以下內容轉載自21IC中國電子網論壇的帖子：侃侃微控制器裸奔的程式框架http://bbs.21ic.com/icview-237577-1-1.html

大家來侃侃微控制器的裸奔程式的框架呀！以下是我總結的一些東西，不合乎之處來請大家指點呀，本人第二次在21ic發帖，希望大家鼓勵鼓勵呀！！

從07年參加全國大學生電子設計大賽初次接觸微控制器開發至今已經有4年了，初學微控制器時，都會糾結於其各個模組功能的應用，如串列埠（232，485）對各種功能IC的控制,電機控制PWM，中斷應用，定時器應用，人機介面應用，CAN匯流排等. 這是一個學習過程中必需的階段，是基本功。很慶幸，在參加電子設計大賽賽前培訓時，MCU周圍的控制都訓練的很紮實。經過這個階段後，後來接觸不同的MCU就會發現，都大同小異，各有各的優勢而已，學任何一種新的MCU都很容易入手包括一些複雜的處理器。而且對MCU的程式設計控制會提升一個高度概況——

       然而這只是嵌入式開發中的一點皮毛而已，在接觸過多種MCU,接觸過複雜設計要求，跑過作業系統等等後，我們在回到微控制器的裸機開發時，就不知不覺的就會考慮到整個程式設計的架構問題；一個好的程式架構，是一個有經驗的工程師和一個初學者的分水嶺。

每個任務的時間片可能過長，這將導致程式的實時效能差。如果以這樣的方式在多加幾個任務，使得一個迴圈的時間過長，可能鍵盤掃描將很不靈敏。所以若要建立一個良好的通用程式設計模型，我們必須想辦法，消去每個任務中費時間的部分以及把每個任務再次分解；下面來細談每個任務的具體措施：

在有鍵按下後，資料線上的訊號出現一段時間的抖動，然後為低，然後當按鍵釋放時，訊號抖動一段時間後變高。當然，在資料線為低或者為高的過程中，都有可能出現一些很窄的干擾訊號。

unsigned char kbscan(void)
{
unsigned char sccode,recode;
P2=0xf8;                     
if ((P2&0xf8)!=0xf8)          
    {
         delay(100);   //延時20ms去抖--------這裡太費時了，很糟糕             
        if((P2&0xf8)!=0xf8)             
{
            sccode=0xfe;                
            while((sccode&0x08)!=0)                                     
            {
                 P2=sccode;                   
                if ((P2&0xf8)!=0xf8)           
  break;
                sccode=(sccode<<1)|0x01;
                                                         }  
              recode=(P2&0xf8)|0x0f; 
              return(sccode&recode); 
                                        }   
   }
    return (KEY_NONE);
}

一般還有一個判斷按鍵釋放的程式碼：

While( kbscan() != KEY_NONE)
; //死迴圈等待
這樣很糟糕，如果把鍵盤按下一直不放，這將導致整個系統其它的任務也不能執行，這將是個很嚴重的bug。
有人會這樣進行處理：
While(kbsan() != KEY_NONE )
{
    Delay(10);
    If(Num++ > 10)
        Break;
}

即在一定得時間內，如果鍵盤一直按下，將作為有效鍵處理。這樣雖然不導致整個系統其它任務不能執行，但也很大程度上，削弱了系統的實時效能，因為他用了延時函式；

我們用兩種有效的方法來解決此問題：

1 在按鍵功能比較簡單的情況下，我們仍然用上面的kbscan()函式進行掃描，只是把其中去抖用的軟體延時去了，把去抖以及判斷按鍵的釋放用一個函式來處理，它不用軟體延時，而是用定時器的計時（用一般的計時也行）來完成；程式碼如下

void ClearKeyFlag(void)
{
    KeyDebounceFlg  = 0;
    KeyReleaseFlg   = 0;
}

void ScanKey(void)
{
        ++KeyDebounceCnt;//去抖計時（這個計時也可以放在後臺定時器計時函式中處理）
        KeyCode = kbscan();
        if (KeyCode != KEY_NONE)
        {
            if (KeyDebounceFlg)//進入去抖狀態的標誌位
            {
                if (KeyDebounceCnt > DEBOUNCE_TIME)//大於了去抖規定的時間
                {
                    if (KeyCode == KeyOldCode)//按鍵依然存在，則返回鍵值
                    {
                        KeyDebounceFlg  = 0;
                        KeyReleaseFlg   = 1;//釋放標誌
                        return;                         //Here exit with keycode
                    }
                    ClearKeyFlag();   //KeyCode != KeyOldCode，只是抖動而已
                }
            }else{
                if (KeyReleaseFlg == 0)
                {
                    KeyOldCode      = KeyCode;
                    KeyDebounceFlg  = 1;
                    KeyDebounceCnt  = 0;
                }else{
                    if (KeyCode != KeyOldCode)
                        ClearKeyFlag();
                }
            }
        }else{
            ClearKeyFlag();//沒有按鍵則清零標誌
        }
    KeyCode = KEY_NONE; 
}

