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【蓝桥杯】01 - 程序模板设计
前言
为了确保程序的准确性，总结了以下要点
- 保证程序逻辑正确，其次再是“基于现象上”的正确，保证程序不会出现隐性问题
- 在逻辑正确的前提下，保证数据读取的实时性，尽量优化代码执行效率
- 对数据的处理，在确保程序完全正常运行的前提下，最大限度地提高内存空间的利用率
- 编写程序时，先写主框架，验证逻辑后，再依次验证其他模块
数码管/LED模块工作原理
例如：数码管的段选/位选输出由两个74HC573锁存器控制
锁存器送出数据的过程
P0输出8位数据
锁存器不使能，Q0~Q7为之前的数据，D0 ~ D7等待被送出
锁存器使能，数据送出，Q0~Q7即为P00 ~ P07的信号
注意：OE此处默认接GND
**如何控制锁存器送出数据的顺序/使锁存器单个送出数据? **
- 由一个或非门(U25)的四个输出控制四个锁存器的输入使能信号(Y7C~Y4C)
- 或非门的输入Y7 ~ Y4由一个译码器的输出控制，或非门的一端WR默认为低电平，那么这里的或非门就相当于一个输入为Y（n）的非门
- 其中74HC138(U24)的输入为P2口的P27~P25
- 通过推导可知，P27 ~ P25对应的三位二进制数即为后面会使能的锁存器，即111使得Y7=0，继而使得与非门输出Y7C=1，使得控制数码管段选的锁存器使能，送出数据。
总结：P27~P25对应组成的二进制值即为使能的锁存器, LED/数码管/外设控制都是由锁存器控制，锁存器的输入共用P0口，这样通过多个锁存器，以及逻辑电路，节省了单片机的IO口
程序设计与分析
CT107D初始化
上电时，默认所有IO口为高电平，未被使能过的锁存器默认输出低电平，这会导致全部LED被点亮，有源蜂鸣器响(也是低电平有效),这就需要我们写一个程序初始化函数，关闭这些影响后续功能的现象
/** * @brief 系统初始化函数 * @param 无 * @retval 无 */void System_Init(void){ /*关闭LED*/ P0 = 0xFF; P2 = P2 & 0x1F | 0x80; //100X XXXX 锁存器Y4C使能 P2 &= 0x1F;
/*关闭蜂鸣器*/ P0=0x00;//锁存器输出会经过ULN2003，相当于反相器，预载值应为全低电平，这样最终输出的是高电平 P2 = P2 & 0x1F | 0xA0; //101X XXXX 锁存器Y5C使能 P2 &= 0x1F;}注意：锁存器输出会经过ULN2003，相当于(增强驱动能力)反相器，预载值(P2)应为全低电平，这样最终输出的是高电平。
ULN2003：【常用芯片】ULN2003工作原理及中文资料（实例：STM32驱动28BYJ48步进电机）_uln2003驱动板说明书-CSDN博客
由于单片机的引脚输出电流太低了，无法驱动大部分的设备。而ULN2003只相当于是一个开关，设备（负载）的供电是在外围电路上，而它能够通过微弱的单片机输出电流来控制外围电路的开闭。这某种程度上也可以说是，放大电流，增加驱动能力
LED模块
原理图
LED/蜂鸣器/继电器
ps:~(0x01<<addr); 一定要加括号，否则会出现逻辑错误，如 0000 0001–> 1110 1111 变成 1111 1110 – > 1110 0000 ，最终经过一系列运行导致LED亮度降低(待考究)。
ps:一定要仔细注意逻辑，不能记忆性写程序！
#include <LED.h>
/** * @brief LED控制函数 * @param LED位，使能标志位 * @retval 无 */
static unsigned char temp_1;static unsigned char temp_old_1;
void LED_Disp(unsigned addr,enable){ static unsigned char temp=0x00; // led暂存值 static unsigned char temp_old=0xFF; //上下两个变量应当赋不想等的初值 if(enable)//LED使能时 { temp|=0x01<<addr; //点亮第一位, 即 0x01<<0 temp=xxxx xxx1 } else { temp&=~(0x01<<addr); //熄灭第一位，即~ (0x01<<0) temp=xxxx xxx0 } if(temp!=temp_old) // temp的值发生变化时（即外部调用此函数，想要改变LED的状态），才会对P0进行赋值操作，因为P0口负责多个锁存器的预载值，LED一般是静态的，不应该对P0进行反复赋值 { P0=~temp; //低电平有效，故按位取反 P2 = P2 & 0x1F | 0x80; //100X XXXX 锁存器（Y4C使能） P2 &= 0x1F; //000 x xxxx temp_old=temp;//记录当前的led暂存值 }}
void Beep(unsigned char flag){ if(flag) temp_1 |= 0x40; else temp_1 &= ~0x40; if(temp_1 != temp_old_1) { P0 = temp_1; P2 = P2 & 0x1f | 0xa0; //锁存器（Y5C使能） P2 &= 0x1f; temp_old_1 = temp_1; }}
void Relay(unsigned char flag){ if(flag) temp_1 |= 0x10; else temp_1 &= ~0x10; if(temp_1 != temp_old_1) { P0 = temp_1; P2 = P2 & 0x1f | 0xa0;//锁存器（Y5C使能） P2 &= 0x1f; temp_old_1 = temp_1; }}PS:按位取或/按位取与，通常用于对单个BIT位进行操作
数码管模块
ps:蓝桥杯单片机开发板使用的是共阳极数码管，注意段码和位码，以及Disp函数的逻辑
#include <Nixie.h>
