【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：
- 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。
- 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。
- 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。
- 阳极通过
- 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
c
#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
c
// 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
c
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：
- 多级速度控制：通过按键组合实现预设速度（如慢/中/快三档）。
- 渐变速度模式：结合ADC输入实现速度的平滑调节。
- 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
- 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。
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：
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。