执行的单片机程序怎么写？
摘要：在看别人单片机程序时，你也许是崩溃的，因为全局变量满天飞，不知道哪个在哪用了，哪个表示什么，而且编写极其不规范。自己写单片机程序时，也许你也是崩溃的。总感觉重新开启一个项目，之前的写过相似的代码也无法使用，得重新敲，代码重用度不高，编程效率低下，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，只是一个一个功能代码的堆砌，很空泛。
那么这个时候，你也许应该在单片机中引入面向对象的思想了，使代码更规范。
一、单片机程序框架
1、轮流执行
int main (void){ while(1) { sing(); dance(); play(); }}
函数sing执行的时间比较长的话，函数dance就不能很快的被执行。任何一个函数死掉的话就会影响整个系统。
2、前后台
在使用 51、avr、stm32 单片机裸机的时候一般都是在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，循环中调用相应的函数完成所需的处理。有时候我们也需要中断中完成一些处理。相对于多任务系统而言，这个就是单任务系统，也称作前后台系统，中断服务函数作为前台程序，大循环while(1)作为后台程序。
对应的编程代码大概是这样的:
void exti_irqhandler(){ flag = 1;}int main (void){ while(1) { if (flag = 1) { do_something(); flag = 0; } }}
有什么问题？
前后台系统的实时性差，前后台系统各个任务(应用程序)都是排队等着轮流执行，不管你这个程序现在有多紧急，没轮到你就只能等着！相当于所有任务(应用程序)的优先级都是一样的。但是前后台系统简单啊，资源消耗也少啊！在稍微大一点的嵌入式应用中前后台系统就明显力不从心了。
3、多任务
void first_task(){ while (1) { if(has_data()) put_data(); }}void second_task(){ while (1) { if(get_data()) do_something(); }}int main(void){ create_task(first_task); create_task(second_task); start_scheduler();}
多任务系统会把一个大问题“分而治之”，把大任务划分成很多个小问题，逐步的把小任务解决掉，大任务也就随之解决了，这些任务是并发处理的。注意，并不是说同一时刻一起执行很多个任务，而是由于每个任务执行的时间很短，导致看起来像是同一时刻执行了很多个任务一样。
二、执行的程序怎么写？
以按键为例，点亮一个小灯！
1.常规写法
int mian(void){ while (1) { if(hal_gpio_readpin(gpioa, gpio_pin_3) == gpio_pin_set) { printf(按键按下); } }}
2.面向对象的写法
首先我们把每一个按键都看成一个对象，既然是对象就肯定有属性和行为，比如我们定义一个学生，那么这个学生有什么属性呢？
肯定有姓名、年龄、身高、体重对吧，这些是一些基本的属性，我们可以用一些单独的变量来定义它，比如：
typedef struct{ uint8_t *name; //姓名(变量) uint8_t age; //年龄(变量) uint8_t height;//身高(变量) uint8_t weight;//体重(变量)} student_t;
但是一个学生还有很多行为对吧，它会唱歌、跳舞、打篮球，于是我们就可以这样定义：
typedef struct{ uint8_t *name; //姓名(变量) uint8_t age; //年龄(变量) uint8_t height; //身高(变量) uint8_t weight; //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); //会关注果果的公众号(函数指针)} student_t;
好了，这里我们提到了函数指针，所以就来说一说函数指针。
函数指针，顾名思义它就是一个指针，只不过它是一个函数指针，所以指向的是一个函数。类比一般的变量指针，指针变量，实质上是一个变量，只不过这个变量存放的是一个地址，在32位单片机中，任何类型的指针变量都存放的是一个大小为4字节的地址。
重要的话说三遍！牢记在心！！！为什要记住函数指针，因为在单片机面向对象编程中，结构体的成员不是变量就是函数指针这两种类型。变量就不用说了，函数指针理解就好。
其实函数指针可以类比一般的变量，看下面：
int a; void sing_song(void);int * p; void (*zhiguoxin)(void);p=&a; zhiguoxin = &sing_song;
左边走义变量a，右边定义函数sing_song;
左边定义int指针，右边定义函数指针;
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); } 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;
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1、轮流执行
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2、前后台
在使用 51、avr、stm32 单片机裸机的时候一般都是在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，循环中调用相应的函数完成所需的处理。有时候我们也需要中断中完成一些处理。相对于多任务系统而言，这个就是单任务系统，也称作前后台系统，中断服务函数作为前台程序，大循环while(1)作为后台程序。
对应的编程代码大概是这样的:
void exti_irqhandler(){ flag = 1;}int main (void){ while(1) { if (flag = 1) { do_something(); flag = 0; } }}
有什么问题？
前后台系统的实时性差，前后台系统各个任务(应用程序)都是排队等着轮流执行，不管你这个程序现在有多紧急，没轮到你就只能等着！相当于所有任务(应用程序)的优先级都是一样的。但是前后台系统简单啊，资源消耗也少啊！在稍微大一点的嵌入式应用中前后台系统就明显力不从心了。
3、多任务
void first_task(){ while (1) { if(has_data()) put_data(); }}void second_task(){ while (1) { if(get_data()) do_something(); }}int main(void){ create_task(first_task); create_task(second_task); start_scheduler();}
多任务系统会把一个大问题“分而治之”，把大任务划分成很多个小问题，逐步的把小任务解决掉，大任务也就随之解决了，这些任务是并发处理的。注意，并不是说同一时刻一起执行很多个任务，而是由于每个任务执行的时间很短，导致看起来像是同一时刻执行了很多个任务一样。
二、执行的程序怎么写？
以按键为例，点亮一个小灯！
1.常规写法
int mian(void){ while (1) { if(hal_gpio_readpin(gpioa, gpio_pin_3) == gpio_pin_set) { printf(按键按下); } }}
2.面向对象的写法
首先我们把每一个按键都看成一个对象，既然是对象就肯定有属性和行为，比如我们定义一个学生，那么这个学生有什么属性呢？
肯定有姓名、年龄、身高、体重对吧，这些是一些基本的属性，我们可以用一些单独的变量来定义它，比如：
typedef struct{ uint8_t *name; //姓名(变量) uint8_t age; //年龄(变量) uint8_t height;//身高(变量) uint8_t weight;//体重(变量)} student_t;
但是一个学生还有很多行为对吧，它会唱歌、跳舞、打篮球，于是我们就可以这样定义：
typedef struct{ uint8_t *name; //姓名(变量) uint8_t age; //年龄(变量) uint8_t height; //身高(变量) uint8_t weight; //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); //会关注果果的公众号(函数指针)} student_t;
好了，这里我们提到了函数指针，所以就来说一说函数指针。
函数指针，顾名思义它就是一个指针，只不过它是一个函数指针，所以指向的是一个函数。类比一般的变量指针，指针变量，实质上是一个变量，只不过这个变量存放的是一个地址，在32位单片机中，任何类型的指针变量都存放的是一个大小为4字节的地址。
重要的话说三遍！牢记在心！！！为什要记住函数指针，因为在单片机面向对象编程中，结构体的成员不是变量就是函数指针这两种类型。变量就不用说了，函数指针理解就好。
其实函数指针可以类比一般的变量，看下面：
int a; void sing_song(void);int * p; void (*zhiguoxin)(void);p=&a; zhiguoxin = &sing_song;
左边走义变量a，右边定义函数sing_song;
左边定义int指针，右边定义函数指针;
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); } 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;
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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;
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机械继电器故障的主要原因
谷歌大脑高级研究科学家：机器学习六年读博经历中的经验与教训
半导体参数测试仪的简介，分析它的特点以及作用
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如何将OPT3001与Arduino一起用作照度计