在按鍵情況較複雜的情況，如有長按鍵，組合鍵，連鍵等一些複雜功能的按鍵時候，我們跟傾向於用狀態機來實現鍵盤的掃描；

//avr 微控制器 中4*3掃描狀態機實現
char read_keyboard_FUN2() 
{ 
    static char key_state = 0, key_value, key_line,key_time; 
    char key_return = No_key,i; 
    switch (key_state) 
    { 
    case 0: //最初的狀態，進行3*4的鍵盤掃描
        key_line = 0b00001000; 
        for (i=1; i<=4; i++) // 掃描鍵盤 
        { 
            PORTD = ~key_line; // 輸出行線電平 
            PORTD = ~key_line; // 必須送2次！！！（注1） 
            key_value = Key_mask & PIND; // 讀列電平 
             if (key_value == Key_mask) 
                 key_line <<= 1; // 沒有按鍵，繼續掃描 
            else 
             { 
                key_state++; // 有按鍵，停止掃描 
                 break; // 轉消抖確認狀態 
             } 
        } 
    break; 
   case 1: //此狀態來判斷按鍵是不是抖動引起的
        if (key_value == (Key_mask & PIND)) // 再次讀列電平， 
        {
            key_state++; // 轉入等待按鍵釋放狀態 
            key_time=0;
        } 
        else 
            key_state--; // 兩次列電平不同返回狀態0，（消抖處理） 
    break; 
    case 2: // 等待按鍵釋放狀態 
        PORTD = 0b00000111; // 行線全部輸出低電平 
        PORTD = 0b00000111; // 重複送一次 
        if ( (Key_mask & PIND) == Key_mask) 
        {
            key_state=0; // 列線全部為高電平返回狀態0 
            key_return=  (key_line | key_value);//獲得了鍵值
        }
        else if(++key_time>=100)//如果長時間沒有釋放
        {
                key_time=0;
                key_state=3;//進入連鍵狀態
                key_return= (key_line | key_value);
         }    
    break; 
    case 3://對於連鍵，每隔50ms就得到一次鍵值，windows xp 系統就是這樣做的
        PORTD = 0b00000111; // 行線全部輸出低電平 
        PORTD = 0b00000111; // 重複送一次 
        if ( (Key_mask & PIND) == Key_mask) 
            key_state=0; // 列線全部為高電平返回狀態0 
        else if(++key_time>=5)     //每隔50MS為一次連擊的按鍵
        {
                key_time=0;
                key_return= (key_line | key_value);
          }    
    break; 
    }
    return key_return; 
}

以上用了4個狀態，一般的鍵盤掃描只用前面3個狀態就可以了，後面一個狀態是為增加“連鍵”功能設計的。連鍵——即如果按下某個鍵不放，則迅速的多次響應該鍵值，直到其釋放。在主迴圈中每隔10ms讓該鍵盤掃描函式執行一次即可；我們定其時限為10ms,當然要求並不嚴格。

2          數碼管的顯示

一般情況下我們用的八位一體的數碼管，採用動態掃描的方法來完成顯示；非常慶幸人眼在高於50hz以上的閃爍時發現不了的。所以我們在動態掃描數碼管的間隔時間是充裕的。這裡我們定其時限為4ms(250HZ) ，用定時器定時為2ms,在定時中斷程式中進行掃描的顯示，每次只顯示其中的一位；當然時限也可以弄長一些，更推薦的方法是把顯示函式放入主迴圈中，而定時中斷中置位相應的標誌位即可；

// Timer 0 比較匹配中斷服務,4ms定時 
interrupt [TIM0_COMP] void timer0_comp_isr(void) 
{ 
    display(); // 呼叫LED掃描顯示 
   ……………………
}
void display(void) // 8位LED數碼管動態掃描函式 
{ 
PORTC = 0xff; // 這裡把段選都關閉是很必要的，否則數碼管會產生拖影
PORTA = led_7[dis_buff[posit]]; 
PORTC = position[posit]; 
if (++posit >=8 ) 
    posit = 0; 
}

