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();
   }
}