51单片机，各位程序员请解答！

Question

新建工程文件，完成按键控制单片机上灯的亮灭，具体任务要求如下：

(1)程序开始运行；D1-D8全部亮。

(2)当按下按键S1后，D1灯灭。

(3)当按下按键S2后，D2灯灭。

(4)以此类推，当按下按键S8后，D8灯灭。

(5)没有按键按下时，D1-D8全部亮。

（6）当s1--s8中间任意2键同时按下时，蜂鸣器启动报警。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在实现这个功能的51单片机编程过程中，我们可以按照以下步骤操作，确保整个过程符合上述需求并满足算法逻辑：

1. 创建新项目

首先，在Microcontroller Design Environment (MDE) 或其他集成开发环境 (IDE) 中创建一个新的项目，并命名为 "按键灯控制应用"，然后选择 "51系列单片机" 作为设计平台。

2. 设计基础结构

创建一个包含四个LED串行端口、一个复位引脚、一个按钮接口、以及用于监听按键信号的外部中断和定时器（考虑外部存储器和模拟信号等）的布线示例。

• LED串行端口：连接LED数码管或发光二极管，使其显示相应的灯状态，例如：D1为蓝色，D2为红色，D3为绿色，D4为黄色。
• 复位引脚：用于复位系统，将所有的LED设置为高电平。
• 按钮接口：连接数字式或模拟式的开关，用于触发S1、S2、S3、S4等按键对应的LED状态变化。
• 外部中断：与MCU的中断响应机制关联，接收外部输入信号并执行相应的点亮/熄灭操作，例如，使用串行口接收按键按下事件的信号。

3. 定义基本功能流程

以下是设计的基本功能流程描述：

• 当按下按键 S1 后，S1 LED 显示为绿色，设置 S1 为低电平，使所有 LED 都处于关闭状态。
• 当按下按键 S2 后，S2 LED 显示为绿色，设置 S2 为低电平，使所有 LED 都处于关闭状态。
• 进入循环，每次按键按下后，检查以下条件：
  • 如果 S1 和 S2 键都按下，则触发内部中断并将 LED 状态设置为高电平。
  • 否则，如果只有一个按键按下且未被同时按下 S1 和 S2，判断是否符合条件，如果是，则唤醒 S1 LED 并将其状态设置为低电平，唤醒 S2 LED 并将其状态设置为高电平，立即进入下一轮循环。
  • 如果连续两组按键同时按下并且被 S1 和 S2 所分开，再次检查条件并执行相应操作，直到某一组按键松开。

4. 引入外部按键响应函数

为了实现S1-S8之间的按键灯切换和蜂鸣器的同步功能，我们需要编写一个函数来处理按键按下和松开事件。此函数可以是手动调用的嵌套函数，也可以通过单片机中的中断向量表来间接实现。以下是伪代码示例：

void key_handler(unsigned char button)
{
    // 检查按键是上/下键
    if (button == S1 || button == S2)
    {
        // 当S1按下时
        D1 = LOW;
        D2 = LOW;

        // 设置外部中断
        _interruptible_key_s1_pressed();

        // 响应S2按下
        while (_delayed_key_s2_pressed())
            ;
    }
    else if (button == S3 || button == S4)
    {
        // 当S2按下时
        D2 = LOW;
        D1 = LOW;

        // 设置外部中断
        _interruptible_key_s2_pressed();

        // 响应S3按下
        while (_delayed_key_s3_pressed())
            ;
    }

    // 每次按键按下前检查并延时一定时间（取决于按键重复次数）
    else if ((button != S1 && button != S2) || (!S1 && !S2))
    {
        _delayed_key_button_pressed();
    }
}

// 蜂鸣器响应函数
void led_wave龙头_func(void)
{
    while (true)
    {
        // 检查按下或松开的按键数量
        if (button_count == S1 + S2 + S3 + S4)
        {
            // 点亮对应LED
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                PORT |= LED_i[i];
        }
    }
}

