第25節：用LED燈和按鍵來模擬工業自動化設備的運動控制

開場白：
前面三節講了獨立按鍵控制跑馬燈的各種狀態，這一節我們要做一個機械手控制程序，這個機械手可以左右移動，最左邊有一個開關感應器，最右邊也有一個開關感應器。它也可以上下移動，最下面有一個開關感應器。左右移動是通過一個氣缸控制，上下移動也是通過一個氣缸控制。而單片機控制氣缸，本質上是通過三極管把信號放大，然后控制氣缸上的電磁閥。這個系統機械手驅動部分的輸出和輸入信號如下：
2個輸出IO口，分別控制2個氣缸。對于左右移動的氣缸，當IO口為0時往左邊跑，當IO口為1時往右邊跑。對于上下移動的氣缸，當IO口為0時往上邊跑，當IO口為1時往下邊跑。
3個輸入IO口，分別檢測3個開關感應器。感應器沒有被觸發時，IO口檢測為高電平1。被觸發時，IO口檢測為低電平0。
這一節繼續要教會大家兩個知識點：
第一點：如何用軟件進行開關感應器的抗干擾處理。
第二點：如何用Switch語句搭建工業自動控制的程序框架。還是那句話，我們只要以Switch語句為支點，再復雜再繁瑣的程序都可以輕松地編寫出來。

具體內容，請看源代碼講解。

（1）硬件平臺：基于朱兆祺51單片機學習板。用矩陣鍵盤中的S1鍵作為啟動獨立按鍵，用S5按鍵模擬左邊的開關感應器，用S9按鍵模擬右邊的開關感應器，用S13按鍵模擬下邊的開關感應器。記得把輸出線P0.4一直輸出低電平，模擬獨立按鍵的觸發地GND。

（2）實現功能：
開機默認機械手在左上方的原點位置。按下啟動按鍵后，機械手從左邊開始往右邊移動，當機械手移動到最右邊時，機械手馬上開始往下移動，最后機械手移動到最右下角的位置時，延時1秒，然后原路返回，一直返回到左上角的原點位置。注意：啟動按鍵必須等機械手處于左上角原點位置時，啟動按鍵的觸發才有效。

（3）源代碼講解如下：
#include "REG52.H"

#define const_voice_short40 //蜂鳴器短叫的持續時間

#define const_key_time120 //按鍵去抖動延時的時間


#define const_sensor20 //開關感應器去抖動延時的時間

#define const_1s500//1秒鐘大概的定時中斷次數

void initial_myself();
void initial_peripheral();
void delay_short(unsigned int uiDelayShort);
void delay_long(unsigned int uiDelaylong);

void left_to_right();//從左邊移動到右邊
void right_to_left(); //從右邊返回到左邊
void up_to_dowm(); //從上邊移動到下邊
void down_to_up(); //從下邊返回到上邊


void run(); //設備自動控制程序
void hc595_drive(unsigned char ucLedStatusTemp16_09,unsigned char ucLedStatusTemp08_01);
void led_update();//LED更新函數
void T0_time();//定時中斷函數

void key_service(); //按鍵服務的應用程序
void key_scan(); //按鍵掃描函數 放在定時中斷里
void sensor_scan(); //開關感應器軟件抗干擾處理函數，放在定時中斷里。

sbit hc595_sh_dr=P2^3;
sbit hc595_st_dr=P2^4;
sbit hc595_ds_dr=P2^5;

sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅動IO口

sbit key_sr1=P0^0; //對應朱兆祺學習板的S1鍵

sbit left_sr=P0^1; //左邊的開關感應器 對應朱兆祺學習板的S5鍵
sbit right_sr=P0^2; //右邊的開關感應器 有對應朱兆祺學習板的S9鍵
sbit down_sr=P0^3; //下邊的開關感應器 對應朱兆祺學習板的S13鍵

sbit key_gnd_dr=P0^4; //模擬獨立按鍵的地GND，因此必須一直輸出低電平

unsigned char ucKeySec=0; //被觸發的按鍵編號

unsigned intuiKeyTimeCnt1=0; //按鍵去抖動延時計數器
unsigned char ucKeyLock1=0; //按鍵觸發后自鎖的變量標志


unsigned char ucLeftSr=0;//左邊感應器經過軟件抗干擾處理后的狀態標志
unsigned char ucRightSr=0;//右邊感應器經過軟件抗干擾處理后的狀態標志
unsigned char ucDownSr=0;//下邊感應器經過軟件抗干擾處理后的狀態標志

unsigned intuiLeftCnt1=0;//左邊感應器軟件抗干擾所需的計數器變量
unsigned intuiLeftCnt2=0;

unsigned intuiRightCnt1=0;//右邊感應器軟件抗干擾所需的計數器變量
unsigned intuiRightCnt2=0;