//共阳极数码管unsigned char Nixie_seg[] = //段码{ 0xc0, //0 0xf9, //1 0xa4, //2 0xb0, //3 0x99, //4 0x92, //5 0x82, //6 0xf8, //7 0x80, //8 0x90, //9 0xFF, //熄灭 <10> 0x88, //A <11> 0x83, //b <12> 0xc6, //C <13> 0xa1, //d <14> 0x86, //E <15> 0x8e //F <16>};
unsigned char Nixie_Location[] = //位码{ 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};/** * @brief 数码管点亮函数 * @param 位选，段选，小数点 * @retval 无 */void Nixie_Disp(unsigned char Location,Seg,Point){ P0=0xFF; //段码，数码管熄灭，消影 P2 = P2 & 0x1F | 0xE0; //111X XXXX 锁存器 Y7C使能 P2 &= 0x1F; //关闭锁存器
P0=Nixie_Location[Location];//位选预载值 P2 = P2 & 0x1F | 0xC0; //101X XXXX 锁存器 Y5C使能 P2 &= 0x1F; //关闭锁存器
P0=Nixie_seg[Seg];//段选预载值 //这里的Point即为数码管‘点’的使能位，实质上‘点’对应的是数码管段码的BIT7，最高位 if(Point){P0 &= 0x7F;} //错误写法：P0|=0x80; 共阳极数码管！，逻辑0点亮！ P2 = P2 & 0x1F | 0xE0; //111X XXXX 锁存器 Y7C使能 P2 &= 0x1F; //关闭锁存器}定时器模块
注意，STC15单片机的定时器是支持自动重装载的，这里不需要在中断子程序中赋初值，否则会出现定时器定时值的混乱
#include <Timer0.h>
/** * @brief 定时器初始化 * @param 无 * @retval 无 */void Timer0_Init(void) //1毫秒@12.000MHz{ AUXR &= 0x7F; //定时器时钟12T模式 TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式 TL0 = 0x18; //设置定时初始值 TH0 = 0xFC; //设置定时初始值 TF0 = 0; //清除TF0标志 TR0 = 1; //定时器0开始计时 ET0 = 1; //定时器中断0打开 EA = 1; //总中断打开 PT0 = 1;}
/*void Timer0_Server(void) interrupt 1{}*/按键模块
ps:键值读取函数中定义局部变量temp一定要赋初值！！！否则会出现在没有按键按下时键值读取异常值的情况。
#include <Key.h>
/** * @brief 矩阵按键读取函数 * @param 无 * @retval 无 *//*矩阵按键模式*/unsigned char Key_Read(void){ unsigned char temp=0;//局部变量初始化为0 ET0=0;//串口使用屏蔽 P44=0;P42=1;P35=1;P34=1; if(P33主函数模块
//头文件引用#include <Key.h>#include <Nixie.h>#include <LED.h>#include <Timer0.h>#include <Init.h>
unsigned char Nixie_Buf[8]={10,10,10,10,10,10,10,10};//数码管显示数据unsigned char Nixie_Pos;//数码管数据数组位下标unsigned char Nixie_Point[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//数码管每一段的“点”数据
unsigned char Key;//键值unsigned char Key_Up,Key_Down,Key_Val,Key_Old;//按键扫描变量
unsigned char ucLED[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//LED显示数据
unsigned int Nixie_Timer;//数码管定时更新unsigned int Key_Timer;//按键定时扫描
/*按键处理函数*/void Key_Proc(void){ if(Key_Timer) return;//Key_Timer=0时执行下面的语句 Key_Timer=1; //按键扫描部分// Key_Val=Key_Read(); Key_Down=Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val); Key_Up=~Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val); Key_Old=Key_Val;}
/*信息（数码管）显示处理函数*/void Nixie_Proc(void)//信息处理/显示程序{ if(Nixie_Timer) return;//Nixie_Timer=0时执行下面的语句 Nixie_Timer=1;
}
/*其他信息处理函数*/void LED_Proc(void)//LED“报警”程序{
}
/*串口处理函数*/void Uart_Proc(void){
}
/*主函数*/void main(){ Timer0_Init();//定时器初始化 System_Init();//系统板初始化 while(1)//循环执行程序模块 { Key_Proc(); Nixie_Proc(); LED_Proc(); }}
void Uart_Server(void) interrupt 4{
}
void Timer0_Server(void) interrupt 1//中断服务程序{ if(++Nixie_Timer超声波模块（使用PCA）
ps:返回值的单位是cm,可以根据题目要求更改底层
#include <ultrasound.h>#include "intrins.h"
sbit Tx = P1^0;sbit Rx = P1^1;
