MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植

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MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植 [复制链接]

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4. printf 和scanf函数是C语言中最常用的输入出函数，从学习C语言开始，就开始使用这两个函数，然而当写用C语言写单片机程序时却不能使用这两个函数，总觉得单片机的C语言和一般的C语言差别很大，写起来不大方便；其实，单片机的C语言也是标准C语言上扩展或是改动的，都支持格式化输入输出函数（printf 和scanf）；事实上，printf，scanf只负责格式化输入输出的字符，至于从哪儿输入，输出到哪儿，他们分别依靠getchar和putchar函数，只要实现单片机上的getchar函数和putchar函数，即可正常使用printf函数和scanf函数，这可以给我们单片机的信息交互带来很多方便。下面我们就来实现他们的移置。
   
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• 硬件介绍：
  硬件部分只需字符型输入输出设备：scanf从输入字符型设备读取字符，printf输出到字符型输出设备。在这里，我选用的字符型输入设备是超级终端，通过串口与单片机连接，输入字符；输出设备是超级终端和12864的液晶。scanf从串口读入字符，printf输出字符到串口和液晶。
  有关串口的预提信息参考：MSP430程序库<二>UART异步串口。
  有关液晶的具体信息参考：MSP430程序库<三>12864液晶程序库。
  scanf还可以从按键读取信息，可以参考移置方法自行移置。
  
  2、程序实现：
  

• printf
  
  单片机在调用printf时，printf是负责将数据解析成ASCII码流，通过调用putchar函数依次将字符发出。如果在putchar内编写从串口发送一字节数据，则printf的结果将从单片机串口发送出；如果putchar是向液晶写字符，让液晶显示一个字符，则printf的结果将显示在液晶上。本程序实现putchar同时向串口和液晶同时发送一个字符（液晶是显示一个字符）。
  
  
  putchar函数如下：
  int putchar(int ch)
  {
      putchar2Com(ch);
      putchar2Lcd(ch);
      return (ch);
  }
  
  程序先向串口发送一个字符，然后像向晶发送字符。
  
  
  其中：putchar2Com，向串口发送一个字符，代码如下：
  int putchar2Com(int ch)
  {
      if (ch == '\n')           //  '\n'(回车)扩展成 '\n''\r' (回车+换行)
      {
          UartWriteChar('\r') ;   //0x0d 换行
      }
      UartWriteChar(ch);        //从串口发出数据  
      return (ch);
  }
  
  代码仅仅调用向串口写字符的函数UartWriteChar(ch)（详见Uart.c，在<二>中有介绍），当要输出换行时，需先输出’\n’将光标移至本行首位置，还需要’\r’（换行）才能将光标置于下一行起始位置，即将’\n’扩展为’\r’,’\n’两个字节依次发出。
  
  
  purchar2Lcd函数比较复杂，因为我所使用的12864液晶是中文字库的液晶，每行8个地址，可以显示8个中文字符或16个英文字符，而putchar只发出一个字节，需要判断每个地址的前半字还是后半字（因为每个字可以显示中文，如果中文的两个字节在相邻的两个地址上，将不会显示，或是显示乱码）。
  
  
  上代码：
  int putchar2Lcd(int ch)
  {
      char addr,dat;
     
      if (ch == '\n')           //  '\n'(回车),换行
      {
          ChangeNextRow();
      }
      else
      {
          addr = LcdReadAddr();
          if(ch < 0x80)
          {
              LcdWriteData(ch);
          }
          else
          {
              LcdWriteData(0x20);     //写入一个空字符，根据地址判断是否为前半字
              if(addr == LcdReadAddr())   //前半字 从新写入ch字符
              {
                  LcdWriteComm(addr);
                  LcdWriteData(ch);
              }
              else
              {
                  LcdWriteComm(addr);
                  dat = LcdReadData();
                  if(dat < 0x80)           //前一个字符是英文字符
                  {
                   LcdWriteData(0x20);                 //空格
                }
                  LcdWriteData(ch);
              }
          }
      }
      if((addr != LcdReadAddr()) &&               //写入的是行最后位的后半字则换行
         (addr==0x87 || addr==0x97 || addr==0x8F || addr==0x9F))
      {
          ChangeNextRow();
      }
      return (ch);
  }
  
