第8章 函数进阶与按键（8.1 8.2）

用户与单片机之间的信息交互需要依赖于两类设备：输入设备和输出设备。前边讲的LED小灯、数码管、点阵都是输出设备，本章就来学习一下最常用的输入设备——按键，同时还会学到一些硬件电路的基础知识与C语言函数的一些进阶知识。
8.1 单片机最小系统解析
8.1.1 电源
学习过程中，很多指标都是直接用的概念指标，比如说+5V代表1，GND代表0等等。但在实际电路中的电压值并不是完全精准的，那这些指标允许范围是什么呢？随着学习的内容不断增多，大家要慢慢培养一种阅读数据手册的能力。
比如，使用STC89C52RC单片机的时候，找到它的数据手册第11页，看第二项——工作电压：5.5V～3.4V（5V单片机），此处就说明这个单片机正常的工作电压是个范围值，只要电源VCC在5.5V～3.4V之间都可以正常工作，电压超过5.5V是绝对不允许的，会烧坏单片机，电压如果低于3.4V，单片机不会损坏，但是也不能正常工作。而在这个范围内，最典型、最常用的电压值就是5V，这就是后面括号里“5V单片机”这个名称的由来。除此之外，还有一种常用的工作电压范围是2.7V～3.6V、典型值是3.3V的单片机，也就是所谓的“3.3V单片机”。日后随着大家接触更多的器件，对这点会有更深刻的理解。
打开74HC138的数据手册，会发现74HC138手册的第二页也有一个表格，上边写了74HC138的工作电压范围，最小值是4.75V，额定值是5V，最大值是5.25V，可以得知它的工作电压范围是4.75V～5.25V。获取器件工作参数的一个最重要、也是最权威的途径，就是查阅该器件的数据手册。
8.1.2 晶振
晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型，无源晶振一般称之为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
有源晶振是一个完整的谐振振荡器，它是利用石英晶体的压电效应来起振，所以有源晶振需要供电，当把有源晶振电路做好后，不需要外接其它器件，只要给它供电，它就可以主动产生振荡频率，并且可以提供高精度的频率基准，信号质量也比无源信号要好。
无源晶振自身无法振荡起来，它需要芯片内部的振荡电路一起工作才能振荡，它允许不同的电压，但是信号质量和精度较有源晶振差一些。相对价格来说，无源晶振要比有源晶振价格便宜很多。无源晶振两侧通常都会有个电容，一般其容值都选在10pF~40pF之间，如果手册中有具体电容大小的要求则要根据要求来选电容，如果手册没有要求，用20pF就是比较好的选择，这是一个长久以来的经验值，具有极其普遍的适用性。
来认识下比较常用的两种晶振的样貌，如图8-1和图8-2所示。

图8-1  有源晶振实物图

 

图8-2  无源晶振实物图

有源晶振通常有4个引脚，VCC，GND，晶振输出引脚和一个没有用到的悬空引脚（有些晶振也把该引脚作为使能引脚）。无源晶振有2个或3个引脚，如果是3个引脚的话，中间引脚接是晶振的外壳，使用时要接到GND，两侧的引脚就是晶体的2个引出脚了，这两个引脚作用是等同的，就像是电阻的2个引脚一样，没有正负之分。对于无源晶振，单片机上的两个晶振引脚接上去即可；而有源晶振，只接到单片机的晶振的输入引脚上，输出引脚上不需要接，如图8-3和图8-4所示。

