蓝桥杯第九届省赛题-----彩灯控制系统笔记

题目要求：

一、基本要求

1.1 使用 CT107D 单片机竞赛板，完成“彩灯控制器”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，完成设计后，提交完整、可编译的 Keil

工程文件到服务器。

二、硬件框图

三、功能描述

3.1 基本功能描述

通过单片机控制 8 个 LED 指示灯按照特定的顺序（工作模式）亮灭；指

示灯的流转间隔可通过按键调整，亮度可由电位器 RB2 进行控制；各工

作模式的流转间隔时间需在 E2PROM 中保存，并可在硬件重新上电后，

自动载入。

3.2 设计说明

1 ）关闭蜂鸣器、继电器等与本试题程序设计无关的外设资源；

2 ）设备上电后默认数码管、 LED 指示灯均为熄灭状态；

单片机

LED 指示灯

按键

模拟输入

数码管显示

E2PROM 存储器 3 ）流转间隔可调整范围为 400ms-1200ms ；

4 ）设备固定按照模式 1 、模式 2 、模式 3 、模式 4 的次序循环往复运行。

3.3 LED 指示灯工作模式

1 ）模式 1 ：按照 L1 、 L2…L8 的顺序，从左到右单循环点亮。

2 ）模式 2 ：按照 L8 、 L7…L1 的顺序，从右到左单循环点亮。

3.4 亮度等级控制

检测电位器 RB2 的输出电压，控制 8 个 LED 指示灯的亮度，要求在 0V-5V

的可调区间内，实现 4 个均匀分布的 LED 指示灯亮度等级。

3.5 按键功能

1 ）按键 S7 定义为“启动 / 停止”按键，按下后启动或停止 LED 的流转。

2 ）按键 S6 定义为“设置”按键，按键按下后数码管进入“流转间隔”

设置界面，如下图所示：

通过按键 S6 可切换选择“运行模式”和“流转间隔”两个显示单元，

当前被选择的显示单元以 0.8 秒为间隔亮灭。

3 ）按键 S5 定义为“加”按键，在设置界面下，按下该键，若当前选择

的是运行模式，则运行模式编号加 1 ，若当前选择的是流转间隔，则

流转间隔增加 100ms 。

4 ）按键 S4 定义为“减”按键，在设置界面下，按下该键，若当前选择

的是运行模式，则运行模式编号减 1 ，若当前选择的是流转间隔，则

流转间隔减少 100ms 。

5 ）按键功能说明：

a ）按键 S4 、 S5 的“加”、“减”功能只在“设置状态”下有效，数

值的调整应注意边界属性。

b ）在非“设置状态”下，按下 S4 按键可显示指示灯当前的亮度等

级， 4 个亮度等级从暗到亮，依次用数字 1 、 2 、 3 、 4 表示；松开

S4 按键，数码管显示关闭。

亮度等级的显示格式如下图所示：

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;
   P44 = 0;P42 =1; P35 = 1; P34 = 1;
   if(P33 == 0)temp = 4;
   if(P32 == 0)temp = 5;
   if(P31 == 0)temp = 6;
   if(P30 == 0)temp = 7;
   P44 = 1;P42 =0; P35 = 1; P34 = 1;
   if(P33 == 0)temp = 8;
   if(P32 == 0)temp = 9;
   if(P31 == 0)temp = 10;
   if(P30 == 0)temp = 11;
   P44 = 1;P42 =1; P35 = 0; P34 = 1;
   if(P33 == 0)temp = 12;
   if(P32 == 0)temp = 13;
   if(P31 == 0)temp = 14;
   if(P30 == 0)temp = 15;
   P44 = 1;P42 =1; P35 = 1; P34 = 0;
   if(P33 == 0)temp = 16;
   if(P32 == 0)temp = 17;
   if(P31 == 0)temp = 18;
   if(P30 == 0)temp = 19;
   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>

unsigned char Seg_Dula[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};//数码管段码储存数组
unsigned char Seg_Wela[] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//数码管位码储存数组