  这个函数首先判断换行；然后处理其他一般字符，如果是英文字符，不用考虑前后半字，只需正常写入液晶即可；如果是中文字符，在判断是否是前半字，前半字则直接写入，后半字则判断之前写入的前半字是否是中文，是则直接写入，不是则把英文字符移入后半字，然后写入；最后判断是否到行尾，是则换行。
  程序更新为：更新日期：20110821 18:51目的是修复原来，行尾前半字为英文，再输入中文会显示乱码。int putchar2Lcd(int ch)
  {
      char addr,dat;
      char changeRowFlag = 0;
     
      if (ch == '\n')         //  '\n'(回车),换行
      {
          ChangeNextRow();
          changeRowFlag = 1;
      }
      else if (ch == '\b')    // '\b' (退格)
      {
          BackSpace();
      }
      else
      {
          addr = LcdReadAddr();
          if(ch < 0x80)
          {
              LcdWriteData(ch);
          }
          else
          {
              LcdWriteData(0x20);     //写入一个空字符，根据地址判断是否为前半字
              if(addr == LcdReadAddr())   //前半字 从新写入ch字符
              {
                  LcdWriteComm(addr);
                  LcdWriteData(ch);
              }
              else
              {
                  LcdWriteComm(addr);
                  dat = LcdReadData();
                  if(dat < 0x80)           //前一个字符是英文字符
                  {
                      LcdWriteData(0x20);                 //空格
                  }
                  if((addr != LcdReadAddr()) &&               //写入的是行最后位的后半字则换行
                     (addr==0x87 || addr==0x97 || addr==0x8F || addr==0x9F))
                  {
                      ChangeNextRow();
                      changeRowFlag = 1;
                  }
                  LcdWriteData(ch);
              }
          }
      }
      if((addr != LcdReadAddr()) &&   //写入的是行最后位的后半字则换行,且未换过行
         (changeRowFlag == 0) &&   
         (addr==0x87 || addr==0x97 || addr==0x8F || addr==0x9F))
      {
          ChangeNextRow();
      }
      return (ch);
  }
  
  前后半字判断方法如下：读液晶地址，向液晶写入一个空格，再读地址，两地址相同则是前半字，不同则是后半字。读地址函数在Lcd12864.c中，新加入函数，代码如下：
  char LcdReadAddr()
  {
      char ch;
     
      WaitForEnable();
     
      CLR_RS;
      SET_RW;
     
      DATA_DIR_IN;
     
      SET_EN;
      _NOP();
     
      ch = DATA_IN;    //读数据
      CLR_EN;
      DATA_DIR_OUT;
     
      return (ch|0x80);
  }
  
  这个是读地址，ch|0x80是因为写入液晶地址首位应为1.。
  
  
  液晶中新加入两个函数，一个是上边的读地址，另外一个是读数据；作用是读取液晶当前地址处的数据，从而判断之前半字是否是中文。代码如下：
  char LcdReadData()
  {
      char ch;
     
      WaitForEnable();
     
      SET_RS;
      SET_RW;
     
      DATA_DIR_IN;
     
      SET_EN;
      _NOP();
     
      ch = DATA_IN;    //读数据
      CLR_EN;
      DATA_DIR_OUT;
     
      return ch;
  }
  
  另外 putchar还调用了换行——ChangeNextRow函数，完成液晶输出换至下一行。
  
  
  代码如下：
  void ChangeNextRow()
  {
      char addr;
     
      addr = LcdReadAddr();       //当前地址
      if(addr <= 0x88)
      {
          LcdWriteComm(0x90);
      }
      else if(addr <= 0x90)
      {
          LcdWriteComm(0x98);
      }
      else if(addr <= 0x98)
      {
          LcdWriteComm(0x88);
      }
      else
      {
          AddNewline();           //添加行，同时向上滚动
          LcdWriteComm(0x98);
      }
  }
  
