【33】单片机编程核心技巧：Switch驱动跑马灯速度控制

【33】单片机编程核心技巧：Switch驱动跑马灯速度控制

七律 · 速度

分支控速显神通，按键轻触改时钟。
计数器值随心变，LED流自从容。
状态迁移分快慢，标志联动定西东。
单片机中真王者，一招一式定乾坤。

摘要

本文以STC8H单片机为例，通过Switch语句结合按键输入实现跑马灯速度的动态调节。系统阐述按键扫描、计数器阈值管理及代码实现，重点解析Switch如何通过状态变量与速度标志位联动，实现LED流动速度的精准控制。实验验证表明，该方法可实时响应按键输入，实现速度的增减调节，展现了Switch语句在动态参数控制中的核心作用。

引言

Switch语句是单片机程序的核心控制结构，尤其适用于动态参数调节场景：

1. 多状态管理：通过按键输入修改速度标志位，动态调整LED流动速度。
2. 计数器联动：结合定时中断与计数器阈值，实现速度的量化控制。
3. 代码清晰：通过Switch分支独立管理不同速度状态，提升可读性。

本文以单路8LED跑马灯为例，通过Switch语句驱动状态迁移，并结合按键输入实现速度调节，为开发者提供动态参数控制的标准化范式。

1. Switch语句与速度控制的核心逻辑

1.1 状态变量与速度标志位

• 状态变量：run_step（0~7），记录当前LED流动位置。
• 速度标志位：speed_level，控制计数器阈值（如LED_ON_TIME），决定LED点亮时长。

1.2 按键输入与速度调节

• 按键1：降低速度（增大LED_ON_TIME）。
• 按键2：提高速度（减小LED_ON_TIME）。
• 去抖处理：通过延时计数器消除按键机械抖动。

2. 硬件与软件配置

2.1 硬件连接

• LED组：
  • 阳极通过 510Ω 电阻连接至 P1.0~P1.7 引脚。
  • 阴极接地。
• 按键输入：
  • 按键1接 P3.0，按键2接 P3.1，均配置为输入模式并接上拉电阻。

2.2 软件框架设计

2.2.1 状态机设计

• 状态迁移：通过run_step控制LED流动位置。
• 速度控制：通过修改LED_ON_TIME阈值调整流动速度。

2.2.2 按键扫描机制

• 去抖逻辑：按键按下后通过延时计数器（debounce_cnt）消除抖动。
• 单次触发：按键按下后仅触发一次速度调节，避免重复响应。

3. 代码实现与解析

3.1 完整代码

#include <stc8.h>  

// LED引脚定义  
#define LED_PORT   P1  
#define LED_PINS   8  

// 按键引脚定义  
#define KEY1_PORT  P3  
#define KEY1_PIN   0  
#define KEY2_PORT  P3  
#define KEY2_PIN   1  

// 定义LED亮灯时间（单位：中断次数）  
unsigned long LED_ON_TIME = 500; // 初始值：0.5秒  

// 状态变量与标志位  
unsigned char run_step = 0;  

// 按键去抖参数  
unsigned char debounce_cnt1 = 0;  
unsigned char debounce_cnt2 = 0;  
unsigned char key_pressed1 = 0;  
unsigned char key_pressed2 = 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;  

    // 按键1扫描（降低速度）  
    if (!KEY1_PORT & (1 << KEY1_PIN)) {  
        debounce_cnt1++;  
        if (debounce_cnt1 > 20 && !key_pressed1) {  
            LED_ON_TIME += 100; // 每次增加100ms  
            if (LED_ON_TIME > 2000) LED_ON_TIME = 2000; // 上限2秒  
            key_pressed1 = 1;  
        }  
    } else {  
        debounce_cnt1 = 0;  
        key_pressed1 = 0;  
    }  

