在本章节，将讲解两个对于这套教程非常重要的知识点，一是模块化编程，二是 LCD 调试工具。
目录
一、模块化编程
模块化编程是一种分类管理的思想，把不同模块功能的实现代码放在不同文件里，再集中组织起来，可提高代码的可阅读性、可维护性和可移植性。LCD 调试工具基于模块化编程，既是模块化的实例，又为调试代码提供极大方便，它提供类似 C 语言中 printf 函数的功能，在调试时若没有界面反馈内部数字状态和计算结果，调试将如同盲人过河。教程中已写好 LCD1602 液晶屏的代码，目的是在刚开始写程序时方便调试，其原理和驱动方式将在后续课程讲解，目前只需会用程序即可。
下面详细介绍模块化编程。首先对比传统编程方式和模块化编程的区别。传统编程把所有函数都放在 main.c 文件里，若使用的模块较多，一个文件内会有大量代码，不利于代码的组织和管理，还影响编程者思路。以之前写的动态数码管显示代码为例，其中的 Delay 函数和数码管显示部分都是模块，写好后几乎不需要更改，而真正需要设计者构思的是主函数里如何显示和控制的部分，这些驱动代码放在一起会显得碍眼，因此需要模块化编程，将各个模块独立出来放在不同的.c 文件里。
模块化编程的做法是把各个模块的代码放在不同的.c 文件中，在工程中添加新的.c 文件，将不需要更改的代码放进去。同时还有.h 文件，即头文件，头文件里提供外部可调用函数的声明，其他.c 文件想使用其中代码时，只需 #include "xxx.h" 即可。使用模块化编程可极大提高代码的可阅读性、可维护性和可移植性。例如，之前把各个驱动代码都放在 main.c 里，若要在其他程序中使用这些代码，复制时比较麻烦，且可能会夹杂其他代码，可移植性较差；而将其单独抽取出来放在.c 文件里，移植时只需复制粘贴.c 文件和对应的.h 文件，通过调用.h 文件里提供的模块接口，就能灵活运用该模块。
以 Delay 函数为例，若要将其模块化，需新建一个 Delay.c 文件并加到工程里，把 Delay 函数的主体和定义挪到 Delay.c 中，同时附带一个 Delay.h 文件。在 Delay.h 里，放的是 Delay.c 文件中需要被外部调用的接口，如 Delay 函数，只需将其函数定义的第一行复制粘贴过来并加上分号，前后再加上 #ifdef、#define、#endif 等预编译代码，以防止重复包含。在主函数里，不需要再定义 Delay 函数，只需 #include "Delay.h"，就可直接调用里面的函数。
模块化编程有一些注意事项。.c 文件存放函数和变量的定义，.h 文件只放可被外部调用的函数和变量的声明，相当于一种协议。任何自定义的变量和函数，在使用前必须有定义或者声明，若在同一个.c 文件里使用的变量和函数未在使用前定义或声明，编译器可能会报错。若只有声明没有定义，虽然编译器不一定报错，但实际上存在问题，所以在整个工程里一定要有定义。使用到的自定义函数的.c 文件必须添加到工程参与编译，使用到的.h 文件必须放在编译器可寻找的地方
可自定义.h的位置如下，建议将.h 文件和 main.c 放在同一个文件夹里，方便编译器找到。
接着介绍 C 语言的预编译。预编译以井号开头，在真正的编译开始之前对代码做一些处理。例如 #include，它会把所包含文件的内容复制到当前位置，就像手动复制粘贴一样。而 #ifdef、#define、#endif 等预编译代码常用于模块化的头文件中，可防止重复定义。#define 可用于定义变量和进行名字替换，如 #define PI 3.14，预编译时会将代码里的 PI 全部替换为 3.14。
#ifdef 和 #endif 可对程序的某些部分是否编译进行选择，若定义了某个变量，相关代码才参与编译，否则不参与编译，这样可实现代码的可选化和精简，避免不需要编译的代码占据空间。
在定义头文件时，一般都会写上这些预编译代码，以防止重复包含。
下面通过实例将之前的代码模块化，本视频将对 Delay 函数和数码管显示进行模块化。像 LCD 比较容易模块化，而 LED 和按键模块化相对麻烦。
在模块化过程中，会遇到编码方式的问题。由于软件是外国的，对中文汉字兼容性不太好，若写注释打中文可能会出现乱码，删除时会出现删除一半字的情况。解决方法有多种，可在配置里选择编码方式，如 GB2312（简体中文），但选择后字体可能会自动改变，且修改字体可能会导致默认字体消失，不太建议修改。也可使用 UTF - 8 编码，它支持世界上所有语言，但使用 UTF - 8 编码后，若再用其他编码打开可能会出现乱码，不过英文不会出现乱码问题，建议使用 UTF - 8 编码。
正式开始模块化操作，新建一个工程，在新建的文件夹 "5 - 1 模块化编程" 里创建工程，选择 AT89C52 芯片，新建 main.c 文件，搭建基本程序框架，勾选 HEX 选项并编译，此时无错误。
最终要实现的效果是在 main.c 里 #include "Delay.h"，就可直接使用 Delay 函数，而无需再定义函数体。
模块化 Delay 函数的步骤如下：
添加新的文件，命名为 Delay.c
将之前代码里的 Delay 函数体复制到 delay.c 中。
因为要 #include "Delay.h"，所以还需新建一个 Delay.h 头文件，名字一般和对应的.c 文件相同。
将 Delay.h 添加到工程里
在Delay.h 里添加预编译代码，对 Delay 函数进行声明，声明是将函数定义的第一行复制过来并加上分号。
编译测试，无错误后，在main.c编写 LED 闪烁代码，编译并下载到单片机，可看到 LED 以 500 毫秒为周期闪烁，对比代码可发现 main.c 简洁了很多。
接着对数码管进行模块化，新建一个名为 "数码管" 的.c 文件和对应的.h 文件
将与数码管实现相关的代码复制到数码管.c 文件里。
