀系列⼯作”在代码中只⽤了⼀个doAnything()来表⽰，实际应⽤中，往往会放好⼏个⼦程序，没什么问题。
在本程序中，单⽚机每隔1ms会将⼀系列⼯作执⾏⼀遍。从现在开始，你的⼦程序必须要摒弃那些“傻等⾏为”，重新设计你的程序逻辑。

1.2 ⼀个按键程序的例⼦
我们先拿⼀个⾮常恶⼼的按键函数来开⼑，如果没有时基，我们可能会写出这样的⼀个按键程序：

/* 在没有时基的时候，代码是这样写的 */
#define K1_PRESSING() ((P1&0x01)==0) //按键位于P1^0引脚
void keyPress（）
{
unsigned int key_press_time = 0;
while(K1_PRESSING()) //等待松开
{
++key_press_time;
if(key_press_time==300) //300*10ms = 3s
{
//⻓按3s时要做的事情
}
delay10ms(); //delay计时
}
if((key_press_time < 300) && (key_press_time >= 2))
{
//短按的处理
}
}

复制代码

这个函数兼具delay()语句和while(KEY==0)语句，可以说是⼆毒俱全了。
如果是在新的代码架构中，它可以修改成这样的形式

/* 本程序将在每个1ms时基中被调⽤ */
#define JUST_INC(x) if(++x<=0) --x //x在不能溢出的前提下++
#define K1_PRESSING() ((P1&0x01)==0) //按键位于P1^0引脚
void keyPress（）
{
static unsigned int key_press_time = 0; // ……请标为静态变量
if(K1_PRESSING())
{
JUST_INC(key_press_time);//计量按键时间，并避免数据溢出
if(key_press_time==3000)
{
//在此写下按键⻓按3s时要做的事情
}
}
else
{
if((20<=key_press_time) && (key_press_time < 3000))
{
//20ms ~ 3s之间，视为短按，在此写下写短按的处理代码
}
key_press_time=0；
}
}

复制代码

功能是⼀样的，但实际⽤起来区别很⼤——旧程序跑1次⻓按功能，新程序已经跑了3000次，且后者不会⼀直占⽤PC指针。
新的程序有些细节，可以展开说⼀说：
①key_press_time现在是⼀个静态变量，static关键字可以让该变量在每次重新进⼊函数的时候不会重新赋值为0，⽽是保留上次退出函数时的值。
②“JUST_INC(key_press_time)”这⼀句，看起来⽤“++key_press_time”就能搞定，但是，谁也不能保证⽤户真的不会按按键超过65秒的啊万⼀他真的按了65576ms单⽚机还就真的以为⽤户“短按”了⼀次呢（65576-65536=40ms，属于短按范畴），下⾯那个短按程序段也会被执⾏现在这样写，哪怕你按100年也没关系了，反正单⽚机就每隔1ms进来看⼀次，K1这个按钮你想按多久就按多久，掉在范围内就处理，超出范围就⽆视。
③“if(key_press_time==3000)”这⾥的3000只是随便设置的⼀个3秒⻓按时间，如果需要做按键⻓短按功能，这⾥就是⻓按程序所放的位置也可以不⽤3000，⽤2000、50000都没事，别超过65534就⾏。
④“if((20<=key_press_time) && (key_press_time < 3000))”这⾥，前⾯的>=20是短按的消抖设计——再强的⼈类也不可能1秒按⼀个按键超过20次，也就是不可能⼩于50ms的时间——这⾥⽤了20ms相当于兼容“超级快男”来按按键了。后⾯<3000是不能和⻓按的时间冲突，因为3s我们已经⼈为的设置成⻓按时间节点了。
⑤这⾥的参数遵循乘法原则。举个例⼦，如果时基是10ms，那么这⾥的if(key_press_time==3000)就会代表30秒，如果想设置⻓按3秒的话，得把3000改成300。

