单片机按键控制流水灯：代码优化与性能提升（优化秘笈大公开）

# 1. 单片机按键控制流水灯原理**

单片机按键控制流水灯是一个经典的嵌入式系统应用，其原理如下：

- **按键输入：**单片机通过IO口检测按键按下状态，当按键按下时，IO口电平发生变化，单片机检测到电平变化后，触发中断或轮询处理。
- **消抖处理：**由于按键按下和松开时会产生短暂的抖动，为了避免误触发，需要对按键输入进行消抖处理，通常采用软件或硬件消抖方式。
- **流水灯控制：**单片机根据按键输入状态控制流水灯的亮灭顺序，通过控制IO口输出电平，依次点亮或熄灭流水灯上的LED灯。

# 2. 代码优化理论基础

**2.1 编译器优化技术**

编译器优化技术是指编译器在编译代码时自动应用的优化策略，旨在提升代码的性能和效率。

**2.1.1 常量折叠**

常量折叠是一种编译器优化技术，它将编译时已知的常量表达式直接替换为其计算结果。这样可以消除不必要的计算，从而提升代码的执行效率。

**代码示例：**

int a = 2 + 3;

编译器会将该表达式直接替换为 `a = 5`，从而省去了在运行时进行加法计算。

**2.1.2 循环展开**

循环展开是一种编译器优化技术，它将循环体中的代码复制到循环之外，从而消除循环开销。这适用于循环次数已知且循环体代码量较小的情况。

**代码示例：**

for (int i = 0; i < 10; i++) {
  a += i;
}

编译器会将该循环展开为：

a += 0;
a += 1;
a += 2;
a += 9;

**2.2 汇编语言优化技巧**

汇编语言优化技巧是指直接针对汇编代码进行优化，以提升代码的性能。

**2.2.1 指令选择**

指令选择是指选择最合适的汇编指令来执行特定任务。例如，对于简单的加法操作，可以使用 `add` 指令，而对于复杂的多精度加法，则可以使用 `mul` 指令。

**代码示例：**

add eax, ebx  ; 32位加法
mul eax, ebx  ; 64位乘法

**2.2.2 寄存器分配**

寄存器分配是指将变量分配到寄存器中，以减少内存访问次数。寄存器访问速度比内存访问快得多，因此优化寄存器分配可以提升代码的性能。

**代码示例：**

mov eax, [esi]  ; 从内存中加载数据到寄存器
add eax, [edi]  ; 从内存中加载数据并加到寄存器

通过将 `[esi]` 和 `[edi]` 中的数据加载到寄存器中，可以减少内存访问次数，从而提升代码的性能。

# 3. 代码优化实践**

**3.1 按键消抖优化**

按键消抖是单片机按键控制系统中至关重要的一步，它可以消除按键在按下或释放过程中产生的抖动，确保系统稳定可靠地工作。

**3.1.1 软件消抖**

软件消抖是通过软件程序来实现按键消抖。最常用的方法是**连续采样法**。具体步骤如下：

1. 定义一个变量`key_state`，用于记录按键状态（0表示未按下，1表示按下）。
2. 在主循环中，连续读取按键状态。
3. 如果按键状态为0，则将`key_state`置为0。
4. 如果按键状态为1，则将`key_state`置为1，并等待一段时间（例如10ms）。
5. 如果在等待时间内，按键状态一直为1，则认为按键按下。

uint8_t key_state = 0;

while (1) {
    // 读取按键状态
    uint8_t key_value = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0);

    // 软件消抖
    if (key_value == 0) {
        key_state = 0;
    } else {
        if (key_state == 0