蓝桥杯第八届省赛题笔记------基于单片机的电子钟程序设计与调试

题目要求：

一、基本要求

1.1 使用 CT107D 单片机竞赛板，完成“电子钟”功能的程序设计与调试；
1.2 设计与调试过程中，可参考组委会提供的“资源数据包”；
1.3 Keil 工程文件以准考证号命名，保存在以准考证号命名的考生文件夹中。

二、硬件框图

三、功能描述

3.1 初始化

1 ）关闭蜂鸣器、继电器等无关外设；
2 ）设备初始化时钟为 23 时 59 分 50 秒，闹钟提醒时间 0 时 0 分 0 秒。

3.2 显示功能

1) 时间显示格式
2) 温度显示格式

3.3 按键功能

1 ）按键 S7 定义为“时钟设置”按键，通过该按键可切换选择待调整的
时、分、秒，当前选择的显示单元以 1 秒为间隔亮灭，时、分、秒
的调整需注意数据边界属性。
2 ）按键 S6 定义为“闹钟设置”按键，通过该按键可进入闹钟时间设置
功能，数码管显示当前设定的闹钟时间。
3 ）按键 S5 定义为“加”按键，在“时钟设置”或“闹钟设置”状态下，
每次按下该按键当前选择的单元（时、分或秒）增加 1 个单位。
4 ）按键 S4 定义为“减”按键，在“时钟设置”或“闹钟设置”状态下，
每次按下该按键当前选择的单元（时、分或秒）减少 1 个单位。
5 ）按键功能说明：
按键 S4 、 S5 的“加”、“减”功能只在“时钟设置”或“闹钟设置”
状态下有效；
在 “时钟显示”状态下，按下 S4 按键，显示温度数据，松开按键，
返回“时钟显示”界面。

3.4 闹钟提示功能

1 ）指示灯 L1 以 0.2 秒为间隔闪烁，持续 5 秒钟；
2 ）闹钟提示状态下，按下任意按键，关闭闪烁提示功能。

底层函数内容：


1.初始化底层驱动专用文件

比如先用3个IO口控制74HC138译码器，控制Y4为低电平；当Y4为低电平时，或非门74HC02控制Y4C为高电平，使74HC573的OE端口有效，OE端口有效时，可使用P0口控制LED的亮灭。
可以去多了解74HC138译码器，74HC02或非门，74HC573八路输出透明锁存器的相关内容会更好理解
#include <Init.h>

//关闭外设
void System_Init()
{
    P0 = 0xff;
    P2 = P2 & 0x1f | 0x80;
    P2 &= 0x1f;
    P0 = 0x00;
    P2 = P2 & 0x1f | 0xa0;
    P2 &= 0x1f;
}

#include <STC15F2K60S2.H>
void System_Init();

2.Led底层驱动专用文件

与初始化底层驱动专用文件同理，需要了解对应的锁存器控制，可以在使用的芯片数据手册查看
#include <Led.h>

void Led_Disp(unsigned char addr,enable)
{
    static unsigned char temp = 0x00;
    static unsigned char temp_old = 0xff;
    if(enable)
        temp |= 0x01 << addr;
    else
        temp &= ~(0x01 << addr);
    if(temp != temp_old)
    {
        P0 = ~temp;
        P2 = P2 & 0x1f |0x80;
        P2 &= 0x1f;
        temp_old = temp;
    }
}

#include <STC15F2K60S2.H>
void Led_Disp(unsigned char addr,enable);


3.按键底层驱动专用文件

（板子上的按键从按键4开始到按键19，可根据实际硬件修改）
#include "Key.h"
unsigned char Key_Read()
{
    unsigned char temp = 0;
    if(P33 == 0)temp = 4;
    if(P32 == 0)temp = 5;
    if(P31 == 0)temp = 6;
    if(P30 == 0)temp = 7;
    return temp;
}
//头文件
#include <STC15F2K60S2.H>

unsigned char Key_Read();