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.数模转换底层驱动专用头文件

/*   # I2C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 "iic.h"
#include <intrins.h>

#define DELAY_TIME 5
#define Photo_Res_Channel 0c41
#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

static void I2C_Delay(unsigned char n)
{
do
{
_nop_();
}
while(n--);
}

//总线启动条件

void I2CStart(void)
{
sda = 1;
scl = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
sda = 0;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
scl = 0;
}

//总线停止条件

void I2CStop(void)
{
sda = 0;
scl = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
sda = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
}

//通过I2C总线发送数据

void I2CSendByte(unsigned char byt)
{
unsigned char i;

for(i=0; i<8; i++){
scl = 0;
       I2C_Delay(DELAY_TIME);
if(byt & 0x80){
sda = 1;
}
else{
sda = 0;
}
       I2C_Delay(DELAY_TIME);
scl = 1;
byt <<= 1;
       I2C_Delay(DELAY_TIME);
}

scl = 0;
}

//从I2C总线上接收数据

unsigned char I2CReceiveByte(void)
{
   unsigned char da;
   unsigned char i;
   for(i=0;i<8;i++){
       scl = 1;
       I2C_Delay(DELAY_TIME);
       da <<= 1;
       if(sda)
           da |= 0x01;
       scl = 0;
       I2C_Delay(DELAY_TIME);
   }
   return da;
}

//等待应答

unsigned char I2CWaitAck(void)
{
   unsigned char ackbit;

scl = 1;
   I2C_Delay(DELAY_TIME);
ackbit = sda;
scl = 0;
   I2C_Delay(DELAY_TIME);

   return ackbit;
}

//发送应答

void I2CSendAck(unsigned char ackbit)
{
scl = 0;
sda = ackbit;
   I2C_Delay(DELAY_TIME);
scl = 1;
   I2C_Delay(DELAY_TIME);
scl = 0;
   sda = 1;
   I2C_Delay(DELAY_TIME);
}

//函数名：ADC转换函数

//入口参数：要进行转换的通道控制位
//返回值：ADC转换的数值
//函数功能：对指定的通道进行ADC转换，函数返回转换的数值
unsigned char Adc_Read(unsigned char addr)
{
   unsigned char temp;
   I2CStart();//发送开启信号
   I2CSendByte(0x90);//选择PCF8591芯片，确定写的模式
   I2CWaitAck();//等待PCF8591反馈
   I2CSendByte(addr);//确定要转换的通道（顺便，使能DA转换）
   I2CWaitAck();//等待PCF8591反馈

   I2CStart();//发送开启信号
   I2CSendByte(0x91);//选择PCF8591芯片，确定读的模式
   I2CWaitAck();//等待PCF8591反馈
   temp = I2CReceiveByte();//接收数据
   I2CSendAck(1);//选择不应答
   I2CStop();//停止发送
   return temp;
}

//函数名：写EEPROM函数

//入口参数：需要写入的字符串，写入的地址(务必为8的倍数)，写入数量
//返回值：无
//函数功能：向EERPOM的某个地址写入字符串中特定数量的字符。
void EEPROM_Write(unsigned char*EEPROM_String,unsigned char addr,unsigned char num)
{
   I2CStart();//发送开启信号
   I2CSendByte(0xA0);//选择EEPROM芯片，确定写的模式
   I2CWaitAck();//等待EEPROM反馈
   I2CSendByte(addr);//写入要存储的数据地址
   I2CWaitAck();//等待EEPROM反馈
   while(num--)
   {
       I2CSendByte(*EEPROM_String++);
       I2CWaitAck();//等待EEPROM反馈
       I2C_Delay(200);
   }
   I2CStop();//停止发送
}

