【31】单片机编程核心技巧：Switch驱动多任务跑马灯

【31】单片机编程核心技巧：Switch驱动多任务跑马灯

七律 · 双驱

Switch双驱控双灯，状态分治显神通。
步骤变量定乾坤，定时中断显锋芒。
电光石火随心转，程序逻辑自分明。
单片机中真王者，一招一式定乾坤。

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摘要

本文以STC8H单片机为例，通过Switch语句实现两路独立的跑马灯控制，系统阐述其多任务并行机制、步骤变量管理及代码实现。Switch语句通过独立的步骤变量（run_step1和run_step2）分别控制两路LED的流动状态，结合定时中断实现精准的时间同步，展现了其作为“编程战斗机”的高效性与扩展性。

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引言

Switch语句是单片机编程中的“战斗机”，通过独立步骤变量（如run_step1和run_step2）可将多任务分解为多个可管理的状态。本文以两路跑马灯为例，通过Switch语句驱动双状态机，并结合定时中断实现精准的时间控制，为开发者提供多任务并行的编程范式。

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1. Switch语句的核心地位

1.1 多任务并行的实现逻辑

两路跑马灯需独立控制，Switch语句通过以下方式实现：

1. 独立步骤变量：run_step1和run_step2分别控制两路LED的流动状态。
2. 定时中断计数：通过定时器中断更新两个独立计数器cnt1和cnt2，实现精准时间控制。
3. 状态迁移：每个case分支通过条件判断切换状态，形成独立循环。

1.2 步骤变量的定义规范

• 命名规则：统一后缀为_step（如run_step1和run_step2），明确其作为程序控制核心的角色。
• 作用：通过修改步骤变量的值，可无缝切换对应LED的流动位置，实现逻辑独立。

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2. 状态机设计与Switch实现

2.1 硬件配置

• LED1组：
  • 阳极通过 510Ω 电阻连接至 P1.0~P1.7 引脚。
• LED2组：
  • 阳极通过 510Ω 电阻连接至 P2.0~P2.7 引脚。

2.2 状态机结构

2.2.1 LED1组状态机

• **状态0_{7**：分别对应LED1}LED8的点亮。
• 流动方向：从LED1到LED8依次点亮。

2.2.2 LED2组状态机

• **状态0_{7**：分别对应LED8}LED1的反向点亮。
• 流动方向：从LED8到LED1依次点亮。

2.3 代码实现

#include   

// 定义LED1组引脚（P1.0~P1.7）  
#define LED1_PORT   P1  
#define LED1_PINS   8  

// 定义LED2组引脚（P2.0~P2.7）  
#define LED2_PORT   P2  
#define LED2_PINS   8  

// 定义LED亮灯时间（单位：中断次数）  
#define LED1_ON_TIME   1000  // LED1组每灯1秒  
#define LED2_ON_TIME   2000  // LED2组每灯2秒  

// 步骤变量与计数器  
unsigned char run_step1 = 0, run_step2 = 0;  
unsigned long cnt1 = 0, cnt2 = 0;  

// 定时器1中断服务函数  
void timer1_isr() interrupt 3 {  
    TH1 = 0xFC;  // 重装定时器初值（1ms中断周期）  
    TL1 = 0x00;  
    cnt1++;       // 更新LED1组计数器  
    cnt2++;       // 更新LED2组计数器  
}  

void main() {  
    // 初始化IO口  
    P1M0 = 0xFF; P1M1 = 0x00;  // P1为推挽输出  
    P2M0 = 0xFF; P2M1 = 0x00;  // P2为推挽输出  

    // 定时器1配置（1ms中断周期）  
    TMOD |= 0x01;          // 设置定时器1为模式1（16位）  
    TH1 = 0xFC;            // 初值计算：系统时钟11.0592MHz，定时1ms  
    TL1 = 0x00;  
    ET1 = 1;               // 使能定时器1中断  
    EA = 1;                // 全局中断使能  
    TR1 = 1;               // 启动定时器  

