AVR单片机教程——流水灯

本文隶属于AVR单片机教程系列。

上次我们用 delay 函数与 while 循环实现了一个LED的闪烁。这一次我们把所有LED加入进来，让它们依次闪烁，形成流水灯的效果。

开发板上有4个LED，我们可以用不多的语句把循环体直接描述出来（看看就行，不用敲）：

 led_set(LED_RED   , LED_ON);
 delay();
 led_set(LED_RED   , LED_OFF);
 led_set(LED_YELLOW, LED_ON);
 delay();
 led_set(LED_YELLOW, LED_OFF);
 led_set(LED_GREEN , LED_ON);
 delay();
 led_set(LED_GREEN , LED_OFF);
 led_set(LED_BLUE  , LED_ON);
 delay();
 led_set(LED_BLUE  , LED_OFF);

但是如果LED多了怎么办？这样写一点都不优雅。一个更合理的方法是，用数组把LED存储起来，在无限循环中套循环，对LED进行遍历。代码如下：

 #include <ee1/led.h>
 #include <ee1/delay.h>
 
 int main()
 {
     led_init();
     const uint8_t leds[LED_COUNT] = {LED_RED, LED_YELLOW, LED_GREEN, LED_BLUE};
     while ()
     {
         for (uint8_t i = ; i < LED_COUNT; i++)
         {
             led_set(leds[i], LED_ON);
             delay();
             led_set(leds[i], LED_OFF);
         }
     }
 }

在代码中，uint8_t 是一种无符号8位整数类型，定义在 <stdint.h> 中。相应地有 int8_t 表示带符号8位整数，以及 int16_t 、uint16_t 等，一直到64位。avr-gcc还提供了24位整型作为编译器扩展：__int24、 __uint24 ，但它们毕竟是编译器扩展，尽量别用；同时如果你的单片机程序中有16位整数搞不定的东西，那就应该考虑简化一下了。

我们用的单片机是8位机，指令只能处理8位整数，如果是16位，则需要多条指令进行组合。而C语言内置类型 int 在这个环境中是16位的。因此，为了节省空间、提升性能，当一个数可以用8位表示时，应该使用 int8_t 或 uint8_t 代替 int 。

讲了这么多，为什么LED可以用 uint8_t 表示呢？把光标移动到任一表示LED的宏上，右键，点击Goto Implementation，或按下快捷键Alt+G，你就能看到头文件中对这些宏的定义：

 #define LED_RED    (uint8_t)(0)
 #define LED_YELLOW (uint8_t)(1)
 #define LED_GREEN  (uint8_t)(2)
 #define LED_BLUE   (uint8_t)(3)

同时，led_set 等函数都接受 uint8_t 类型的参数表示LED：

 void led_set(uint8_t _which, bool _on);
 void led_flip(uint8_t _which);

这些都能说明为什么用 uint8_t 就能保存一个表示LED的宏。至于我为什么选择用 uint8_t ，当然是因为刚才说过的性能因素。

顺便，我们可以发现表示LED状态的宏本质上就是 true 和 false ，表示LED的宏就是简单的0、1、2、3，因此程序中可以不用数组来存储LED，也不再需要任何宏，并且 true 和 false 也很容易对应到灯的亮和暗上：

 #include <ee1/ee.h>
 
 int main(void)
 {
     led_init();
     uint8_t i = ;
     while ()
     {
         led_set(i % , true);
         delay();
         led_set(i % , false);
         i++;
     }
 }

第一行包含了头文件 ee.h ，相当于包含了库中所有的头文件。

这样的程序是不是更好看一些？实际上 LED_RED 等宏的作用都只有让程序变得直观，如果直接用数字表示更方便，也完全没有问题。

这里还用到一个小技巧来消除内层循环：在循环外设一个变量，每次循环让它加1，传入的参数由它本身改为它对4的模。

你可能会想如果 i 过大了怎么办？当 i 等于255时， i++ 会让 i 变为0，而此时传入函数的参数还是从3回到0，符合控制逻辑。

为什么程序没有 #include <stdbool.h> 就能直接使用 true 和 false ？因为你包含的头文件中用到了它们，这个头文件必定或直接或间接地包含了标准库头文件，因此你就可以直接用了。

还有一个你可能疑惑的地方是，流水灯的逻辑本应是关闭上一个灯，打开下一个灯，然后延时一段时间，为什么在程序中是打开、延时，再关闭？想一想你会发现没什么不对，不过是把循环体的界限移动了一步。

实际上，如果按前一种逻辑来写程序的话，循环体得写成这样：

 led_set((i + ) % , false);
 led_set(i % , true);
 delay();

这样虽然逻辑也正确，但反而更难理解。

你也许还有疑问：把上一个灯关闭了以后，程序还要运行一会才能打开下一个灯，会不会看起来有一段时间是没有灯亮的？观察一下你的开发板，你就知道不会，原因也很简单，关灯和开灯之间的时间是微秒级的，人眼根本无法察觉。

除了上述实现，流水灯还有一种效果，就是灯依次亮起，再依次关闭。留作今天的作业吧。

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