void Delay12us() //@12.000MHz{ unsigned char i;
_nop_(); _nop_(); i = 38; while (--i);}
void Ut_Wave_Init() //超声波模块初始化{ unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { Tx = 1; Delay12us(); Tx = 0; Delay12us(); }}
unsigned char Ut_Wave_Data() //超声波距离读取函数{ unsigned int time;//时间储存变量 CCON = 0x00;// 初始化PCA控制寄存器，PCA定时器停止，清除CF CH = CL = 0;//复位计数值 等待超声波信号发出 EA=0;//总中断关闭 Ut_Wave_Init();//发送超声波信号 EA=1;//总中断打开 CR = 1;//开始计时 while((Rx串口模块（putchar重定向）
#include <Uart.h>
/* 串口初始化函数 */void Uart1_Init(void) //9600bps@12.000MHz{ SCON = 0x50; //8位数据,可变波特率 AUXR |= 0x01; //串口1选择定时器2为波特率发生器 AUXR |= 0x04; //定时器时钟1T模式 T2L = 0xC7; //设置定时初始值 T2H = 0xFE; //设置定时初始值 AUXR |= 0x10; //定时器2开始计时 ES = 1;//允许串口中断 EA = 1;//总中断开启}
/* putchar重定向 */extern unsigned char putchar(unsigned char ch){ SBUF= ch;//将dat数据赋给SBUF，将数据发送出去 while(TI == 0);//等待数据发送 TI = 0;//将发送标志位清零 return (ch);}串口中断服务程序
void Uart_Server() interrupt 4{ if(RI定时器使用注意事项：
- 定时器0：主要工作定时器.NE555方波发生器
- 定时器1：一般用于PWM,使用NE555时,主要定时器选为定时器1
- 定时器2：串口中断1绑定
- PCA：用于超声波模块
补充
一、IIC模块
/* 程序说明: IIC总线驱动程序 软件环境: Keil uVision 4.10 硬件环境: CT107单片机综合实训平台 8051，12MHz 日 期: 2011-8-9*/
#include "iic.h"
#include "intrins.h"
#define DELAY_TIME 5
#define Photo_Res_Channel 0x41#define Adj_Res_Channel 0x43
//总线引脚定义sbit SDA = P2^1; /* 数据线 */sbit SCL = P2^0; /* 时钟线 */
void IIC_Delay(unsigned char i){ do{_nop_();} while(i--);}
void Delay200us(void) //@12.000MHz{ unsigned char data i, j;
i = 3; j = 82; do { while (--j); } while (--i);}
//总线启动条件void IIC_Start(void){ SDA = 1; SCL = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME); SDA = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); SCL = 0;}
//总线停止条件void IIC_Stop(void){ SDA = 0; SCL = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME); SDA = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME);}
//发送应答void IIC_SendAck(bit ackbit){ SCL = 0; SDA = ackbit; // 0：应答，1：非应答 IIC_Delay(DELAY_TIME); SCL = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME); SCL = 0; SDA = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME);}
//等待应答bit IIC_WaitAck(void){ bit ackbit;
SCL = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME); ackbit = SDA; SCL = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); return ackbit;}
//通过I2C总线发送数据void IIC_SendByte(unsigned char byt){ unsigned char i;
for(i=0; i<8; i++) { SCL = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); if(byt & 0x80) SDA = 1; else SDA = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); SCL = 1; byt <<= 1; IIC_Delay(DELAY_TIME); } SCL = 0;}
//从I2C总线上接收数据unsigned char IIC_RecByte(void){ unsigned char i, da; for(i=0; i<8; i++) { SCL = 1; IIC_Delay(DELAY_TIME); da <<= 1; if(SDA) da |= 1; SCL = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); } return da;}基于IIC的AD/DA转换
