「连载15」模块化编程｜学单片机做四轴飞行器项目故事

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《 STC15 单片机实战指南（ C 语言版）》 一书以一坚科技研发的飞天三号（ FSST15-V1.0）实验板为硬件平台， 以《 深入浅出玩转 STC15 单片机》为配套视频， 由清华大学出版社权威出版， 并且分别是 STC 官方大学计划和高校高性能联合实验室推荐教程和视频， 版权归作者和清华大学出版社所有。

本资料以个人学习、 工作经验以及宏晶科技单片机技术为素材， 以单片机初学者、单片机项目开发者为对象， 教大家如何走进单片机，继而达到开发工程项目（如：四轴飞行器设计，多功能收音机等）为目的。 限于时间和水平关系，资料中难免有过失之处，望各位高手批评指教，多多拍砖，拍累了，你们休息，我继续上路。

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作者 | 残弈悟恩

编辑 | Garen

当一个项目小组做一个相对比较复杂的工程时，就需要小组成员分工合作，一起完成项目，意味着不再是某人独自单干，而是要求小组成员各自负责一部分工程。比如你可能只是负责通讯或者显示某一块，这个时候，就应该将自己的这一块程序写成一个模块，单独调试，留出接口供其它模块调用。最后，小组成员都将自己负责的模块写完并调试无误后，由项目组长进行综合调试，像这些场合就要求程序必须模块化。模块化的好处非常多，不仅仅是便于分工，它还有助于程序的调试，有利于程序结构的划分，还能增加程序的可读性和可移植性。

对于刚入门的读者来说，还没发现前面第三章程序的不完美之处，程序当然没有错的，只是在移植、管理方面，存在一些不足，因为部分程一遍又一遍、一页又一页的再重复，鉴于这些不足之处，从本书的开始阶段，笔者就计划将模块化编程列为一项艰巨而有持久的战役，请读者做好准备，跟随笔者一起揭开这块神秘的面纱，一窥其真面目。

4.1 夯实基础——数值的换算以及逻辑运算

单片机的学习中，常常需要和数值、逻辑运算打交道，原因是单片机在某种程度上可以归结到数字电路中，读者应该知道，数字电路中，数值的计算、存储和取值都是以“0”和“1”的形式来体现。所以在真正开始单片机学习之前，掌握基本的数值运算和逻辑运算是必不可少的。

4.1.1 各进制之间的换算关系

二进制、十进制、十六进制。八进制，不常用。敢不敢相信，大家看到电影、图片或听到歌曲在电脑中都是用二进制存储的，同理，学习单片机时，在 12864 上所显示的图片也是二进制存储的。因为电脑、单片机这些“大傻瓜”不认识别的，只认识“1 和 0”，所以得学好二进制，乍一听，好像不是很难，1、0 小学生都认识的。十进制数有 0~9，共 10 个，逢十进一；二进制数 0、1 共两个，逢二进一；十六进制数有 0~9、外加 A~F（a~f），总共 16 个数，逢十六进一。二进制书写前需加 0b，十六进制需加 0x。十六进制数是和四为一，就是 4 个二进制组成一个十六进制数，于是它的每一位有0b0000~0b1111 共计 16 个值。这三个数之间对于关系见表 4-1 所示。

借此为大家推荐一本王玮编著的《感悟设计——电子设计的经验与哲理》一书，我甚是喜欢，他里面写的好多东西，确实值得我们好好学习，虽然有些内容我还没涉及到，但这丝毫不影响我对这本书的喜欢。这本书除了理论、经验，还有他发明的指算（二、十进制之间的转换）。我就引用到这里，希望能和大家共勉。

一只手掌 5 个手指，假设我们规定拇指、食指、中指、无名指、小指分别代表 1、2、4、8、16 这 5 个数（顺序倒过来或搅乱也可以，规定好就行），那么，在 0~31 以内的各个整数都可以通过手指的屈伸来表示了。例如划拳（民间喝酒的一种方法）出的二，就是十进制数5（1+4）。通常做的“OK 手势”表示的就是 28（4+8+16），如此等等。这么一说大家可能会觉得没意思，但当大家用熟练了，就会觉得很好玩。