1.3 关于时基的进阶设置
回到刚刚讨论的时钟基线处，这⾥有⼏个⼩问题。
（1）假如，1ms的周期不够把事情做完怎么办
——那就把时基设置⼤⼀些，⽐如5ms，10ms，20ms，还不够就该换芯⽚了，要不就是代码还有很⼤的其他问题，需要好好排查。
（2）我该怎么⼤致估算代码跑完“⼀系列⼯作”需要的时间，好让我设置更合适的时基
——好问题这⾥有⼀个简单且准确的⽅案任意找个闲置端⼝，⽐如P0^0，在⼲活之前先把这个端⼝拉⾼，⼲完活之后⻢上把它拉低，通过外接⽰波器或者逻辑分析仪，就能直观的测量出耗时了。

（3）只有1个时基不⽅便，我的按键只需要10ms采集1次，但是LCD显⽰我需要100ms才刷新⼀次。
——时基是可以扩展的！在1个时基的基础上，只要你有需要，完全可以扩展出N多个时基匹配你的N个⼦程序。
⽐如下⾯的代码，就在1ms的时基上分别扩展出了10ms和100ms的时基：

（4）我的各个函数应该放在哪个时基⾥⾯呢
——这要求我们要对⾃⼰的程序要有清楚的把握，以及⼀定的产品思维，以下是⼀⼰之⻅。
①⾸先，所有的函数都要写得简洁⼲净，不要有任何模块的delay（）加起来超过0.2ms，⼦程序⾥⾯放⼏个nop倒是⽆伤⼤雅。
②按键，检测，通信这类的⼦程序放到10ms时基⾥。输出，显⽰这类的放100ms时基就OK了。
③1ms时基⾥⾯应该放什么呢可以什么也别放，空着就好。或者把主程序的基础时基换成10ms也可以，其实很少有东⻄需要刷新得这么快的。如果基础时基打算⽤10ms的话，可以将定时器的中断设置为每10ms触发（这样可以删掉flag1ms变量，此处不展开）也可以偷个懒，原本的程序框架改成这样即可

④如果有特别需要关照的部分，⽐如说步进电机的驱动啥的，请放到另⼀个定时器中断⾥（单⽚机基本都⾄少有俩定时器的，不⽤⽩不⽤），按你需要的来设置。
⑤定时器的中断触发时间建议不要少于0.5ms，不然进中断就太频繁了。
现在，我们的代码已经初具雏形，⼤家可以⾃⼰搭⼀下这个框架来体验⼀下。
（当当当，现在是中场休息时间，喝杯⽔吧）

ID:476527 · 发表于 2025-10-30 20:43

本帖最后由 Similarv 于 2025-11-3 08:57 编辑

全文共有3页，请手动翻页。

另外，附件的排版应该比网页的排版干净。
由于不可抗力，从第5个代码块开始，网页端po出的代码就开始出现乱码，我重复编辑了很多次，都无法解决。因此后面很多代码块都变成了图片格式，影响了大家的阅读，望谅解。

ID:476527 · 发表于 2025-10-30 20:47

终于整完了，这次特意在换工作的空窗期，抽出时间完成了这个主题。大家万圣节快乐。

祝我明天面试顺利，嘻嘻。

ID:190832 · 发表于 2025-10-30 22:40

这样不好吗void ledTask(void)
{
static u32 usBck = 0, usNow = 0;
static u8 sta = 0;

usNow = mSysTimerGetUs();
if((usNow - usBck) > 250000)
{
   usBck = usNow;
   sta = (sta == 0) ? 1 : 0;
   if(sta == 0)
   {
      LED_RUN_OFF; LED_STOP_OFF;
   }
   else
   {
      LED_RUN_ON; LED_STOP_ON;
   }
}

ID:476527 · 发表于 2025-10-30 22:59

hange_v 发表于 2025-10-30 22:40
这样不好吗void ledTask(void)
{
static u3 ...

你好，请问这是在？

ID:1097337 · 发表于 2025-10-31 04:49

非常不错，谢谢小猪猪的指导:D，收藏了！

ID:190832 · 发表于 2025-10-31 09:15

发表于 2025-10-30 22:59
你好，请问这是在？

闪烁LED 250ms

ID:476527 · 发表于 2025-10-31 16:48

hange_v 发表于 2025-10-31 09:15
闪烁LED 250ms

我推测，这段代码只能保证“LED不会在250ms以内就翻转电平”，并不能确保刚好总是250ms的时候就立马翻转。

ID:190832 · 发表于 2025-10-31 20:46

Similarv 发表于 2025-10-31 16:48
我推测，这段代码只能保证“LED不会在250ms以内就翻转电平”，并不能确保刚好总是250ms的时候就立马翻转 ...