4.数码管底层驱动专用文件

（这个板子使用的为共阳数码管，若使用的为共阴数码管要更换对应的段码表和位选表；与初始化底层驱动专用文件同理，需要了解对应的锁存器控制，可以在使用的芯片数据手册查看）
#include <Seg.h>
code unsigned char Seg_Dula[] = 
{
0xc0, //0
0xf9, //1
0xa4, //2
0xb0, //3
0x99, //4
0x92, //5
0x82, //6
0xf8, //7
0x80, //8
0x90, //9
0xff,
//0x88, //A
//0x83, //b
//0xc6, //C
//0xa1, //d
//0x86, //E
//0x8e //F
0xbf, //-
0xc6
};
unsigned char Seg_Wela[] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
void Seg_Disp(unsigned char wela,dula,point)
{
    P0 = 0xff;
    P2 = P2 & 0x1f | 0xe0;
    P2 &= 0x1f;
    P0 = Seg_Wela[wela];
    P2 = P2 & 0x1f | 0xc0;
    P2 &= 0x1f;
    P0 = Seg_Dula[dula];
    if(point)
        P0 &= 0x7f;
    P2 = P2 & 0x1f | 0xe0;
    P2 &= 0x1f;
}
//头文件
#include <STC15F2K60S2.H>

void Seg_Disp(unsigned char wela,dula,point);

5.//温度底层驱动专用头文件

/*    #     单总线代码片段说明
    1.     本文件夹中提供的驱动代码供参赛选手完成程序设计参考。
    2.     参赛选手可以自行编写相关代码或以该代码为基础，根据所选单片机类型、运行速度和试题
        中对单片机时钟频率的要求，进行代码调试和修改。
*/
/*    #     单总线代码片段说明
    1.     本文件夹中提供的驱动代码供参赛选手完成程序设计参考。
    2.     参赛选手可以自行编写相关代码或以该代码为基础，根据所选单片机类型、运行速度和试题
        中对单片机时钟频率的要求，进行代码调试和修改。
*/

#include "onewire.h"
sbit DQ = P1^4;

//单总线内部延时函数

void Delay_OneWire(unsigned int t)  
{
    unsigned char i;
    while(t--){
        for(i=0;i<12;i++);
    }
}

//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;
}

//函数名：读取温度函数

//入口参数：无
//函数功能：完成温度转换，并返回转换之后的温度数据
float Read_Temperature()
{
    unsigned char high,low;//返回温度数据的低八位和高八位
    init_ds18b20();//初始化
    Write_DS18B20(0xcc);//跳过ROM
    Write_DS18B20(0x44);//开始温度转换
    init_ds18b20();//初始化
    Write_DS18B20(0xcc);//跳过ROM
    Write_DS18B20(0xbe);//读取温度
    low = Read_DS18B20();//读取低位
    high = Read_DS18B20();//读取高位
    return ((high << 8) |low) / 16.0;//返回温度保留后两位精度数据

}
//头文件
#include <STC15F2K60S2.H>

float Read_Temperature();

6.//时钟底层驱动专用头文件

/*    #     DS1302代码片段说明
    1.     本文件夹中提供的驱动代码供参赛选手完成程序设计参考。
    2.     参赛选手可以自行编写相关代码或以该代码为基础，根据所选单片机类型、运行速度和试题
        中对单片机时钟频率的要求，进行代码调试和修改。

*/    
#include "ds1302.h"
#include <intrins.h>

sbit SCK = P1^7;
sbit SDA = P2^3;
sbit RST = P1^3;

//写字节

void Write_Ds1302(unsigned  char temp) 
{
    unsigned char i;
    for (i=0;i<8;i++)         
    { 
        SCK = 0;
        SDA = temp&0x01;
        temp>>=1; 
        SCK=1;
    }
}   


//向DS1302寄存器写入数据

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; 
}

//从DS1302寄存器读出数据

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);            
}

//设置时钟，可以根据数据手册调整要设置的时钟状态，这里设置的为时分秒

void Set_Rct(unsigned char*ucRct)//unsigned char* ucRtc指向我存放时分秒的数组指针
{
    unsigned char i;

    Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x00);
    for(i=0;i<3;i++)
    Write_Ds1302_Byte(0x84-2*i,ucRct[i]);
    Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x80);
}