注意在使用 P0 等自定义变量时，需在文件开头#include ，若使用 Delay 函数，同样直接 #include "Delay.h"。
编译时若出现函数未定义的警告，可忽略，因为还有剩余空间。
同时要在数码管.h 文件里对相应函数进行声明，声明时注意加上分号，否则编译可能出错
实现动态数码管显示只需三句代码，将其添加到 main.c 里。
编译无误后下载到单片机，可看到数码管显示 123，添加更多数字后再次编译下载，可看到显示 123456。对比之前的代码，现在的 main.c 代码量大幅减少，且都是实现逻辑的部分。若以后写代码需要用到数码管，只需复制数码管.c 和数码管.h 文件，#include 相关头文件并直接调用即可，但要注意数码管里用到了 Delay 函数，移植时也要移植 Delay 模块，以确保 Delay 函数有定义。
main.c
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h" //包含Delay头文件
#include "Nixie.h" //包含数码管头文件
void main()
{
while(1)
{
Nixie(1,1); //在数码管的第1位置显示1
Nixie(2,2); //在数码管的第2位置显示2
Nixie(3,3); //在数码管的第3位置显示3
Nixie(4,4); //在数码管的第4位置显示4
Nixie(5,5); //在数码管的第5位置显示5
Nixie(6,6); //在数码管的第6位置显示6
}
}
Delay.c
//延时子函数
void Delay(unsigned int xms)
{
unsigned char i, j;
while(xms--)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
}
Delay.h
#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__
void Delay(unsigned int xms);
#endif
Nixie.c
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h" //包含Delay头文件
//数码管段码表
unsigned char NixieTable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
//数码管显示子函数
void Nixie(unsigned char Location,Number)
{
switch(Location) //位码输出
{
case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;
case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;
case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;
case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;
case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;
case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;
case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;
case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;
}
P0=NixieTable[Number]; //段码输出
Delay(1); //显示一段时间
P0=0x00; //段码清0，消影
}
Nixie.h
#ifndef __NIXIE_H__
#define __NIXIE_H__
void Nixie(unsigned char Location,Number);
#endif
二、LCD1602调试工具
学好模块化编程之后，我们来看 LCD1602 调试工具。LCD 1602 使用 LCD 1602 屏幕作为调试窗口，主要用于调试。其实调试还有其他方式，如后续会学习的串口以及数码管等。最终选择 LCD 1602，是因为其调试较为方便。数码管可作为显示器件，能显示数字，但存在缺点，它需要不断扫描，一旦扫描不及时就会闪烁，且显示内容较少。串口可将数据发送到电脑上供观察，然而使用时需连接电脑并不断打开串口，同时串口也是一个需要学习的知识点。例如，做好的东西给别人演示时，连接电脑操作会显得麻烦。
使用 LCD 1602 时，将液晶屏插到开发板上，开发板上有短的排孔，把 1602 屏幕对齐插入排孔。
插入后，第一排显示全亮，第二排全灭。通过小螺丝刀调节定位器，左右拧可调节对比度，若显示太暗则调亮，若全是黑点则调暗。
需注意，使用 LCD 1602 后，数码管会显示乱码。从原理图可知，LCD 1602 连接的口是 P0 口，还占用了 P25、P26、P27 三个口，共占用 8 个口。P0 口也是数码管的接口，P2 口的这三个引脚是三个 LED 的引脚，会存在引脚冲突。所以连接液晶屏使用后，左边三个 LED 不能再用，会乱闪，数码管也因片选口被占用而不能使用。不过，LCD 1602 仅与数码管和这 3 个 LED 冲突，与其他器件引脚不冲突，因此使用它调试较为方便。
本教程提供 LCD1602 驱动代码，该代码是模块化代码，需要的可自行下载。代码中有两个文件，LCD1602.c 、LCD1602.h，使用者只需了解所提供函数的作用和使用方法，就能轻松使用 LCD1602。