    // 按键2扫描（提高速度）  
    if (!KEY2_PORT & (1 << KEY2_PIN)) {  
        debounce_cnt2++;  
        if (debounce_cnt2 > 20 && !key_pressed2) {  
            LED_ON_TIME -= 100; // 每次减少100ms  
            if (LED_ON_TIME < 100) LED_ON_TIME = 100; // 下限0.1秒  
            key_pressed2 = 1;  
        }  
    } else {  
        debounce_cnt2 = 0;  
        key_pressed2 = 0;  
    }  

    // 更新计数器  
    static unsigned long cnt = 0;  
    cnt++;  
}  

void main() {  
    // 初始化IO口  
    P1M0 = 0xFF; P1M1 = 0x00;  // P1为推挽输出  
    P3M0 &= ~((1 << KEY1_PIN) | (1 << KEY2_PIN)); // P3.0/1为输入模式  
    P3M1 &= ~((1 << KEY1_PIN) | (1 << KEY2_PIN));  

    // 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）  
    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  
    LED_PORT = 0xFF;  

    while(1) {  
        switch(run_step) {  
            case 0:  
                if(cnt > LED_ON_TIME) {  
                    cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x01; // 点亮LED1（P1.0）  
                    run_step = 1;  
                }  
                break;  
            case 1:  
                if(cnt > LED_ON_TIME) {  
                    cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x02; // 点亮LED2（P1.1）  
                    run_step = 2;  
                }  
                break;  
            // 类似实现case 2~6  
            case 7:  
                if(cnt > LED_ON_TIME) {  
                    cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x80; // 点亮LED8（P1.7）  
                    run_step = 0;  
                }  
                break;  
        }  
    }  
}  

3.2 关键代码解析

3.2.1 按键扫描与速度调节

// 按键1（降低速度）  
if (!KEY1_PORT & (1 << KEY1_PIN)) {  
    debounce_cnt1++;  
    if (debounce_cnt1 > 20 && !key_pressed1) {  
        LED_ON_TIME += 100; // 每次增加100ms  
        key_pressed1 = 1;  
    }  
} else {  
    debounce_cnt1 = 0;  
    key_pressed1 = 0;  
}  

• 去抖逻辑：通过debounce_cnt1计数器消除按键抖动（约20ms）。
• 速度调节：按键按下后，LED_ON_TIME增加100（对应0.1秒），上限为2秒。

3.2.2 Switch状态迁移

switch(run_step) {  
    case 0:  
        if(cnt > LED_ON_TIME) {  
            LED_PORT = 0x01; // 点亮LED1  
            run_step = 1;  
        }  
        break;  
    // 其他case类似  
}  

• 动态阈值：LED_ON_TIME的值由按键输入动态调整，控制LED切换速度。

4. 实验验证

4.1 硬件连接示意图

+-------------------+  
| STC8H单片机       |  
| P1.0-P1.7 → LED阳极 |  
| P3.0 → 按键1（降速）|  
| P3.1 → 按键2（增速）|  
+-------------------+  

4.2 预期结果

• 初始状态：LED以0.5秒/灯的速度正向流动。
• 按下按键1：速度降低（如1秒/灯）。
• 按下按键2：速度提高（如0.2秒/灯）。
• 重复按键：速度在0.1~2秒范围内可调。

5. 扩展应用

Switch语句的“战斗机”特性可扩展至复杂场景：

1. 多级速度控制：通过按键组合实现预设速度（如慢/中/快三档）。
2. 渐变速度模式：结合ADC输入实现速度的平滑调节。
3. 组合控制：与方向控制结合，实现速度与方向的独立调节。

6. 结论

Switch语句通过状态变量与速度标志位的联动，实现了LED流动速度的动态控制。本文通过按键调节速度的案例，验证了其在参数调节中的高效性与灵活性，为开发者提供了动态参数控制的标准化设计思路。

附录：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。
     OD |= 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）。
3. 中断使能：
   • ET1 = 1：使能定时器1中断。
   • EA = 1：全局中断使能。