//读取时钟

void Read_Rct(unsigned char*ucRct)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<3;i++)
    ucRct[i] = Read_Ds1302_Byte(0x85-2*i);
}
//头文件
#include <STC15F2K60S2.H>

void Write_Ds1302(unsigned  char temp) ;
void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat );
unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address );
void Set_Rct(unsigned char*ucRct);
void Read_Rct(unsigned char*ucRct);

工程主函数内容：

1.头文件声明（把需要用到的头文件添加进来）

//头文件声明区
#include <STC15F2K60S2.H>//单片机寄存器专用头文件
#include "Init.h"//初始化底层驱动专用头文件
#include "Led.h"//Led底层驱动专用头文件
#include "Key.h"//按键底层驱动专用头文件
#include "Seg.h"//数码管底层驱动专用头文件
#include "ds1302.h"//时钟底层驱动专用头文件
#include "onewire.h"//温度底层驱动专用头文件

2.变量声明（把需要用到的所有变量现在这里进行声明）

//变量声明区
unsigned char Key_Val,Key_Old,Key_Down,Key_Up;//按键专用变量
unsigned char Key_Slow_Down;//按键减速专用变量
unsigned char Seg_Pos;//数码管扫描专用变量
unsigned char Seg_Slow_Down;//数码管减速专用变量
unsigned char Seg_Buf[8] = {10,10,10,10,10,10,10,10};//数码管显示数据存放数组
unsigned char Seg_Point[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};//数码管小数点数据存放数组
unsigned char ucLed[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};//Led显示数据存放数组

unsigned char Seg_Disp_Mode;//数码管显示模式变量 0-时间相关 1-温度相关
unsigned char Seg_Index;//时间相关显示内容 0-时钟显示 1-时钟设置 2-闹钟设置
unsigned char ucRct[3] = {0x23,0x59,0x50};//实时时钟数据数组 上电默认时间23:59:55
unsigned char ucRct_Set[3] = {0x23,0x59,0x50};//时钟数据设置数组
unsigned char ucRct_Index;//时钟设置数组指针
unsigned int Timer_500ms;//五百毫秒计时变量
bit Seg_Star_Flag;//数码管闪烁标志位
unsigned char Alarm[3] = {0x00,0x00,0x00};//闹钟数据储存数组
unsigned char Alarm_Set[3] = {0x00,0x00,0x00};//闹钟数据设置数组
unsigned char* Data_Flag[3] = {ucRct,ucRct_Set,Alarm_Set};//简化程序专用指针数组
bit Beep_Flag;//闹钟使能标志位 0-不使能 1-使能
unsigned int Timer_200ms;//两百毫秒计时变量
bit Led_Star_Flag;//Led闪烁标志位
unsigned char Temperature;//实时温度储存变量

3.按键处理函数（在这里编写按键控制的函数）

//键盘处理函数
void Key_Proc()
{
    unsigned char i;//For循环专用变量
    if(Key_Slow_Down)return;
    Key_Slow_Down = 1;//键盘减速程序
    Key_Val = Key_Read();//实时读取键码值
    Key_Down = Key_Val & (Key_Val ^ Key_Old);//捕捉按键下降沿
    Key_Up = ~ Key_Val & (Key_Val ^ Key_Old);//捕捉按键上升沿
    Key_Old = Key_Val;//辅助扫描变量
    