  读取当前地址，判断在哪一行，然后写入下一行首地址；如果是最后一行，则所有安徽那个向上移，写入最后一行首地址。
  
  
  AddNewLine函数完成所有行向上滚动一行，然后地址定位至最后一行。
  
  
  代码如下：
  void AddNewline()
  {
      char str[17];
      str[16] = 0;
     
      //第二行 移至第一行
      LcdWriteComm(0x90);
      LcdReadData();              //空读取
      for(int i = 0;i<16;i++)
      {
          str = LcdReadData();
      }
      LcdWriteString(0x80,str);
     
      //第三行 移至第二行
      LcdWriteComm(0x88);
      LcdReadData();
      for(int i = 0;i<16;i++)
      {
          str = LcdReadData();
      }
      LcdWriteString(0x90,str);
     
      //第四行 移至第三行
      LcdWriteComm(0x98);
      LcdReadData();
      for(int i = 0;i<16;i++)
      {
          str = LcdReadData();
      }
      LcdWriteString(0x88,str);
     
      //第四行 空白
      LcdWriteString(0x98,"                ");    //十六个空格
  }
  
  读出下一行数据，写入上一行，最后一行写入空格即可。
  
  
  到此putchar函数全部完成，printf移植的程序部分完成，使用方法详见使用示例。
  
  
• scanf
  
  scanf和printf类似，其只负责格式化输入的字符，字符来源是从getchar函数获取；同样，在使用scanf函数之前，要针对字符输入源自行编写getchar函数
  
  
  最简getchar：
  int getchar()
  {
      return (putchar(UartReadChar()));
  }
  
  这是最简单的getchar函数，直接调用读取字符函数，输出并返回。
  
  
  但是人的输入过程会偶尔犯错误的，为了支持退格键等，需要开辟一个缓存区。
  
  
  详细代码如下：
  #define LINE_LENGTH 80          //行缓冲区大小，决定每行最多输入的字符数
  
  /*标准终端设备中，特殊ASCII码定义，请勿修改*/
  #define InBACKSP 0x08           //ASCII  <--  (退格键)
  #define InDELETE 0x7F           //ASCII (DEL 键)
  #define InEOL '\r'              //ASCII   (回车键)
  #define InSKIP '\3'             //ASCII control-C
  #define InEOF '\x1A'            //ASCII control-Z
  
  #define OutDELETE "\x8 \x8"     //VT100 backspace and clear
  #define OutSKIP "^C\n"          //^C and new line
  #define OutEOF "^Z"             //^Z and return EOF
  int getchar()
  {
      static char inBuffer[LINE_LENGTH + 2];      //Where to put chars
      static char ptr;                            //Pointer in buffer
      char c;
     