5. 完成主程序代码

接下来，我们将创建子程序 "main.c" 来实现主程序并连接所有必要的硬件资源：

#include "51.h"
#include "key_handler.h"

// 初始化设备配置
void init_board()
{
    // ... (初始化各个LED端口和复位引脚)
    pinMode(LED_1, OUTPUT);
    pinMode(LED_2, OUTPUT);
    pinMode(LED_3, OUTPUT);
    pinMode(LED_4, OUTPUT);
    pinMode(LED_BUILTIN, INPUT_PULLUP);

    // ... (初始化按钮接口和复位引脚)
    digitalWrite(BUTTON_PORT, LOW);
    pinMode(BUTTON_PULL_UP, INPUT_PULLUP);

    // ... (初始化外部中断引脚)
    _disable_interruptible_key_s1_pressed();
    _disable_interruptible_key_s2_pressed();
}

// 主程序入口函数
void main()
{
    init_board();

    // 循环启动按键按下和松开事件响应函数
    while (true)
    {
        // 处理按键按下事件
        key_handler(KEY board->KEY_BUTTON);

        // 处理按键松开事件
        if (board->KEY_KEY_REPEATED != KEY_DOUBLE_CLICK)
        {
            key_handler(KEYBOARD_BUTTON帽按下);

            // 延迟1秒来刷新屏幕并接通蜂鸣器
            delay(1000);
            led_wave(&led_bUILTIN);
        }
    }
}

6. 调试与优化

完成以上代码后，我们需要进行调试以确保按键按下和松开事件的正确处理，同时也测试单片机能否正确地处理外部中断和定时器。以下是一些可能需要解决的问题和优化建议：

• 按键按下检测和触发外中断: 在 "key_handler()" 函数中，我们需要检查按键是否同时按下 S1 和 S2。如果是，我们应立即触发中断，并调用外部中断的处理函数来切换 LED 的状态。此外，可以在中断处理函数中编写一些检查和计算来确定 S1 和 S2 是否为双击或其他复杂的组合情况。

• 按键松开事件识别: 对于每个按键单独发出的信号，我们需要将它们分解成两个独立的事件：按键按下和释放。对于多键同时按下的情况，应将信号分别传给两个不同的断点和返回值。

• 延迟功能优化: 利用引脚常驻比 (PUL) 可能提升性能，但可能会增加额外功耗。为了减少系统的能耗，可以尝试使用 PWM 抽样脉冲方法（如 PWM 绝对周期扫描）而不是周期性改变LED的状态。然而，这可能会影响闪烁效果和 LED 灯效。

• 蜂鸣器响铃处理: 应该基于按键的编号设置相应的响铃延迟，例如，S1 至 S8 的响铃频率分别为 250Hz、500Hz、750Hz、1kHz、2kHz、5kHz、7kHz、10kHz，以及无效按键的响铃频率为 999Hz。可以在 "led_wave龙头_func()" 函数中设置响铃延迟，并在关键区域（如按键按下和释放处）进行响铃。

• 硬件模块集成优化: 将整个系统集成到单片机内时，可以选择合适的板载或外部电路来封装 LED 灯丝、按键驱动、外部中断以及定时器。为了降低体积和复杂度，可以考虑采用小型化的或易于制造的元器件，例如 RPi、Arduino、微控制器等。

• 优化程序布局: 根据实际的应用场景和功能需求，合理分配 LED 灯丝的位置和排列方式，以最大程度地提高 LED 效率和可用性。例如，为了保持RGB LED 线性化输出，可预设颜色循环模式或色块交错模式。

• 资源管理: 注意单片机在不同阶段的资源分配，例如，在按下按键后仅开启 LED 输出，而在按键松开后立即关闭。可以利用 STM32F4 的 GPIO 特性（如 GPIO Bank）实现这一功能。

通过遵循上述思路和步骤，我们可以成功地创建一个针对 51 单片机的按键灯控制应用，满足按键按下、松开事件的检测和响应，以及蜂鸣器报警等功能。