    if(Beep_Flag == 1)//闹钟使能状态
    {
        if(Key_Down != 0)//按下任意按键
            Beep_Flag = 0;//关闭闹钟
        return;//跳出按键子程序 避免执行下面的语句
    }
    if(Seg_Index == 0)//处于非设置界面
    {
        if(Key_Old == 4)
            Seg_Disp_Mode = 1;
        else
            Seg_Disp_Mode = 0;
    }
    switch (Key_Down)
    {
        case 7://时钟设置
            if(Seg_Disp_Mode == 0)//处于时钟相关界面
            {
                if(Seg_Index == 0)//处于时钟显示界面
                {
                    for(i=0;i<3;i++)
                        ucRct_Set[i] = ucRct[i];//读取实时数据
                    Seg_Index = 1;//切换到时钟设置界面
                }
                else if(Seg_Index == 1)//处于时钟设置界面
                {
                    if(++ucRct_Index == 3)
                    {
                        Set_Rct(ucRct_Set);//保存时钟数据
                        ucRct_Index = 0;//切换到时钟显示界面
                        Seg_Index = 0;//指针复位
                    }
                }
            }
            break;
        case 6://闹钟设置
            if(Seg_Disp_Mode == 0)//处于时钟相关界面
            {
                if(Seg_Index == 0)//处于时钟显示界面
                    Seg_Index = 2;//切换到闹钟设置界面
                else if(Seg_Index == 2)//处于闹钟设置界面
                {
                    if(++ucRct_Index == 3)
                    {
                        for(i=0;i<3;i++)
                        Alarm[1] = Alarm_Set[i];//保存闹钟数据
                        ucRct_Index = 0;//切换到时钟显示界面
                        Seg_Index = 0;//指针复位
                    }
                }
            }
            break;
        case 5://参数自加
            if(Seg_Disp_Mode == 0)//时钟相关
            {
//                if(Seg_Index == 1)//设置时钟
//                {
//                    ucRct_Set[ucRct_Index]++;
//                    if(ucRct_Set[ucRct_Index] % 16 == 0x0a)//16进制 (9+1)=A
//                        ucRct_Set[ucRct_Index] += 6;//16进制(A+6)=10
//                    if(ucRct_Set[ucRct_Index] == (ucRct_Index?0x60:0x24))//使用BCD码的形式存储，用十六进制计算显示
//                        ucRct_Set[ucRct_Index] = (ucRct_Index?0x59:0x23);
//                }
                Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index]++;
                if(Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] % 16 == 0x0a)//16进制 (9+1)=A //使用BCD码的形式存储，用十六进制计算显示
                    Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] += 6;//16进制(A+6)=10
                if(Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] == (ucRct_Index?0x60:0x24))//设置上限
                    Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] = (ucRct_Index?0x59:0x23);
                    
            }
            break;
            case 4:
            if(Seg_Disp_Mode == 0)//时钟相关
            {
//                if(Seg_Index == 1)//设置时钟
//                {
//                    ucRct_Set[ucRct_Index]--;
//                    if(ucRct_Set[ucRct_Index] % 16 == 0x0f)//16进制 (10-1)=F //BCD码需要手动进行十进制进位
//                        ucRct_Set[ucRct_Index] -= 6;//16进制 (F-6)=9
//                    if(ucRct_Set[ucRct_Index] == 0xf9)//16进制（0-7）=FFFF FFFF FFFF FFF9 取最后两位
//                        ucRct_Set[ucRct_Index] = 0;
//                }
                Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index]--;
                if(Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] % 16 == 0x0f)//16进制 (10-1)=F //BCD码需要手动进行十进制进位
                    Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] -= 6;//16进制 (F-6)=9
                if(Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] == 0xf9)//16进制（0-7）=FFFF FFFF FFFF FFF9 取最后两位 //设置下限
                    Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] = 0;
                
            }
            break;
    }
}

4.信息处理函数（需要使用到到的函数进行简单的预处理）

//信息处理函数
void Seg_Proc()
{
    unsigned char i;//For循环专用变量
    if(Seg_Slow_Down)return;
    Seg_Slow_Down = 1;//数码管减速程序
    