其中包含LCD_Init();初始化函数，在使用 LCD1602之前必须调用一次进行初始化，一般上电后初始化一次即可。还有显示相关函数，如显示一个字符、显示字符串、显示数字、显示有符号数字、显示无符号数字、显示十六进制数字、显示二进制数字等，且各函数有相应参数。
接下来在 Keil 中新建一个工程，新建一个名为 "5 - 2" 的文件夹，用于 LCD1602 调试工具，选择 project ，at86c52，添加一个 main.c，勾上 hex。
体验 LCD 1602 模块化时，即便未学习 LCD1602 也能使用。先拿到两个文件（一个.c 和一个.h），使用 Ctrl + c 复制到工程目录，再通过 Ctrl + v 粘贴
然后右键添加已存在的文件，将这两个文件添加进来。
此时工程中就有写好的代码，每个函数的 API（接口）及参数注释都有，使用时要注意查看注释和参数范围，避免超出范围导致显示乱码。有些内部运转函数不需要调用，对外可见可调用的函数放在 LCD1602.h 中。
例如，LCD1602 初始化函数LCD_Init();需先调用，否则无法显示内容。显示字符函数 LCD_ShowChar有三个参数，分别为行、列和要显示的字符（字符需用单引号括起来）
如在一行一列显示字符 'a'，仅需在main.c里相关两行代码。
编译时可能会出现警告，提示未调用某些函数
若觉得碍眼，可点击魔术棒，在 "BL51 Misc" 中找到 "disable warming numbers"，输入警告编号（如 L16），点击 OK 可忽略警告。
下载代码后，可看到 LCD 第一个位置显示字符 'a'，同时数码管会乱闪，左边三个灯的情况属正常现象。
显示字符串函数LCD_ShowString，可右键查看其定义，在 LCD 1602 指定位置开始显示所给字符串，参数为起始位置行、起始位置列和要显示的字符串（字符串用双引号括起来）。
如在一行三列显示 "hello"，编译后可看到在指定位置显示该字符串，若超出右边边界则显示内容截止，参数超出范围可能显示乱码。
显示数字函数LCD_ShowNum 有四个参数，分别是行、列、要显示的数字和指定显示数字的长度。若指定长度小于数字实际位数，高位数字可能不显示；若指定长度大于实际位数，高位补 0。
例如在一行九列显示数字 123，指定长度为 3 位，编译下载后可看到在指定位置显示该数字。
显示有符号数字函数LCD_ShowSignedNum可显示负数
如在一行十三列显示负 66，指定长度为 2 位（不包括符号），编译后可看到显示结果。
显示十六进制数函数LCD_ShowHexNum 在调试某些东西时较为方便
如在 2 行一列显示 0 x A8，指定两位十六进制数，编译后可看到在指定位置显示相应十六进制数。
显示二进制数函数LCD_ShowBinNum
如在 2 行 4 列显示二进制数，需用十六进制表示（如 0 x AA代表 1010 1010），可用于数据验证。
例如验证 1 + 1 的结果，定义整型变量 result，让 result 等于 1 + 1，使用 LCD_ShowNum函数在一行一列显示 result，指定长度为三位，下载后可看到显示结果为 002，证明 1 + 1 = 2，可验证程序正确性。
若还想使用 Delay 模块，可将之前的 Delay 模块化代码 Ctrl + c 复制过来，Ctrl + v 粘贴到当前工程
添加已存在文件将 Delay 添加进来
然后#include "Delay.h"，即可使用 Delay。
例如验证结果每秒加一，先将结果初始化为 0，使用 Delay 函数设置延时，如 1000毫秒，同时在每次延时后让结果加一，再通过LCD_ShowNum函数将结果显示出来，观察是否每秒加一，以此验证程序功能。
有了 LCD1602 这个调试工具，可方便地显示各种数据、字符串等内容。
main.c
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h" //包含LCD1602头文件
#include "Delay.h" //包含Delay头文件
int Result=0;
void main()
{
LCD_Init();
while(1)
{
Result++; //Result自增
Delay(1000); //延时1秒
LCD_ShowNum(1,1,Result,3); //在LCD的1行1列显示Result，长度为3位
}
}
LCD1602.c
#include <REGX52.H>
//引脚配置：
sbit LCD_RS=P2^6;
sbit LCD_RW=P2^5;
sbit LCD_EN=P2^7;
#define LCD_DataPort P0
//函数定义：
/**
* @brief LCD1602延时函数，12MHz调用可延时1ms
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Delay()
{
unsigned char i, j;
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
/**
* @brief LCD1602写命令
* @param Command 要写入的命令
* @retval 无
*/
void LCD_WriteCommand(unsigned char Command)
{
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Command;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602写数据
* @param Data 要写入的数据
* @retval 无
*/
void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Data;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602设置光标位置