表 4-1 部分二进制、十进制、十六进制之间的对应关系

4.1.2 数字电路和 C语言中的逻辑运算

二进制的逻辑运算，又称其为布尔运算。无论 C 语言中，还是数字电路中，逻辑运算不可缺。在逻辑范畴中，只有“真”和“假”。先来目睹一下 C 语言中的逻辑运算，“0”为“假”，“非 0”为真，不要理解为只有 1 是“真”，2、-43、100 同样也是真。

（1）逻辑运算（是按整体运算），通常叫做逻辑运算符。

&&（and）：逻辑与，只有同为真时结果才为真，近似于乘法。

||（or）：逻辑或，只有同为假时结果才为假，近似于加法。

！（not）：逻辑非，条件为真，结果为假，近似于相反数。

（2）逻辑运算（按每个位来运算），通常叫做位运算符。

&：按位与，变量的每一位都参与（下同），例如：A = 0b0101 1010，B = 0b1010 1010，则 A & B = 0b0000 1010。

|：按位或。则 A | B = 0b1111 1010。

~：按位取反。则~A = 0b1010 0101。

^： 按位异或，异或的意思是，如果运算双方的值不同（即相异），则结果为真，双方值相同则结果为假。这样 A^B = 0b1111 0000。

数字电路的逻辑运算。读者以后看资料或数据手册时，经常会遇到一些逻辑运算符号，笔者列举到这里，以便读者以后查阅。所有符合如表 4-2 所示。

表 4-2 数字逻辑运算符合

4.2 简述单片机开发流程

世间万物、世间琐事，无一不需要遵循流程，更无一离不开工具。做单片机项目同样要遵循一定的开发流程，同样需要一定的工具，由于单片机的生产厂家不同、型号不同、开发工具有所不同，从而导致开发流程有别，但基本的软件开发环境必须掌握，开发语言的基础必须有，硬件环境不可缺，接下来简要说明一下单片机的开发流程，顺带介绍各个环节所需的开发工具。具体项目的开发流程和注意事项，我们将会在第 20章学习，因为对于刚入门的菜鸟来说，谈项目开发有点不切实际，因此读者还是先打好基础，后面章节有更精彩的知识等着你。

1.产品需求

根据市场需求或公司安排，确定开发什么产品。开发人员需要和产品需求方沟通，明确客户的需求，对即将开发的产品有一个总体的印象。

2.产品立项

这时产品已经确定要开发，需要立项，开发人员可能要填写立项相关文件，这个可能涉及项目奖金哦…

3.设计机构

一般由高级系统架构师完成整个产品的系统设计，并做系统结构框图。接着选择处理器，是 8位、16位还是 32位的，之后软（软件指上位机应用软件，不是单片机内部程序）、硬件分工，确定各个工程师的任务。

4.攻关技术难点

这里需要技术牛人（软硬通吃）出马了，就是把整个系统比较难或不能确定的部分，先进行研究实验，以确认不会因为这些部分导致项目无法实现。

5.硬件设计

根据功能确定显示（用液晶还是数码管）、存储器（空间大小）、定时器、中断、通信（RS-232、RS-485、USB）、打印、A/D、D/A及其他 I/O口操作。接着绘制原理图、结构图、PCB。最后选购元器件、焊接电路板、组装、测试。这部分是硬件工程师的强项了。

6.软件设计

终于要编程了，到单片机工程大显身手的时候了。建立数学模型，确定算法及数据结构；进行资源分配及结构设计；绘制流程图，结合流程图设计并编写各子程序模块；最后仿真、调试、固化。

7. 样机联试

这时软、硬件结合起来调试。测试硬件系统各个模块工作是否正常，软件运行是否稳定、能否满足要求；进行一些老化、高低温测试，震动实验等。

8.小批量试产

这时，产品都搞完了，不过开发人员需要提供测试报告、使用说明等文档；制定产生工艺流程，形成工艺，进入小批量生产；接着送样或投放市场，让客户检验是否是金子；依客户反映来升级产品。

9.产品量产

产品量产，并销售于市场，若有问题，一般由售后来处理，若搞不定，还得开发人员出马，毕竟开发人员熟悉产品呀。