蓝桥杯第十二届省赛代码解析（51单片机）

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一、项目整体结构

 第十二届省赛/
 ├── Driver/          # 底层驱动层
 │   ├── Init.c/h     # 系统初始化
 │   ├── Led.c/h      # LED 与蜂鸣器、继电器驱动
 │   ├── Key.c/h      # 矩阵键盘驱动
 │   ├── Seg.c/h      # 数码管驱动
 │   ├── iic.c/h      # I2C 总线 + DAC 驱动
 │   └── onewire.c/h  # 单总线 + DS18B20 温度驱动
 └── User/
     └── main.c       # 主程序逻辑

硬件平台： STC15F2K60S2 单片机（蓝桥杯 CT107D 竞赛板）

功能概述：

• 实时采集 DS18B20 温度

• 三种显示界面（温度 / 参数设置 / DAC电压）

• 两种 DAC 输出模式

• LED 指示当前状态

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二、底层驱动模块详解

2.1 系统初始化 Init.c

 void System_Init()
 {
     P0 = 0xff;
     P2 = P2 & 0x1f | 0x80;  // 打开 LED 锁存器
     P2 &= 0x1f;              // 关闭锁存器
 ​
     P0 = 0x00;
     P2 = P2 & 0x1f | 0xa0;  // 打开蜂鸣器/继电器锁存器
     P2 &= 0x1f;
 }

原理： CT107D 板使用 74HC573 锁存器控制外设，P2 的高 3 位（P2.7~P2.5）作为锁存器片选。

P2[7:5]	控制的外设
100 (0x80)	LED 锁存器
101 (0xA0)	蜂鸣器/继电器锁存器
110 (0xC0)	数码管位选锁存器
111 (0xE0)	数码管段选锁存器

初始化目的：

• 先将 P0 = 0xFF，打开 LED 锁存器 → 所有 LED 熄灭（低电平亮，高电平灭）

• 再将 P0 = 0x00，打开蜂鸣器锁存器 → 蜂鸣器和继电器关闭

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2.2 LED 驱动 Led.c

 void Led_Disp(unsigned char addr, enable)
 {
     static unsigned char temp = 0x00;
     static unsigned char temp_old = 0xff;
     if(enable)
         temp |= 0x01 << addr;   // 置位对应 bit
     else
         temp &= ~(0x01 << addr); // 清零对应 bit
     if(temp != temp_old)         // 只有数据变化时才刷新硬件
     {
         P0 = ~temp;              // LED 低电平点亮，取反
         P2 = P2 & 0x1f | 0x80;
         P2 &= 0x1f;
         temp_old = temp;
     }
 }

要点：

• addr：LED 编号（0~7 对应 L1~L8）

• enable：1=点亮，0=熄灭

• 使用 static 变量保存当前 LED 状态，避免每次调用都写硬件（减少总线操作）

• temp != temp_old 判断：只有状态改变时才操作锁存器，这是竞赛代码常用的优化技巧

同文件还有：

• Beep(flag)：控制蜂鸣器（bit6 = 0x40）

• Relay(flag)：控制继电器（bit4 = 0x10）

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2.3 矩阵键盘 Key.c

CT107D 使用 4×4 矩阵键盘，行列扫描法：

 列（输出）：P44, P42, P35, P34
 行（输入）：P33, P32, P31, P30

扫描逻辑： 每次只拉低一列，检测四行是否有低电平。

 P44=0; P42=1; P35=1; P34=1;  // 拉低第1列
 if(P33==0) temp = 4;  // S4
 if(P32==0) temp = 5;  // S5
 ...

键码映射表：

按键	键码	本题作用
S4	4	界面切换
S5	5	输出模式切换
S8	8	参数自减
S9	9	参数自加

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2.4 数码管驱动 Seg.c

 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, // 10 → 熄灭
     0xc6, // 11 → C
     0x8c, // 12 → P
     0x88  // 13 → A
 };

显示流程（动态扫描）：

 1. 先关段选（P0=0xff，送段选锁存器）→ 消影
 2. 送位选数据（选中哪一位数码管）
 3. 送段选数据（显示什么字符）
 4. 若 point=1，则 P0 &= 0x7f（点亮小数点，最高位为小数点，低电平有效）

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2.5 I2C 总线 + DAC 驱动 iic.c

硬件： PCF8591（8位 DAC/ADC 芯片），通过 I2C 连接。

• SDA → P2.1

• SCL → P2.0

I2C 时序关键函数

函数	作用
IIC_Start()	产生起始信号（SCL高时SDA下降沿）
IIC_Stop()	产生停止信号（SCL高时SDA上升沿）
IIC_SendByte()	发送1字节（MSB先发）
IIC_WaitAck()	等待从机应答

DAC 写入函数

 void Da_Write(unsigned char dat)
 {
     IIC_Start();
     IIC_SendByte(0x90);  // PCF8591 写地址（地址0x48，写操作）
     IIC_WaitAck();
     IIC_SendByte(0x41);  // 控制字节：启用DAC输出（bit6=1），选通道1
     IIC_WaitAck();
     IIC_SendByte(dat);   // DAC 数值（0~255 对应 0~5V）
     IIC_WaitAck();
     IIC_Stop();
 }