    //数据读取区域
    Read_Rct(ucRct);//实时读取时钟数据
    Temperature = Read_Temperature();//实时读取温度数据
    //数据显示区域
//    if(Seg_Disp_Mode == 0)//时钟  
//        switch (Seg_Index)
//        {
//            case 0://时钟显示
//                Seg_Buf[2] = Seg_Buf[5] = 11;
//                for(i=0;i<3;i++)
//                {
//                    Seg_Buf[3*i] = ucRct[i] / 16;
//                    Seg_Buf[3*i+1] = ucRct[i] % 16;
//                }
//                break;
//            case 1://时钟设置
//                Seg_Buf[2] = Seg_Buf[5] = 11;
//                for(i=0;i<3;i++)
//                {
//                    Seg_Buf[3*i] = ucRct_Set[i] / 16;
//                    Seg_Buf[3*i+1] = ucRct_Set[i] % 16;
//                }
//                Seg_Buf[3*ucRct_Index] = Seg_Star_Flag?10:ucRct_Set[ucRct_Index] / 16;
//                Seg_Buf[3*ucRct_Index+1] = Seg_Star_Flag?10:ucRct_Set[ucRct_Index] % 16;
//                break;
//        }
/* 
            遇到在某个状态下显示格式不变 
            但是显示数据数组需要发生改变时
            可以将这些数组按照顺序放入一个指针数组内
            然后通过访问指针数组达到简化程序的目的
        */
        if(Seg_Disp_Mode == 0)//时钟
        {
            Seg_Buf[2] = Seg_Buf[5] = 11;
            for(i=0;i<3;i++)
                {
                    Seg_Buf[3*i] = Data_Flag[Seg_Index][i] / 16;
                    Seg_Buf[3*i+1] = Data_Flag[Seg_Index][i] % 16;
                }
                if(Seg_Index >0)//闪烁使能
                {
                    Seg_Buf[3*ucRct_Index] = Seg_Star_Flag?10:Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] / 16;
                    Seg_Buf[3*ucRct_Index+1] = Seg_Star_Flag?10:Data_Flag[Seg_Index][ucRct_Index] % 16;
                }
        }
        else//温度
        {
            for(i=0;i<5;i++)
                Seg_Buf[i] = 10;
            Seg_Buf[5] = Temperature / 10;
            Seg_Buf[6] = Temperature % 10;
            Seg_Buf[7] = 12;
        }
}

5.其他函数（其他编写的函数，在这里书写会比较方便理解）

//其他函数
void Led_Prov()
{
    if(Alarm[0] == ucRct[0] && Alarm[1] == ucRct[1] && Alarm[2] == ucRct[2])//闹钟使能
        Beep_Flag = 1;
    if((ucRct[2] % 16)== (Alarm[2] % 16 + 5))//过五秒后
        Beep_Flag = 0;    
    ucLed[0] = Led_Star_Flag & Beep_Flag;//只有在闹钟使能条件下闪烁 //char 和bit 不能相乘，所以把*改成&
}


6.定时器中断初始化函数

（这个可以使用STC的定时器计算那里生成c代码，后面要自己添加ET0,EA打开中断）
//定时器中断初始化函数
void Timer0Init(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;        //设置定时初值
    TH0 = 0xFC;        //设置定时初值
    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
}

7.定时器1中断服务函数

（为了定时执行特定的任务，如此处设置了定时的时间触发了数码管和LED产生特定反应）//中断在测试时可以先注释掉，但是这里按键状态有延时，测试按键时可以解除注释

//定时器中断服务函数
void Timer0server()interrupt 1
{
    if(++Key_Slow_Down == 10)Key_Slow_Down = 0;//键盘减速专用
    if(++Seg_Slow_Down == 200)Seg_Slow_Down = 0;//数码管减速时间过长有时候会影响数码管的刷新，有问题的时候减短减速时间
    if(++Seg_Pos == 8)Seg_Pos = 0;//数码管显示专用
    Seg_Disp(Seg_Pos,Seg_Buf[Seg_Pos],Seg_Point[Seg_Pos]);
    Led_Disp(Seg_Pos,ucLed[Seg_Pos]);
    if(++Timer_500ms == 500)
    {
        Timer_500ms = 0;
        Seg_Star_Flag ^= 1;
    }
    if(++Timer_200ms == 200)
    {
        Timer_200ms = 0;
        Led_Star_Flag ^= 1;
    }
}


8.主函数Main（调用书写的函数实现所需的相应功能）

//Main
void main()
{   
    Set_Rct(ucRct);//上电初始化实时时钟
    Timer0Init();
    Sys_Init();
    while(1)
    {
        Key_Proc();
        Seg_Proc();
        Led_Prov();
    }
}

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