//函数名：读EEPROM函数

//入口参数：读到的数据需要存储的字符串，读取的地址(务必为8的倍数)，读取的数量
//返回值：无
//函数功能：读取EERPOM的某个地址中的数据，并存放在字符串数组中。
void EEPROM_Read(unsigned char*EEPROM_String,unsigned char addr,unsigned char num)
{
   I2CStart();//发送开启信号
   I2CSendByte(0xA0);//选择EEPROM芯片，确定写的模式
   I2CWaitAck();//等待EEPROM反馈
   I2CSendByte(addr);//写入要存储的数据地址
   I2CWaitAck();//等待EEPROM反馈

   I2CStart();//发送开启信号
   I2CSendByte(0xA1);//选择EEPROM芯片，确定读的模式
   I2CWaitAck();//等待EEPROM反馈
   while(num--)
   {
       *EEPROM_String++ = I2CReceiveByte();//将要写入的信息写入
       if(num) I2CSendAck(0);//发送应答
       else I2CSendAck(1);//不应答
   }
   I2CStop();//停止发送
}

//头文件
#include <STC15F2K60S2.H>

void I2CStart(void);
void I2CStop(void);
void I2CSendByte(unsigned char byt);
unsigned char I2CReceiveByte(void);
unsigned char I2CWaitAck(void);
void I2CSendAck(unsigned char ackbit);
unsigned char Adc_Read(unsigned char addr);
void EEPROM_Write(unsigned char*EEPROM_String,unsigned char addr,unsigned char num);
void EEPROM_Read(unsigned char*EEPROM_String,unsigned char addr,unsigned char num);

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 "iic.h"//单总线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 Sed_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 int Led_Time_Disp[4] = {400,400,400,400};//流转时间间隔数据存放数组
unsigned int Led_Time_Ctrol[4] = {400,400,400,400};//流转时间间隔数据控制数组
unsigned char Led_Time_Index;//流转时间间隔指针 --运行模式编号
unsigned char Seg_Index;//数码管索引值 0-熄灭 1-模式编号闪 2-流转间隔闪
unsigned int Timer_400ms;//400ms计时变量
bit Seg_Star_Flag;//数码管闪烁标志位
unsigned char EEPROM_Dat[4];//EEPROM专用数组
bit Seg_Disp_Mode;//数码管显示专用变量 0-参数界面 1-亮度等级界面
unsigned char Led_Mode;//系统流转模式变量
unsigned int Ms_Tick;//计时变量
bit System_Flag;//流转启动标志位 0-暂停 1-启动
unsigned char Led_Pos;//Led流转专用变量
unsigned char Led_Level;//Led亮度等级变量
unsigned char Led_Count;//Led计数变量
unsigned char i;//For循环专用变量

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()
{
   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(Seg_Index == 0) //处于非设置状态
   {
       if(Key_Old == 4)//长按S4
           Seg_Disp_Mode = 1;//切换到亮度等级显示界面
       else
           Seg_Disp_Mode = 0;//切换回数据显示界面
   }
   switch(Key_Down)
   {
       case 6://设置按键
           if(++Seg_Index == 3)
               Seg_Index = 0;
           if(Seg_Index == 0)//退出设置界面
           {
               Led_Time_Index = 0;//复位指针值
               for(i=0;i<4;i++)
               {
                   Led_Time_Ctrol[i] = Led_Time_Disp[i];//保存设置参数
                   EEPROM_Dat[i] = Led_Time_Ctrol[i] / 100;//EEPROM数据处理，前面给到初值为400，只需要写入4个数据，直接这样使用
               }
               EEPROM_Write(EEPROM_Dat,0,4);//将数据保存到EEPROM中
           }