电压换算： dat = Voltage * 51

• 5V → 255，0V → 0，1V → 51，4V → 204

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2.6 单总线 DS18B20 温度驱动 onewire.c

数据线： P1.4 (DQ)

读温度完整流程

 float rd_temperature()
 {
     // 第一步：发送转换命令
     init_ds18b20();        // 复位
     Write_DS18B20(0xcc);   // 跳过 ROM（Skip ROM）
     Write_DS18B20(0x44);   // 开始温度转换
 ​
     // 第二步：读取温度数据
     init_ds18b20();        // 再次复位
     Write_DS18B20(0xcc);   // 跳过 ROM
     Write_DS18B20(0xbe);   // 读暂存器（Read Scratchpad）
     low  = Read_DS18B20(); // 读低字节
     high = Read_DS18B20(); // 读高字节
 ​
     return ((high<<8) | low) / 16.0; // 分辨率0.0625°C，除以16换算
 }

温度换算原理：

• DS18B20 返回 12 位原始数据，单位 1/16 °C

• 例：原始值 0x01A0 = 416，416 ÷ 16 = 26.0°C

为什么上电要先读一次再延时750ms？

• DS18B20 上电默认温度寄存器为 85°C（出厂复位值）

• 上电后立即读会得到 85°C 的错误值

• 先触发一次转换并等待 750ms（12位分辨率最大转换时间），再读才准确

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三、主程序逻辑 main.c

3.1 全局变量

 unsigned char Key_Val, Key_Down, Key_Old, Key_Up; // 按键状态
 unsigned char Seg_Buf[8];     // 数码管显示缓存（8位）
 unsigned char Seg_Point[8];   // 小数点控制
 unsigned char Seg_Disp_Mode;  // 显示界面：0=温度 1=参数设置 2=DAC
 unsigned char Temperature_Params_Ctrol = 25; // 温度阈值（默认25°C）
 float Voltage_Output;         // DAC 输出电压
 float Temperature;            // 实时温度
 bit Ouput_Mode;               // DAC模式：0=温控 1=线性

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3.2 按键处理 Key_Proc()

边沿检测算法（竞赛必背！）

 Key_Val  = Key_Read();              // 当前键值
 Key_Down = Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val);  // 下降沿（按下瞬间）
 Key_Up   = ~Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val); // 上升沿（松开瞬间）
 Key_Old  = Key_Val;                 // 保存本次键值

原理图解：

 Key_Old ^ Key_Val  → 找出"发生变化的位"
 Key_Val  &  变化位  → 变化且当前为1 → 下降沿（从0变1，注意低电平有效则为按下）
 ~Key_Val &  变化位  → 变化且当前为0 → 上升沿（从1变0）

注意：Key_Read() 中按键按下返回非零键码，未按下返回 0。 所以 Key_Down != 0 代表刚按下某键。

按键功能逻辑

按键	键码	功能
S4	4	界面循环切换（0→1→2→0），进入界面1时同步控制值到显示值，离开界面1时保存设置
S8	8	界面1中：温度参数-1（最小0）
S9	9	界面1中：温度参数+1（最大99）
S5	5	切换 DAC 输出模式（异或翻转）

界面切换时的数据同步逻辑：

 进入界面1：Temperature_Params = Temperature_Params_Ctrol（用实际值初始化编辑值）
 离开界面1（进入界面2时）：Temperature_Params_Ctrol = Temperature_Params（保存编辑值）

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3.3 数据显示 Seg_Proc()

每 500ms 执行一次（由 Seg_Slow_Down 控制）。

界面 0：温度显示

 显示格式：C - - XX.XX
 Seg_Buf[0] = 11  → 显示 'C'
 Seg_Buf[4..7]    → 温度值（整数2位 + 小数2位）
 Seg_Point[5] = 1 → 第6位有小数点（即 XX.XX）

数字拆分方法：

 // 设 Temperature = 26.75
 (unsigned char)Temperature       = 26       // 截断整数部分
 (unsigned char)Temperature / 10 % 10 = 2   // 十位
 (unsigned char)Temperature % 10       = 6  // 个位
 (unsigned int)(Temperature * 100)     = 2675
 2675 / 10 % 10 = 7                         // 第一位小数
 2675 % 10      = 5                         // 第二位小数

界面 1：参数设置

 显示格式：P - - - - XX
 Seg_Buf[0] = 12  → 显示 'P'
 Seg_Buf[4~5] = 10 → 熄灭（不显示）
 Seg_Buf[6~7]     → 温度参数（0~99）

界面 2：DAC 电压显示

 显示格式：A - - - X.XX
 Seg_Buf[0] = 13  → 显示 'A'
 Seg_Buf[5~7]     → 电压值（整数1位 + 小数2位）