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column)
{
if(Line==1)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1));
}
else if(Line==2)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40));
}
}
/**
* @brief LCD1602初始化函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Init()
{
LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵
LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关
LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动
LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置上显示一个字符
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @param Char 要显示的字符
* @retval 无
*/
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char)
{
LCD_SetCursor(Line,Column);
LCD_WriteData(Char);
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param String 要显示的字符串
* @retval 无
*/
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=0;String[i]!='\0';i++)
{
LCD_WriteData(String[i]);
}
}
/**
* @brief 返回值=X的Y次方
*/
int LCD_Pow(int X,int Y)
{
unsigned char i;
int Result=1;
for(i=0;i<Y;i++)
{
Result*=X;
}
return Result;
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~65535
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以有符号十进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：-32768~32767
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
unsigned int Number1;
LCD_SetCursor(Line,Column);
if(Number>=0)
{
LCD_WriteData('+');
Number1=Number;
}
else
{
LCD_WriteData('-');
Number1=-Number;
}
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number1/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以十六进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~0xFFFF
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~4
* @retval 无
*/
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i,SingleNumber;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
SingleNumber=Number/LCD_Pow(16,i-1)%16;
if(SingleNumber<10)
{
LCD_WriteData(SingleNumber+'0');
}
else
{
LCD_WriteData(SingleNumber-10+'A');
}
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以二进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~1111 1111 1111 1111
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(2,i-1)%2+'0');
}
}
LCD1602.h
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
Delay.c
void Delay(unsigned int xms)
{
unsigned char i, j;
while(xms--)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
}
Delay.h
#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__
void Delay(unsigned int xms);
#endif