unsigned char AD_Read(unsigned char addr){ unsigned char temp;
IIC_Start(); //主机发送开始信号 IIC_SendByte(0x90); //主机发送寻址信号, 确认PCF8591，写模式 IIC_WaitAck(); //主机等待应答 IIC_SendByte(addr); //主机发送一个字节(要操作数据的地址),对应AD转换的通道 IIC_WaitAck(); //主机等待应答
IIC_Start(); //主机发送开始信号 IIC_SendByte(0x91); //主机发送寻址信号, 确认PCF8591，读模式 IIC_WaitAck(); //主机等待应答 temp = IIC_RecByte(); //从机送出数据,主机读入的数据用变量存储 IIC_SendAck(1); //主机不发送应答,1表示完成数据的接收,从机停止发送数据 IIC_Stop(); //中止信号,结束IIC通信 return temp;}
void DA_Write(unsigned char Data){ IIC_Start(); //主机发送开始信号 IIC_SendByte(0x90);//主机发送寻址信号, 确认PCF8591，写模式 IIC_WaitAck(); //主机等待应答 IIC_SendByte(0x41); //主机发送一个字节(要操作数据的地址),对应DA转换的通道 IIC_WaitAck(); //主机等待应答 IIC_SendByte(Data); //主机送出DA输出的数据字节 IIC_WaitAck(); //主机等待应答 IIC_Stop(); //中止信号,结束IIC通信}基于IIC的AT24C02(EPPROM)储存器
void EEPROM_Write(unsigned char *EEPROM_String,unsigned char addr,unsigned char num){ IIC_Start();//主机发送开始信号 IIC_SendByte(0xA0);//主机发送寻址信号，确认EEPROM芯片，写模式 IIC_WaitAck();//主机等待应答 IIC_SendByte(addr);//发送一个要操作数据的地址字节,最好是八的倍数，如果不是8的倍数，将无法写入整页的字节 IIC_WaitAck();//主机等待应答
while(num--)//循环发送数据字节,存入AT24C02 { IIC_SendByte(*EEPROM_String++);//发送数据字节,要存入AT24C02的数据,字节个数为num IIC_WaitAck();//主机等待应答 IIC_Delay(200);//延时200ms,保证从机(AT24C02能够完整收到数据) }
IIC_Stop();//终止IIC通信}
void EEPROM_Read(unsigned char *EEPROM_String,unsigned char addr,unsigned char num){ IIC_Start();//主机发送开始信号 IIC_SendByte(0xA0);//主机发送寻址信号，确认EEPROM芯片，写模式 IIC_WaitAck();//主机等待应答 IIC_SendByte(addr);//发送一个要操作数据的地址字节 IIC_WaitAck();//主机等待应答
IIC_Start();//主机发送开始信号 IIC_SendByte(0xA1);//主机发送寻址信号，确认EEPROM芯片，读模式 IIC_WaitAck();//主机等待应答
while(num--)//循环接收数据字节,存入EEPROM_String指向的地址 { *EEPROM_String++=IIC_RecByte();//指针移位读取数据到对应的地址中 if(num)//判断是否读取完数据 { IIC_SendAck(0);//发送应答0,表示继续接收数据 } else { IIC_SendAck(1);//发送应答1,表示停止接收数据 } } IIC_Stop();//终止IIC通信}二、onewire模块
#include "onewire.h"#include "reg52.h"
sbit DQ = P1^4;
//单总线内部延时函数void Delay_OneWire(unsigned int t){ t *= 12; while(t--);}
//单总线写操作void Write_DS18B20(unsigned char dat){ unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; Delay_OneWire(5); DQ = 1; dat >>= 1; } Delay_OneWire(5);}
//单总线读操作unsigned char Read_DS18B20(void){ unsigned char i; unsigned char dat;
for(i=0;i<8;i++) { DQ = 0; dat >>= 1; DQ = 1; if(DQ) { dat |= 0x80; } Delay_OneWire(5); } return dat;}
//DS18B20初始化bit init_ds18b20(void){ bit initflag = 0;
DQ = 1; Delay_OneWire(12); DQ = 0; Delay_OneWire(80); DQ = 1; Delay_OneWire(10); initflag = DQ; Delay_OneWire(5);
return initflag;}
float rd_temperature(void){ unsigned char low,high; init_ds18b20();//初始化ds18b20; Write_DS18B20(0xcc);//跳过ROM指令 Write_DS18B20(0x44);//开始温度转换
init_ds18b20();//初始化ds18b20; Write_DS18B20(0xcc);//跳过ROM指令 Write_DS18B20(0xBe);//开始温度读取
low = Read_DS18B20(); high = Read_DS18B20();
