MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植

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。

• 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。
• 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> (DEL 键)#define InEOL '\r'              //ASCII <CR>  (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 EOFint 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 <DEL> */#define In_EOL '\r'             /* ASCII <CR> */#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）
  

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  2019-1-22 22:17 上传
  还要设置使用库和printf的大小：
  

  2011073117005017.jpg (33.07 KB )

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  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：
  

  201107311701011402.jpg (29.41 KB )

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  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 <msp430x16x.h>#include <stdio.h>#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。