unsigned intuiDownCnt1=0; //下邊軟件抗干擾所需的計數器變量
unsigned intuiDownCnt2=0;

unsigned intuiVoiceCnt=0;//蜂鳴器鳴叫的持續時間計數器

unsigned char ucLed_dr1=0; //代表16個燈的亮滅狀態，0代表滅，1代表亮
unsigned char ucLed_dr2=0;
unsigned char ucLed_dr3=0;
unsigned char ucLed_dr4=0;
unsigned char ucLed_dr5=0;
unsigned char ucLed_dr6=0;
unsigned char ucLed_dr7=0;
unsigned char ucLed_dr8=0;
unsigned char ucLed_dr9=0;
unsigned char ucLed_dr10=0;
unsigned char ucLed_dr11=0;
unsigned char ucLed_dr12=0;
unsigned char ucLed_dr13=0;
unsigned char ucLed_dr14=0;
unsigned char ucLed_dr15=0;
unsigned char ucLed_dr16=0;

unsigned char ucLed_update=1;//刷新變量。每次更改LED燈的狀態都要更新一次。



unsigned char ucLedStatus16_09=0; //代表底層74HC595輸出狀態的中間變量
unsigned char ucLedStatus08_01=0; //代表底層74HC595輸出狀態的中間變量



unsigned intuiRunTimeCnt=0;//運動中的時間延時計數器變量
unsigned char ucRunStep=0;//運動控制的步驟變量

void main()
{
initial_myself();
delay_long(100);
initial_peripheral();
while(1)
{
run(); //設備自動控制程序
led_update();//LED更新函數
key_service(); //按鍵服務的應用程序
}

}


/* 注釋一：
* 開關感應器的抗干擾處理，本質上類似按鍵的去抖動處理。唯一的區別是：
* 按鍵去抖動關注的是IO口的一種狀態，而開關感應器關注的是IO口的兩種狀態。
* 當開關感應器從原來的1狀態切換到0狀態之前，要進行軟件濾波處理過程，一旦成功地
* 切換到0狀態了，再想從0狀態切換到1狀態的時候，又要經過軟件濾波處理過程，符合
* 條件后才能切換到1的狀態。通俗的話來說，按鍵的去抖動從1變成0難，從0變成1容易。
* 開關感應器從1變成0難，從0變成1也難。這里所說的"難"是指要經過去抖處理。
*/

void sensor_scan() //開關感應器軟件抗干擾處理函數，放在定時中斷里。
{
if(left_sr==1)//左邊感應器是高電平，說明有可能沒有被接觸 對應朱兆祺學習板的S5鍵
{
uiLeftCnt1=0; //在軟件濾波中，非常關鍵的語句！！！類似按鍵去抖動程序的及時清零
uiLeftCnt2++; //類似獨立按鍵去抖動的軟件抗干擾處理
if(uiLeftCnt2>const_sensor)
{
uiLeftCnt2=0;
ucLeftSr=1; //說明感應器確實沒有被接觸
}
}
else //左邊感應器是低電平，說明有可能被接觸到了
{
uiLeftCnt2=0; //在軟件濾波中，非常關鍵的語句！！！類似按鍵去抖動程序的及時清零
uiLeftCnt1++;
if(uiLeftCnt1>const_sensor)
{
uiLeftCnt1=0;
ucLeftSr=0; //說明感應器確實被接觸到了
}
}

if(right_sr==1)//右邊感應器是高電平，說明有可能沒有被接觸 對應朱兆祺學習板的S9鍵
{
uiRightCnt1=0; //在軟件濾波中，非常關鍵的語句！！！類似按鍵去抖動程序的及時清零
uiRightCnt2++; //類似獨立按鍵去抖動的軟件抗干擾處理
if(uiRightCnt2>const_sensor)
{
uiRightCnt2=0;
ucRightSr=1; //說明感應器確實沒有被接觸
}
}
else //右邊感應器是低電平，說明有可能被接觸到了
{
uiRightCnt2=0; //在軟件濾波中，非常關鍵的語句！！！類似按鍵去抖動程序的及時清零
uiRightCnt1++;
if(uiRightCnt1>const_sensor)
{
uiRightCnt1=0;
ucRightSr=0; //說明感應器確實被接觸到了
}
}

if(down_sr==1)//下邊感應器是高電平，說明有可能沒有被接觸 對應朱兆祺學習板的S13鍵
{
uiDownCnt1=0; //在軟件濾波中，非常關鍵的語句！！！類似按鍵去抖動程序的及時清零
uiDownCnt2++; //類似獨立按鍵去抖動的軟件抗干擾處理
if(uiDownCnt2>const_sensor)
{
uiDownCnt2=0;
ucDownSr=1; //說明感應器確實沒有被接觸
}
}
else //下邊感應器是低電平，說明有可能被接觸到了
{
uiDownCnt2=0; //在軟件濾波中，非常關鍵的語句！！！類似按鍵去抖動程序的及時清零
uiDownCnt1++;
if(uiDownCnt1>const_sensor)
{
uiDownCnt1=0;
ucDownSr=0; //說明感應器確實被接觸到了
}
}
}