return (high << 8 | low)/16.0;//二进制转十进制
}DS1302模块
DS1302（时钟芯片）底层
#include <reg52.h>#include <intrins.h>#include "ds1302.h"sbit SCK=P1^7;sbit SDA=P2^3;sbit RST = P1^3;
void Write_Ds1302(unsigned char temp){ unsigned char i; for (i=0;i<8;i++) { SCK=0; SDA=temp&0x01; temp>>=1; SCK=1; }}
void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat ){ RST=0; _nop_(); SCK=0; _nop_(); RST=1; _nop_(); Write_Ds1302(address); Write_Ds1302(dat); RST=0;}
unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address ){ unsigned char i,temp=0x00; RST=0; _nop_(); SCK=0; _nop_(); RST=1; _nop_(); Write_Ds1302(address); for (i=0;i<8;i++) { SCK=0; temp>>=1; if(SDA) temp|=0x80; SCK=1; } RST=0; _nop_(); SCK=0; _nop_(); SCK=1; _nop_(); SDA=0; _nop_(); SDA=1; _nop_(); return (temp);}基于底层的时序编写
void Set_Rtc(unsigned char* ucRtc){ unsigned char i; Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x00);//关闭写保护 for(i=0;i<3;i++) Write_Ds1302_Byte(0x84-i*2,ucRtc[i]);//给ds1302写入数据,0x84时 0x82分 0x80秒 Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x80);//打开写保护}
void Read_Rtc(unsigned char* ucRtc){ unsigned char i; for(i=0;i<3;i++) ucRtc[i] = Read_Ds1302_Byte(0x85-i*2);//读取ds1302的数据}
void Set_Date(unsigned char* ucDate){ Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x00);//关闭写保护 Write_Ds1302_Byte(0x8c,ucDate[0]); Write_Ds1302_Byte(0x88,ucDate[1]); Write_Ds1302_Byte(0x86,ucDate[2]); Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x80);}
void Read_Date(unsigned char* ucDate){ ucDate[0] = Read_Ds1302_Byte(0x8d); ucDate[1] = Read_Ds1302_Byte(0x89); ucDate[2] = Read_Ds1302_Byte(0x87);}总结
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程序模板使用到的模块：
- 系统初始化、按键、数码管、LED（继电器、蜂鸣器）
- 串口(定时器2)、超声波(PCA)，NE555(定时器0（计数器模式))，定时器1
- IIC（AD/DA转换、AT24C02存储器）、OneWire（ds18b20温度读取）
- DS1302时钟芯片
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单片机程序设计，模块化，可读性强，执行效率高，占用储存空间小，以及契合硬件电路底层原理是最重要的思路
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后续设计功能更复杂，更强的单片机/嵌入式系统时，就要拓展相关的知识面，进一步提升对单片机/各种芯片/电路的认识。
进阶
EEPROM存入多字节大小变量
方法一 多个变量值传递
unsigned int change_counter=0;//参数更改计次unsigned char EEPROM_Data[2]={0,0};//EEPROM流数组，存储int类型EEPROM_Read(EEPROM_Data,0x00,2);//EEPROM初始化读取change_counter=EEPROM_Data[0] | EEPROM_Data[1]<<8;//将EEPROM数据流转存入整型变量缺点：浪费了内存空间，逻辑繁琐
方法二 联合体
使用联合体，联合体内的元素公用一段内存空间。指定的变量只有在调用时才会使用内存空间，节省资源同时逻辑简洁直观
union{ unsigned int change_counter; unsigned char Temp[2];}EEPROM_DATA;对比
方法一
方法二
EEPROM
EEPROM读取数据需要在开中断之前，本身时序较长，容易被打断
.change_counter++;//参数改变次数加一/*将整数型变量存入数组中*/EEPROM_Data[0] = (unsigned char)(change_counter & 0xFF);//低八位写入EEPROM_Data[1] = (unsigned char)(change_counter>>8 & 0xFF);//高八位写入EEPROM_Write(&EEPROM_Data[0],0x00,2);//将EEPROM数据流存入AT24C02 【蓝桥杯】01 - 程序模板设计
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