    // 初始状态：所有LED灭  
    LED1_PORT = 0x00;  
    LED2_PORT = 0xFF;      // LED2组初始状态为反向流动起点  

    while(1) {  
        // Switch语句驱动LED1组状态机  
        switch(run_step1) {  
            case 0: // LED1亮  
                if(cnt1 > LED1_ON_TIME) {  
                    cnt1 = 0;  
                    LED1_PORT = 0x01; // 只点亮LED1（P1.0）  
                    run_step1 = 1;  
                }  
                break;  
            // 其他状态（1~7）类似，依次点亮LED2~LED8  
            // ...（代码省略，逻辑与前文类似）  
            case 7: // LED8亮  
                if(cnt1 > LED1_ON_TIME) {  
                    cnt1 = 0;  
                    LED1_PORT = 0x80; // 只点亮LED8（P1.7）  
                    run_step1 = 0;  
                }  
                break;  
        }  

        // Switch语句驱动LED2组状态机  
        switch(run_step2) {  
            case 0: // LED8亮  
                if(cnt2 > LED2_ON_TIME) {  
                    cnt2 = 0;  
                    LED2_PORT = 0x80; // 只点亮LED8（P2.7）  
                    run_step2 = 1;  
                }  
                break;  
            // 其他状态（1~7）类似，依次点亮LED7~LED1  
            // ...（代码省略，逻辑与前文类似）  
            case 7: // LED1亮  
                if(cnt2 > LED2_ON_TIME) {  
                    cnt2 = 0;  
                    LED2_PORT = 0x01; // 只点亮LED1（P2.0）  
                    run_step2 = 0;  
                }  
                break;  
        }  
    }  
}  

2.4 关键代码解析

• 步骤变量控制：
  • run_step1控制LED1组的流动方向（正向）。
  • run_step2控制LED2组的流动方向（反向）。
• 定时中断计数：通过定时器1中断每1ms触发一次，更新两个独立计数器cnt1和cnt2。
• 状态迁移逻辑：每个case分支通过条件判断切换状态，形成独立循环。

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3. 实验验证

3.1 硬件连接

• LED1组：
  • 阳极通过 510Ω 电阻连接至 P1.0~P1.7 引脚。
  • 阴极接地。
• LED2组：
  • 阳极通过 510Ω 电阻连接至 P2.0~P2.7 引脚。
  • 阴极接地。

3.2 预期结果

• LED1组：
  • LED依次从 P1.0 到 P1.7 逐个点亮，每个LED亮1秒。
• LED2组：
  • LED依次从 P2.7 到 P2.0 反向流动，每个LED亮2秒。

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4. 扩展应用

Switch语句的“战斗机”特性可扩展至复杂场景：

1. 多任务同步：通过修改计数器阈值实现不同速度的流动效果。
2. 动态模式切换：通过按键输入动态改变流动方向或速度。
3. 组合控制：结合传感器输入（如光敏电阻）实现环境自适应流动模式。

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5. 结论

Switch语句通过独立的步骤变量（run_step1和run_step2），将多任务分解为有序状态，结合定时中断实现精准时间控制，是单片机程序的灵魂与支点。本文通过双跑马灯案例验证了其高效性与可扩展性，开发者可基于此范式快速构建多任务并行程序，实现“以Switch为支点，撬动程序设计”的目标。

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附录：STC8H定时器配置说明

1. 定时器1配置：
   • TMOD |= 0x01：设置定时器1为模式1（16位定时）。
   • TH1 = 0xFC; TL1 = 0x00：初值计算公式：
     $$\text{初值}=65536-\frac{\text{系统时钟}}{\text{定时周期}\times 12}$$
     （此处系统时钟为11.0592MHz，定时1ms）。
2. 中断使能：
   • ET1 = 1：使能定时器1中断。
   • EA = 1：全局中断使能。