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3.4 LED 与 DAC 控制 Led_Proc()

DAC 输出逻辑

模式 0（温控模式，Ouput_Mode = 0）：

 实时温度 > 阈值 → 输出 5V
 实时温度 ≤ 阈值 → 输出 0V

模式 1（线性模式，Ouput_Mode = 1）：

 温度 < 20°C  → 输出 1V
 温度 > 40°C  → 输出 4V
 20°C ~ 40°C  → 输出 = 0.15 × (温度 - 20) + 1（线性插值）

线性关系：斜率 = (4-1)/(40-20) = 0.15 V/°C

DAC 数值换算：

 Da_Write(Voltage_Output * 51);
 // 5V = 255 = 5×51，所以乘51即可

LED 指示

 ucLed[0] = !Ouput_Mode;     // L1: 模式0时亮（温控模式指示）
 ucLed[1] = (0 == Seg_Disp_Mode); // L2: 温度界面时亮
 ucLed[2] = (1 == Seg_Disp_Mode); // L3: 参数界面时亮
 ucLed[3] = (2 == Seg_Disp_Mode); // L4: DAC界面时亮

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3.5 定时器中断 Timer0Init() & Timer0Server()

定时器配置： 1ms 中断 @ 12MHz，12T 模式

 TL0 = 0x18; TH0 = 0xFC;  // 计数初值 0xFC18 = 64536，65536-64536 = 1000 个机器周期 = 1ms

中断服务函数（每 1ms 执行一次）：

 void Timer0Server() interrupt 1
 {
     if(++Key_Slow_Down == 10)  Key_Slow_Down = 0;  // 10ms 执行一次按键扫描
     if(++Seg_Slow_Down == 500) Seg_Slow_Down = 0;  // 500ms 执行一次数据采集/显示
     if(++Seg_Pos == 8) Seg_Pos = 0;                // 数码管位置轮询（0~7）
     Seg_Disp(Seg_Pos, Seg_Buf[Seg_Pos], Seg_Point[Seg_Pos]); // 刷新当前位数码管
     Led_Disp(Seg_Pos, ucLed[Seg_Pos]);             // 刷新当前位 LED
 }

动态扫描原理：

• 每 1ms 刷新一位数码管，8位轮一圈需 8ms

• 刷新频率 = 125Hz，人眼看起来是同时亮的（视觉暂留）

• 同时复用 Seg_Pos 控制 LED，因为 LED 和数码管位选共用 P2 控制结构

减速计数器（Rate Limiting）：

 变量               计数上限   实际频率
 Key_Slow_Down       10       → 10ms 执行一次 Key_Proc()
 Seg_Slow_Down       500      → 500ms 执行一次 Seg_Proc()

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四、程序执行流程

 上电
   │
   ├─ rd_temperature()  ← 触发一次温度转换（丢弃结果）
   ├─ Delay750ms()      ← 等待转换完成，避免读到85°C
   ├─ System_Init()     ← 初始化 LED 和外设为关闭状态
   ├─ Timer0Init()      ← 启动定时器中断
   │
   └─ while(1) 主循环
        ├─ Key_Proc()   ← 每 10ms：读键值，处理按键事件
        ├─ Seg_Proc()   ← 每 500ms：采集温度，更新数码管缓存
        └─ Led_Proc()   ← 每次循环：计算 DAC 值并输出，更新 LED 状态
 ​
   （后台：Timer0 每 1ms 中断一次）
        ├─ 驱动数码管动态扫描
        ├─ 驱动 LED 刷新
        └─ 维护减速计数器

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五、关键知识点总结（竞赛备考）

5.1 锁存器操作模板

 // 向某锁存器输出数据的固定写法：
 P0 = data;
 P2 = P2 & 0x1f | 0xX0;  // X0 = 对应锁存器地址
 P2 &= 0x1f;              // 关闭锁存器（锁存数据）

5.2 按键边沿检测模板

 Key_Val  = Key_Read();
 Key_Down = Key_Val  & (Key_Old ^ Key_Val);  // 按下事件
 Key_Up   = ~Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val);  // 松开事件
 Key_Old  = Key_Val;

5.3 减速计数器模板

 // 在中断中：
 if(++counter == N) counter = 0;
 ​
 // 在主循环处理函数中：
 void Xxx_Proc() {
     if(counter) return;  // counter 不为0时跳过（即 N-1 次都跳过）
     // 实际处理...
 }

效果：每 N ms 执行一次该函数。

5.4 DS18B20 温度读取要点

1. 每次读温度需要两次初始化

2. 第一次：发转换命令 0xCC + 0x44

3. 第二次：发读取命令 0xCC + 0xBE，然后读两字节

4. 原始值 ÷ 16.0 = 摄氏温度

5. 上电后必须等 750ms 再读，否则返回 85°C

5.5 DAC 输出电压换算

 PCF8591：5V 参考电压，8位分辨率
 DAC 数值 = 目标电压 × 255 / 5 = 目标电压 × 51

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