      while(1)
      {
          if(inBuffer[ptr])                       //如果缓冲区有字符
              return (inBuffer[ptr++]);           //则逐个返回字符
          ptr = 0;                                //直到发送完毕，缓冲区指针归零
          while(1)                                //缓冲区没有字符，则等待字符输入
          {
              c = UartReadChar();                 //等待接收一个字符
              if(c == InEOF && !ptr)              //==EOF==  Ctrl+Z
              {                                   //只有在未入其他字符时才有效
                  printf(OutEOF);                 //终端显示EOF符
                  return EOF;                     //返回 EOF（-1）
              }
              if(c==InDELETE || c==InBACKSP)      //==退格或删除键==
              {
                  if(ptr)                         //缓冲区有值
                  {
                      ptr--;                      //从缓冲区移除一个字符
                      printf(OutDELETE);          //同时显示也删掉一个字符
                  }
              }
              else if(c == InSKIP)                //==取消键 Ctrl+C ==
              {
                  printf(OutSKIP);                //终端显示跳至下一行
                  ptr = LINE_LENGTH + 1;          //==0 结束符==
                  break;
              }
              else if(c == InEOL)                 //== '\r' 回车==
              {
                  putchar(inBuffer[ptr++] = '\n');//终端换行
                  inBuffer[ptr] = 0;              //末尾添加结束符（NULL）
                  ptr = 0;                        //指针清空
                  break;
              }
              else if(ptr < LINE_LENGTH)          //== 正常字符 ==
              {
                  if(c >= ' ')                    //删除 0x20以下字符
                  {
                      //存入缓冲区
                      putchar(inBuffer[ptr++] = c);
                  }
              }
              else                                //缓冲区已满
              {
                  putchar('\7');                  //== 0x07 蜂鸣符，PC回响一声
              }
          }
      }
  }
  
  注释已经很详细了，这里不再详细解释。
  
  
  scanf的移植程序部分已经完成，如果需要从键盘读入字符，可以仿照上述函数写getchar函数。具体使用和设置见使用示例。
  
  
  另外，iar的安装文件夹下，430文件夹下有一个src文件夹，lib/clib文件夹下（我的具体文件夹是：D:\Program Files\IAR Systems\Embedded Workbench 6.0 Evaluation\430\src\lib\clib\getchar.c），有一个getchar.c文件，这是getchar的函数，内容如下：
  #include "stdio.h"
  
  extern char _low_level_get(void);       /* Read one char from I/O */
                                          /* Should be supplied by user */
  
  static void put_message(char *s)
  {
    while (*s)
      putchar(*s++);
  }
  
  
  #define LINE_LENGTH 80          /* Change if you need */
  
  #define In_DELETE 0x7F          /* ASCII */
  #define In_EOL '\r'             /* ASCII */
  #define In_SKIP '\3'            /* ASCII control-C */
  #define In_EOF '\x1A'           /* ASCII control-Z */
  
  #define Out_DELETE "\x8 \x8"    /* VT100 backspace and clear */
  #define Out_SKIP "^C\n"         /* ^C and new line */
  #define Out_EOF "^Z"            /* ^Z and return EOF */
  
  int getchar(void)
  {
    static char io_buffer[LINE_LENGTH + 2];     /* Where to put chars */
    static int ptr;                             /* Pointer in buffer */
    char c;
  
    for (;;)
    {
      if (io_buffer[ptr])
        return (io_buffer[ptr++]);
      ptr = 0;
      for (;;)
      {
        if ((c = _low_level_get()) == In_EOF && !ptr)
        {
          put_message(Out_EOF);
          return EOF;
        }
        if (c == In_DELETE)
        {
          if (ptr)
          {
            ptr--;
            put_message(Out_DELETE);
          }
        }
        else if (c == In_SKIP)
        {
          put_message(Out_SKIP);
          ptr = LINE_LENGTH + 1;  /* Where there always is a zero... */
          break;
        }
        else if (c == In_EOL)
        {
          putchar(io_buffer[ptr++] = '\n');
          io_buffer[ptr] = 0;
          ptr = 0;
          break;
        }
        else if (ptr < LINE_LENGTH)
        {
          if (c >= ' ')
          {
            putchar(io_buffer[ptr++] = c);
          }
        }
        else
        {
          putchar('\7');
        }
      }
    }
  }
  
  _low_level_get(void); 这个函数需用户定义，不过这个getchar函数不支持退格键，可以更改以支持；_low_level_get(void);这个函数可以直接调用UartReadChar();这个函数，使用时，把getchar.c加入项目，同时在项目中添加_low_level_get(void);函数，函数体只有一句：return UartReadChar();即可。
  
  

• 程序调用示例：
  
  程序使用方式，项目中添加printf.c文件和scanf.c文件（用printf函数则加printf.c文件，用scanf函数就添加scanf.c文件），在要使用函数的地方包含stdio.h（编译器自带库——标准输入输出库）
  