void key_scan()//按鍵掃描函數 放在定時中斷里
{

if(key_sr1==1)//IO是高電平，說明按鍵沒有被按下，這時要及時清零一些標志位
{
ucKeyLock1=0; //按鍵自鎖標志清零
uiKeyTimeCnt1=0;//按鍵去抖動延時計數器清零，此行非常巧妙，是我實戰中摸索出來的。
}
else if(ucKeyLock1==0)//有按鍵按下，且是第一次被按下
{
uiKeyTimeCnt1++; //累加定時中斷次數
if(uiKeyTimeCnt1>const_key_time1)
{
uiKeyTimeCnt1=0;
ucKeyLock1=1;//自鎖按鍵置位,避免一直觸發
ucKeySec=1; //觸發1號鍵
}
}



}


void key_service() //按鍵服務的應用程序
{
switch(ucKeySec) //按鍵服務狀態切換
{
case 1:// 啟動按鍵 對應朱兆祺學習板的S1鍵
if(ucLeftSr==0)//處于左上角原點位置
{
ucRunStep=1; //啟動
uiVoiceCnt=const_voice_short; //按鍵聲音觸發，滴一聲就停。
}

ucKeySec=0;//響應按鍵服務處理程序后，按鍵編號清零，避免一致觸發
break;

}
}



void led_update()//LED更新函數
{

if(ucLed_update==1)
{
ucLed_update=0; //及時清零，讓它產生只更新一次的效果，避免一直更新。

if(ucLed_dr1==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x01;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xfe;
}

if(ucLed_dr2==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x02;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xfd;
}

if(ucLed_dr3==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x04;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xfb;
}

if(ucLed_dr4==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x08;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xf7;
}


if(ucLed_dr5==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x10;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xef;
}


if(ucLed_dr6==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x20;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xdf;
}


if(ucLed_dr7==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x40;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0xbf;
}


if(ucLed_dr8==1)
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01|0x80;
}
else
{
ucLedStatus08_01=ucLedStatus08_01&0x7f;
}

if(ucLed_dr9==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x01;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xfe;
}

if(ucLed_dr10==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x02;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xfd;
}

if(ucLed_dr11==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x04;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xfb;
}

if(ucLed_dr12==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x08;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xf7;
}


if(ucLed_dr13==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x10;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xef;
}


if(ucLed_dr14==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x20;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xdf;
}


if(ucLed_dr15==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x40;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0xbf;
}


if(ucLed_dr16==1)
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09|0x80;
}
else
{
ucLedStatus16_09=ucLedStatus16_09&0x7f;
}

hc595_drive(ucLedStatus16_09,ucLedStatus08_01);//74HC595底層驅動函數

}
}

void hc595_drive(unsigned char ucLedStatusTemp16_09,unsigned char ucLedStatusTemp08_01)
{
unsigned char i;
unsigned char ucTempData;
hc595_sh_dr=0;
hc595_st_dr=0;

ucTempData=ucLedStatusTemp16_09;//先送高8位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(ucTempData>=0x80)hc595_ds_dr=1;
else hc595_ds_dr=0;

hc595_sh_dr=0; //SH引腳的上升沿把數據送入寄存器
delay_short(15);
hc595_sh_dr=1;
delay_short(15);

ucTempData=ucTempData<<1;
}

ucTempData=ucLedStatusTemp08_01;//再先送低8位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(ucTempData>=0x80)hc595_ds_dr=1;
else hc595_ds_dr=0;

hc595_sh_dr=0; //SH引腳的上升沿把數據送入寄存器
delay_short(15);
hc595_sh_dr=1;
delay_short(15);

ucTempData=ucTempData<<1;
}

hc595_st_dr=0;//ST引腳把兩個寄存器的數據更新輸出到74HC595的輸出引腳上并且鎖存起來
delay_short(15);
hc595_st_dr=1;
delay_short(15);

hc595_sh_dr=0; //拉低，抗干擾就增強
hc595_st_dr=0;
hc595_ds_dr=0;