那得做到定时器中断，且优先级最高

ID:142652 · 发表于 2025-10-31 22:16

感谢大师分享

ID:477512 · 发表于 2025-11-1 07:21

这得好好学习一下！

ID:945281 · 发表于 2025-11-1 15:24

谢谢分享

ID:945281 · 发表于 2025-11-1 15:28

真的学到很多知识，再次谢谢

ID:22119 · 发表于 2025-11-2 14:57

写的真好

ID:77675 · 发表于 2025-11-2 18:07

大神终于有更新了，受教了。

ID:308541 · 发表于 2025-11-2 20:45

写得很好

ID:86450 · 发表于 2025-11-2 23:33

[em05]

ID:82399 · 发表于 2025-11-3 07:44

好贴，学习了！

ID:1144680 · 发表于 2025-11-3 09:51

楼主说的全部中招

ID:901570 · 发表于 2025-11-3 18:53

感谢大佬的教程，已保存，慢慢研究！

ID:1157477 · 发表于 2025-11-6 16:45

非常感谢楼主的付出。虽然我是小小小小白，只会复制别人的代码

ID:277290 · 发表于 2025-11-7 08:19

非常不错，谢谢指导!

ID:277290 · 发表于 2025-11-7 08:20

非常不错，谢谢指导!

ID:60656 · 发表于 2025-11-8 22:27

真的学到很多知识，再次谢谢

ID:46750 · 发表于 2025-11-9 20:24

大神终于有更新了，受教了。

ID:158391 · 发表于 2025-11-13 02:22

菜鸟一枚，现在的能写出的都是让大神恶心的代码

ID:283207 · 发表于 2025-11-13 23:06

非常感谢楼主的付出。

ID:34149 · 发表于 2025-11-13 23:42

学习了大师的编程思维！真的受益良多！非常感谢！

ID:476527 · 发表于 2025-11-14 14:06

dyx811 发表于 2025-11-13 23:42
学习了大师的编程思维！真的受益良多！非常感谢！

大师不至于，这是一个面向新手的教程，目的是让大伙起步的时候少走一些弯路。
至于怎么成为大师，我自己也在摸索前进。

ID:1144680 · 发表于 2025-11-17 10:27

新手表示看不懂啊。
如果要设计一个短按与长按的函数，是直接让定时器计时吗？

ID:476527 · 发表于 2025-11-17 11:46

dcc60 发表于 2025-11-17 10:27
新手表示看不懂啊。
如果要设计一个短按与长按的函数，是直接让定时器计时吗？

你的主程序是每10ms才跑一次的，静态变量的计数值就是计时值

ID:232366 · 发表于 2025-11-17 11:49

又学习了

ID:98767 · 发表于 2025-11-17 14:07

谢谢分享，学习优化

ID:366877 · 发表于 2025-11-17 22:47

有个问题想请教：文中提到“不要有任何模块的delay（）加起来超过0.2ms”，但对于数码管动态扫描如何控制每个数码管点亮2ms？

ID:476527 · 发表于 2025-11-17 23:13

wdgao 发表于 2025-11-17 22:47
有个问题想请教：文中提到“不要有任何模块的delay（）加起来超过0.2ms”，但对于数码管动态扫描如何控制每 ...

个人建议你用低优先级的定时器中断，2ms周期扫一下

ID:18961 · 发表于 2025-11-18 10:01

非常不错，值得学习一下！

ID:366877 · 发表于 2025-11-19 07:07

发表于 2025-11-17 23:13
个人建议你用低优先级的定时器中断，2ms周期扫一下

谢谢指导，是个好办法。

ID:140411 · 发表于 2025-11-29 08:21

很好的编程思维，值得学习。

ID:492633 · 发表于 2025-11-30 12:13

能不用阻塞延时就不用

ID:1110792 · 发表于 2025-12-2 18:43

真不错，学习了！

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