  
  
  
  还要设置使用库和printf的大小：
  
  
  
  
  如果不进行这项设置，使用scanf时将报错：
  
  
  Error[e27]: Entry "getchar" in module Scanf ( G:\work\程序库\Printf\Debug\Obj\Scanf.r43 ) redefined in module ?getchar ( D:\Program Files\IAR Systems\Embedded；用的是C语言，这里选择CLIB。
  
  
  然后设置库选项：
  
  
  
  
  这里选择大尺寸，目的是支持所有的格式，因为所用单片机有64kb的程序存储空间，足够使用，如果程序存储空间不够大，推荐选择中尺寸或小尺寸。大尺寸printf占用空间 4.8kb、scanf ：2.3kb，中尺寸 printf：2.5kb、scanf：1.6kb，小尺寸 printf：1.6kb。实际使用时根据需要进行选择。
  
  
  同时要加入Lcd12864的使用（c文件，h文件（要调用lcd12864的初始化函数））Uart和液晶一样要调用初始化函数。
  #include
  #include
  #include "Uart.h"
  #include "Lcd12864.h"
  
  
  头文件包含。
  void main( void )
  {
      // Stop watchdog timer to prevent time out reset
      WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
      ClkInit();
      LcdInit();
      UartInit(38400,'n',8,1);//串口初始化,设置成38400bps,无校验,8位数据,1位停止
      //int a;
      _EINT();
      //scanf("%d",&a);
      //printf("刘中原%d\n",a);
      printf("刘中原%f\n",23.6);
      printf("刘中原%1.2f\n",23.6);
  }
  
  使用时，先调用液晶和串口的初始化函数，然后开中断；就可以正常的调用scanf和printf函数了。
  
  
• 
  
  至此，printf和scanf的移植全部完成，使用这两个函数将给单片机的输入输出带来极大方便。另外，Lcd12864的液晶使用是4行显示，空间较小，可能需要定位至具体位置，以使界面看起来更合理，为此，在Printf中再添加一个定位函数（GotoXY）：
  void GotoXY(char x,char y)
  {
      char addr;
     
      if(y==0)
      {
          addr = 0x80 + x / 2;
      }
      else if(y==1)
      {
          addr = 0x90 + x / 2;
      }
      else if(y==2)
      {
          addr = 0x88 + x / 2;
      }
      else
      {
          addr = 0x98 + x / 2;
      }
      LcdWriteComm(addr);
      if(x % 2)                   //是奇数，后移一位（写入空格）
      {
          LcdWriteData(0x20);
      }
  }
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  这样就方便了液晶程序的编写。
  
  
  又加入一个函数，在printf.c里，目的是支持退格键，内容如下：
  void BackSpace()
  {
      char addr,dat;
     
      addr = LcdReadAddr();       //当前地址
      LcdWriteData(0x20);         //写入一个空字符，根据地址判断是否为前半字
      if(addr == LcdReadAddr())   //前半字
      {
          if(addr == 0x80)
              return;
          else if(addr == 0x90)
              addr = 0x87;
          else if(addr == 0x88)
              addr = 0x97;
          else if(addr == 0x98)
              addr = 0x8F;
          else
              addr = addr - 1;
        
          LcdWriteComm(addr);
          LcdReadData();          //空读取
          dat = LcdReadData();
          LcdWriteComm(addr);
          if(dat < 0x80)
              LcdWriteData(dat);
      }
      else
      {
          LcdWriteComm(addr);
      }
  }
  
  退格完成功能：仅仅地址向前退一格，详细见源程序。
  
  
  printf和scanf移植全部完成，欢迎大家使用；有什么不足之处，欢迎提出意见或是建议；多谢大家支持啦。
  
  

[ 本帖最后由 Engin 于 2013-7-30 10:53 编辑 ]

Engin

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