图8-3  无源晶振接法图8-4  有源晶振接法

8.1.3 复位电路
分析一下Kingst51开发板上的复位电路，如图8-5所示。

图8-5  单片机复位电路

当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用，隔离了+5V，而左侧的复位按键是弹起状态，下方电路就没有电压差的产生，所以按键和电容C11以下部分的电位都是和GND相等的，即0V。单片机是高电平复位，低电平正常工作，正常工作的电压是0V。
从没有电到上电的瞬间，电容C11上方电压是5V，下方是0V，根据初中所学的知识，电容C11要进行充电，正离子从上往下充电，负电子从GND往上充电，这个时候电容对电路来说相当于一根导线，全部电压都加在了R31这个电阻上，那么RST端口位置的电压就是5V，随着电容充电越来越多，即将充满的时候，电流会越来越小，那RST端口上的电压值等于电流乘以R31的阻值，也就会越来越小，一直到电容完全充满后，线路上不再有电流，这个时候RST和GND的电位就相等了也就是0V了。
8.2 函数的调用
在一个程序的编写过程中，随着代码量的增加，如果把所有的语句都写到main函数中，一方面程序会显得的比较乱；另一方面，当同一个功能需要在不同地方执行时，就得再重复写一遍相同的语句。此时，如果把一些零碎的功能单独写成一个函数，在需要它们时只需进行一些简单的函数调用，这样既有助于程序结构的清晰条理，又可以避免大块的代码重复。
在实际工程项目中，一个程序通常都是由很多个子程序模块组成的，一个模块实现一个特定的功能，在C语言中，这个模块就用函数来表示。一个C程序一般由一个主函数和若干个其他函数构成。主函数可以调用其它函数，其它函数也可以相互调用，但其它函数不能调用主函数。在51单片机程序中，还有中断服务函数，是当相应的中断到来后自动调用的，不需要也不能由其它函数来调用。
函数调用的一般形式是：
函数名 (实参列表)
函数名就是需要调用的函数名称，实参列表是根据实际需求调用函数要传递给被调用函数的参数列表，不需要传递参数时只保留括号，传递多个参数时参数之间要用逗号隔开。
那么先举例看一下函数调用使程序结构更加条理清晰方面的作用。回顾一下图6-1所示的程序流程图和为实现它而编写的程序代码，相对来说这个主函数的结构就比较复杂了，很难一眼看清楚它的执行流程。那么如果把其中最重要的两件事——秒计数和数码管动态扫描功能都用单独的函数来实现会怎样呢？来看以下程序。
#include

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = {  //数码管显示字符转换表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = {  //数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};

void SecondCount();
void LedRefresh();

void main()
{
ENLED = 0;    //使能U3，选择控制数码管
ADDR3 = 1;    //因为需要动态改变ADDR0-2的值，所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01;  //设置T0为模式1
TH0  = 0xFC;  //为T0赋初值0xFC67，定时1ms
TL0  = 0x67;
TR0  = 1;     //启动T0

while (1)
{
if (TF0 == 1)       //判断T0是否溢出
{
TF0 = 0;         //T0溢出后，清零中断标志
TH0 = 0xFC;     //并重新赋初值
TL0 = 0x67;
SecondCount();  //调用秒计数函数
LedRefresh();   //调用显示刷新函数
}
}
}
/* 秒计数函数，每秒进行一次秒数+1，并转换为数码管显示字符 */
void SecondCount()
{
static unsigned int  cnt = 0;  //记录T0中断次数
static unsigned long sec = 0;  //记录经过的秒数

cnt++;              //计数值自加1
if (cnt >= 1000)  //判断T0溢出是否达到1000次
{
cnt = 0;       //达到1000次后计数值清零
sec++;         //秒计数自加1
LedBuff[0] = LedChar[sec%10];
LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];
LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];
LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];
LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];
LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];
}
}
/* 数码管动态扫描刷新函数 */
void LedRefresh()
{
static unsigned char i = 0;  //动态扫描的索引

switch (i)
{
case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;
default: break;
}
}
看一下，主函数的结构是不是清晰的多了——每隔1ms就去干两件事，至于这两件事是什么交由各自的函数去实现。还请大家注意一点：原来程序中的i、cnt、sec这三个变量在放到单独的函数中后，都加了static关键字而变成了静态变量。
当然，这里刻意把程序功能做了这样的划分，主要目的还是来讲解函数的调用，对于这个程序即使不划分函数也复杂不到哪里去，但继续学下去就能领会到划分功能函数的必要了。现在还是把注意力放在学习函数调用上，有以下几点需要注意：
1、函数调用的时候，不需要加函数类型。在主函数内调用SecondCount()和LedRefresh()时都没有加void。
2、调用函数与被调用函数的位置关系，C语言规定：函数在被调用之前，必须先被定义或声明。意思就是说：在一个文件中，一个函数应该先定义，然后才能被调用，也就是调用函数应位于被调用函数的下方。但是作为一种通常的编程规范，推荐main函数写在最前面（因为它起到提纲挈领的作用），其后再定义各个功能函数，而中断函数则写在最后。那么主函数要调用定义在它之后的函数怎么办呢？就在文件开头，所有函数定义之前，开辟一块区域，叫做函数声明区，用来把被调用的函数声明一下，该函数就可以被随意调用了。如上述例程所示。
3、函数声明的时候必须加函数类型，函数的形式参数，最后加上一个分号表示结束。函数声明行与函数定义行的唯一区别就是最后的分号，其它的都必须保持一致。这点请尤其注意，初学者很容易因粗心大意而搞错分号或是修改了定义行中的形参却忘了修改声明行中的形参，导致程序编译不过。


审核编辑 黄宇