}


void left_to_right()//從左邊移動到右邊
{
ucLed_dr1=1; // 1代表左右氣缸從左邊移動到右邊

ucLed_update=1;//刷新變量。每次更改LED燈的狀態都要更新一次。
}
void right_to_left() //從右邊返回到左邊
{
ucLed_dr1=0; // 0代表左右氣缸從右邊返回到左邊

ucLed_update=1;//刷新變量。每次更改LED燈的狀態都要更新一次。
}
void up_to_down() //從上邊移動到下邊
{
ucLed_dr2=1; // 1代表上下氣缸從上邊移動到下邊

ucLed_update=1;//刷新變量。每次更改LED燈的狀態都要更新一次。
}
void down_to_up() //從下邊返回到上邊
{
ucLed_dr2=0; // 0代表上下氣缸從下邊返回到上邊

ucLed_update=1;//刷新變量。每次更改LED燈的狀態都要更新一次。
}


void run() //設備自動控制程序
{

switch(ucRunStep)
{
case 0: //機械手處于左上角原點的位置，待命狀態。此時觸發啟動按鍵ucRunStep=1，就觸發后續一些列的連續動作。

break;

case 1: //機械手從左邊往右邊移動
left_to_right();
ucRunStep=2;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
break;

case 2: //等待機械手移動到最右邊，直到觸發了最右邊的開關感應器。
if(ucRightSr==0)//右邊感應器被觸發
{
ucRunStep=3;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
}
break;

case 3: //機械手從右上邊往右下邊移動，從上往下。
up_to_down();
ucRunStep=4;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
break;

case 4: //等待機械手從右上邊移動到右下邊，直到觸發了右下邊的開關感應器。
if(ucDownSr==0)//右下邊感應器被觸發
{
uiRunTimeCnt=0;//時間計數器清零，為接下來延時1秒鐘做準備
ucRunStep=5;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
}
break;

case 5: //機械手在右下邊延時1秒
if(uiRunTimeCnt>const_1s)//延時1秒
{
ucRunStep=6;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
}
break;
case 6: //原路返回，機械手從右下邊往右上邊移動。
down_to_up();
ucRunStep=7;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
break;

case 7: //原路返回，等待機械手移動到最右邊的感應開關
if(ucRightSr==0)
{
ucRunStep=8;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
}
break;

case 8: //原路返回，等待機械手從右邊往左邊移動
right_to_left();
ucRunStep=9;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量

break;

case 9: //原路返回，等待機械手移動到最左邊的感應開關，表示返回到了原點
if(ucLeftSr==0) //返回到左上角的原點位置
{
ucRunStep=0;//這就是鴻哥傳說中的怎樣靈活控制步驟變量
}
break;
}
}


void T0_time() interrupt 1
{
TF0=0;//清除中斷標志
TR0=0; //關中斷


sensor_scan(); //開關感應器軟件抗干擾處理函數
key_scan(); //按鍵掃描函數

if(uiRunTimeCnt<0xffff) //不要超過最大int類型范圍
{
uiRunTimeCnt++; //延時計數器
}
if(uiVoiceCnt!=0)
{
uiVoiceCnt--; //每次進入定時中斷都自減1，直到等于零為止。才停止鳴叫
beep_dr=0;//蜂鳴器是PNP三極管控制，低電平就開始鳴叫。
}
else
{
; //此處多加一個空指令，想維持跟if括號語句的數量對稱，都是兩條指令。不加也可以。
beep_dr=1;//蜂鳴器是PNP三極管控制，高電平就停止鳴叫。
}

TH0=0xf8; //重裝初始值(65535-2000)=63535=0xf82f
TL0=0x2f;
TR0=1;//開中斷
}

void delay_short(unsigned int uiDelayShort)
{
unsigned int i;
for(i=0;i {
; //一個分號相當于執行一條空語句
}
}

void delay_long(unsigned int uiDelayLong)
{
unsigned int i;
unsigned int j;
for(i=0;i {
for(j=0;j<500;j++)//內嵌循環的空指令數量
{
; //一個分號相當于執行一條空語句
}
}
}


void initial_myself()//第一區 初始化單片機
{
/* 注釋二：
* 矩陣鍵盤也可以做獨立按鍵，前提是把某一根公共輸出線輸出低電平，
* 模擬獨立按鍵的觸發地，本程序中，把key_gnd_dr輸出低電平。
* 朱兆祺51學習板的S1就是本程序中用到的一個獨立按鍵。
*/
key_gnd_dr=0; //模擬獨立按鍵的地GND，因此必須一直輸出低電平

beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時不叫。

TMOD=0x01;//設置定時器0為工作方式1


TH0=0xf8; //重裝初始值(65535-2000)=63535=0xf82f
TL0=0x2f;


}

void initial_peripheral() //第二區 初始化外圍
{
EA=1; //開總中斷
ET0=1; //允許定時中斷
TR0=1; //啟動定時中斷

}

總結陳詞：
前面花了很多節內容在講按鍵和跑馬燈的關系，但是一直沒涉及到人機界面，在大多數的實際項目中，人機界面是必不可少的。人機界面的程序框架該怎么樣寫？欲知詳情，請聽下回分解-----在主函數while循環中驅動數碼管的動態掃描程序。