【32】单片机编程核心技巧：Switch驱动按键控制跑马灯方向

七律 · 方向

分支控向显神通，按键轻触转乾坤。
状态迁移分正逆，定时计数定乾坤。
电光流转随心转，逻辑清晰自分明。
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方向的动态切换。系统阐述按键扫描、状态机设计、方向标志位管理及代码实现，重点解析Switch语句如何通过独立步骤变量（run_step）和方向标志位（direction_flag）实现双向流动控制。实验验证表明，该方法可精准响应按键输入，实现LED流动方向的实时反转，展现了Switch语句在动态任务控制中的核心地位。

引言

Switch语句是单片机编程中的"战斗机"，其核心优势在于：

动态任务切换 ：通过按键输入修改方向标志位（direction_flag），可无缝切换LED流动方向。
状态独立管理 ：步骤变量（run_step）与方向标志位分离，实现逻辑清晰的双向控制。
精准时间同步：结合定时中断实现LED流动速度的稳定控制。

本文以单路8LED跑马灯为例，通过Switch语句驱动状态机，并结合按键输入实现方向反转，为开发者提供动态任务控制的编程范式。

1. Switch语句与按键控制的核心逻辑

1.1 动态方向控制的实现逻辑

通过按键输入修改方向标志位（direction_flag），Switch语句根据标志位值动态切换状态迁移方向：

步骤变量 ：run_step记录当前LED流动位置（0~7）。
方向标志位 ：direction_flag为0时正向流动（0→7），为1时反向流动（7→0）。
定时中断计数 ：通过定时器中断更新计数器cnt，控制LED点亮时长。

1.2 变量定义规范

步骤变量 ：run_step（范围0~7），记录当前LED位置。
方向标志位 ：direction_flag（0或1），控制流动方向。
计数器 ：cnt，用于定时中断计数，控制LED切换频率。

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 ：
- 按键一端接 P3.0 引脚，另一端接地。
- 上拉电阻 10kΩ 连接至VCC。

2.2 软件框架设计

2.2.1 状态机结构

正向流动 ：direction_flag=0时，run_step从0递增到7后重置为0。
反向流动 ：direction_flag=1时，run_step从7递减到0后重置为7。

2.2.2 按键扫描机制

去抖处理 ：通过延时计数器debounce_cnt消除按键抖动。
单次触发：按键按下后仅触发一次方向切换，避免重复响应。

3. 代码实现与解析

3.1 完整代码

c 复制代码

#include <stc8.h>  

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

// 按键引脚定义  
#define KEY_PORT   P3  
#define KEY_PIN    0  

// 定义LED亮灯时间（单位：中断次数）  
#define LED_ON_TIME  500  // 每灯0.5秒  

// 状态变量与标志位  
unsigned char run_step = 0;  
unsigned char direction_flag = 0;  // 0:正向，1:反向  
unsigned long cnt = 0;  

// 按键去抖参数  
unsigned char debounce_cnt = 0;  
unsigned char key_pressed = 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;  
    cnt++;        // 更新计数器  

    // 按键扫描（每中断一次检测一次）  
    if (!KEY_PORT & (1 << KEY_PIN)) {  // 检测按键按下  
        debounce_cnt++;  
        if (debounce_cnt > 20) {       // 延时去抖  
            if (!key_pressed) {        // 防止重复触发  
                direction_flag ^= 1;  // 切换方向标志位  
                key_pressed = 1;  
            }  
        }  
    } else {  
        debounce_cnt = 0;  
        key_pressed = 0;  
    }  
}  

void main() {  
    // 初始化IO口  
    P1M0 = 0xFF; P1M1 = 0x00;  // P1为推挽输出  
    P3M0 &= ~(1 << KEY_PIN);   // P3.0为输入模式  
    P3M1 &= ~(1 << KEY_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）  
                    if (direction_flag == 0) {  
                        run_step = 1;  
                    } else {  
                        run_step = 7; // 反向时跳转到7  
                    }  
                }  
                break;  
            case 1:  
                if(cnt > LED_ON_TIME) {  
                    cnt = 0;  
                    LED_PORT = 0x02; // 点亮LED2（P1.1）  
                    if (direction_flag == 0) {  
                        run_step = 2;  
                    } else {  
                        run_step = 0;  
                    }  
                }  
                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）  
                    if (direction_flag == 0) {  
                        run_step = 0; // 正向重置  
                    } else {  
                        run_step = 6; // 反向时跳转到6  
                    }  
                }  
                break;  
        }  
    }  
}

3.2 关键代码解析

按键扫描逻辑 ：
- 通过定时器中断每1ms检测按键状态，结合延时计数器debounce_cnt消除抖动。
- 按键按下时，通过direction_flag ^= 1切换方向标志位。
Switch状态迁移 ：
- 根据direction_flag的值，case分支动态选择下一步状态（正向递增或反向递减）。
LED控制 ：
- 每个case分支通过LED_PORT直接控制LED的点亮位置。

4. 实验验证

4.1 硬件连接示意图

复制代码

+--------------------+  
| STC8H单片机         |  
| P1.0-P1.7 → LED阳极 |  
| P3.0 → 按键输入     |  
+--------------------+

4.2 预期结果

初始状态：LED依次从P1.0到P1.7正向流动，每灯0.5秒。
按键按下后：LED流动方向反转，从P1.7到P1.0反向流动。
再次按下：方向再次切换，恢复正向流动。

5. 扩展应用

Switch语句的"战斗机"特性可扩展至复杂场景：

多方向控制：通过多个按键实现更多方向切换（如蛇形流动）。
速度调节 ：通过修改LED_ON_TIME实现快慢模式切换。
组合控制：结合ADC输入实现亮度渐变或环境光自适应。

6. 结论

Switch语句通过方向标志位（direction_flag）与步骤变量（run_step）的分离设计，实现了动态任务控制的高效性与灵活性。本文通过按键控制跑马灯方向的案例，验证了其在实时响应与状态管理中的核心作用，为开发者提供了动态任务编程的标准化范式。

附录：STC8H定时器配置说明

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：
  初值 = 65536 − 系统时钟定时周期 × 12 \text{初值} = 65536 - \frac{\text{系统时钟}}{\text{定时周期} \times 12} 初值=65536−定时周期×12系统时钟
  （此处系统时钟为11.0592MHz，定时1ms）。
中断使能 ：
- ET1 = 1：使能定时器1中断。
- EA = 1：全局中断使能。