至於組成幀，以及檢查幀的工作我們在主迴圈中解決，並且每次迴圈中我們只處理一個數據，每個位元組資料的處理間隔的彈性比較大，因為我們已經快取在了佇列裡面。

/*==========================================
功能：串列埠傳送接收的時間事件
說明：放在大迴圈中每10ms一次
輸出：none
輸入：none
==========================================*/
void UARTimeEvent(void)
{
    if (TxTimer != 0)//傳送需要等待的時間遞減
        --TxTimer;
    if (++RxTimer > RX_FRAME_RESET)  //
        RxCnt = 0;  //如果接受超時（即不完整的幀或者接收一幀完成），把接收的不完整幀覆蓋
}
/*==========================================
功能：串列埠接收中斷
說明：接收一個數據，存入快取
輸出：none
輸入：none
==========================================*/
interrupt [USART_RXC] void uart_rx_isr(void)
{
    INT8U status,data;
    status  = UCSRA;
    data    = UDR;
    if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0){
        RxBuf[RxBufWrIdx]   = data;
        if (++RxBufWrIdx == RX_BUFFER_SIZE) //接收資料於緩衝中
            RxBufWrIdx  = 0；  
        if (++RxBufCnt == RX_BUFFER_SIZE){
            RxBufCnt    = 0;
            //RxBufferOvf=1;
        }
    }
}

/*==========================================
功能：串列埠接收資料幀
說明：當非0輸出時，收到一幀資料
      放在大迴圈中執行
輸出：==0:沒有資料幀
      !=0:資料幀命令字
輸入：none
==========================================*/
INT8U ChkRxFrame(void)
{
    INT8U   dat;
    INT8U   cnt;
    INT8U   sum;
    INT8U   ret;
    ret =   RX_NULL;
    if (RxBufCnt != 0){
        RxTimer = 0; //清接收計數時間，UARTimeEvent()中對於接收超時做了放棄整幀資料的處理
        //Display();
        cnt = RxCnt;
        dat = RxBuf[RxBufRdIdx];            // Get Char
        if (++RxBufRdIdx == RX_BUFFER_SIZE) 
            RxBufRdIdx = 0;
        Cli();
        --RxBufCnt;
        Sei();
        FrameBuf[cnt++] = dat;
        if (cnt >= FRAME_LEN)// 組成一幀
        {
            sum = 0;
            for (cnt = 0;cnt < (FRAME_LEN - 1);cnt++)
                sum+= FrameBuf[cnt];
            if (sum == dat)
                ret = FrameBuf[0];
            cnt = 0;
        }
        RxCnt = cnt;
    }
    return ret;
}

以上的程式碼ChkRxFrame()可以放於串列埠接收資料處理函式RxProcess() 中，然後放入主迴圈中執行即可。以上用一個計時變數RxTimer，很微妙的解決了接收幀超時的放棄幀處理，它沒有用任何等待，而且主迴圈中每次只是接收一個位元組資料，時間很短。

我們開始架構整個系統的框架：
我們選用一個系統不常用的TIMER來產生系統所需的系統基準節拍，這裡我們選用4ms；

在meg8中我們程式碼如下：

// Timer 0 overflow interrupt service routine
interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
{
    // Reinitialize Timer 0 value
    TCNT0=0x83;
    // Place your code here
    if ((++Time1ms & 0x03) == 0)
        TimeIntFlg = 1;
}

比如每個4ms我們就進行喂狗以及數碼管動態掃描顯示，每隔1s我們就呼叫led閃爍程式，每隔20ms我們進行鍵盤掃描程式；

void TimeEvent (void)
{
    if (TimeIntFlg){
        TimeIntFlg = 0;
        ClearWatchDog();
        display(); // 在4ms事件中，呼叫LED掃描顯示，以及喂狗
        if (++Time4ms > 5){
            Time4ms = 0;
            TimeEvent20ms()；//在20ms事件中，我們處理鍵盤掃描read_keyboard_FUN2() 

            if (++Time100ms > 10){
                Time100ms = 0;
                TimeEvent1Hz();// 在1s事件中，我們使工作指示燈閃爍
            }       
        }
        UARTimeEvent();//串列埠的資料接收事件，在4ms事件中處理
   }
}

我們設計了這樣的延時函式：

void RunTime250Hz (INT8U delay)//此延時函式的單位為4ms(系統基準節拍)
{
    while (delay){
        if (TimeIntFlg){
            --delay;
            TimeEvent();
        }
        TxProcess();
        RxProcess();  
    }
}

我們需要延時的時間=delay*系統記住節拍4ms,此函式就確保了在延時的同時，我們其它事件（鍵盤掃描，led顯示等）也並沒有被耽誤；

好了這樣我們的主函式main()將很簡短：

Void main (voie)
{
    Init_all();
    while (1)
   { 
         TimeEvent(); //對於迴圈事件的處理
         RxProcess();  //串列埠對接收的資料處理
         TxProcess();// 串列埠傳送資料處理

    }
}