       break;
           case 7:
               System_Flag ^= 1;//启动按键
           break;
       case 5://自加按键
           if(Seg_Index == 1)//选中参数编号
           {
               if(++Led_Time_Index == 4)//四种模式循环切换
                   Led_Time_Index = 0;
           }
           else if(Seg_Index == 2)//选中流转间隔
           {
               Led_Time_Disp[Led_Time_Index] += 100;
               if(Led_Time_Disp[Led_Time_Index] > 1200)//限制上限为1200
                   Led_Time_Disp[Led_Time_Index] = 1200;
           }
       break;
           case 4://自减按键
           if(Seg_Index == 1)//选中参数编号
           {
               if(--Led_Time_Index == 255)//四种模式循环切换
                   Led_Time_Index = 3;
           }
           else if(Seg_Index == 2)//选中流转间隔
           {
               Led_Time_Disp[Led_Time_Index] -= 100;
               if(Led_Time_Disp[Led_Time_Index] < 400)//限制下限为400
                   Led_Time_Disp[Led_Time_Index] = 400;
           }
       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()
{
   if(Seg_Slow_Down)return;
   Seg_Slow_Down = 1;//数码管减速程序
   Led_Level = Adc_Read(0x03) / 64;//实时获取亮度等级，分为了4个等级即（0-255）/ 64 = 4
   if(Seg_Disp_Mode == 0)//处于设置界面
   {
       Seg_Buf[0] = Seg_Buf[2] = 11;//显示-
       Seg_Buf[1] = Led_Time_Index+1;
       Seg_Buf[4] = Led_Time_Disp[Led_Time_Index] / 1000 % 10;
       Seg_Buf[5] = Led_Time_Disp[Led_Time_Index] / 100 % 10;
       Seg_Buf[6] = Led_Time_Disp[Led_Time_Index] / 10 % 10;
       Seg_Buf[7] = Led_Time_Disp[Led_Time_Index] % 10;

       if(Seg_Index == 1)//运行编号闪烁
       {
           Seg_Buf[0] = Seg_Buf[2] = Seg_Star_Flag?10:11;//显示-
           Seg_Buf[1] = Seg_Star_Flag?10:Led_Time_Index+1;
       }
       else if(Seg_Index == 2)//流转时间间隔闪烁
       {
           Seg_Buf[4] = Seg_Star_Flag?10:Led_Time_Disp[Led_Time_Index] / 1000 % 10;
           Seg_Buf[5] = Seg_Star_Flag?10:Led_Time_Disp[Led_Time_Index] / 100 % 10;
           Seg_Buf[6] = Seg_Star_Flag?10:Led_Time_Disp[Led_Time_Index] / 10 % 10;
           Seg_Buf[7] = Seg_Star_Flag?10:Led_Time_Disp[Led_Time_Index] % 10;
       }
           if(Seg_Buf[4] == 0)Seg_Buf[4] = 10;//只有最高位需要考虑是否高位熄灭
   }
   else//处于亮度等级界面
   {
       for(i=0;i<6;i++)//熄灭前6个数码管
       Seg_Buf[i] = 10;
       Seg_Buf[6] = 11;
       Seg_Buf[7] = Led_Level+1;
   }
}

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_Proc()
{
   unsigned char i;
   Beep(1);
   if(System_Flag == 1)//系统处于启动状态
   {
       if(Ms_Tick == Led_Time_Ctrol[Led_Mode])//系统计时时间达到流转时间间隔
       {
           Ms_Tick = 0;//复位计时便于下次进入
           switch(Led_Mode)
           {
               case 0://模式1-从L1到L8
                   if(++Led_Pos == 8)
                   {
                       Led_Pos = 7;//模式2起始值
                       Led_Mode = 1;//切换到模式2
                   }
               break;
               case 1://模式2-从L8到L1
                   if(--Led_Pos == 255)
                   {
                       Led_Pos = 7;//模式3起始值
                       Led_Mode = 2;//切换到模式3
                   }
               break;
               case 2://模式3-07 16 25 34
                   Led_Pos += 9;
               if(Led_Pos > 34)
               {
                   Led_Pos = 34;//模式4起始值
                   Led_Mode = 3;//切换到模式4
               }
               break;
               case 3://模式4-34 25 16 07
                   Led_Pos -= 9;
               if(Led_Pos > 200)
               {
                   Led_Pos = 0;//模式1起始值
                   Led_Mode = 0;//切换到模式1
               }
               break;
           }
       }
   }
   if(Led_Mode < 2)//系统处于前两种流转模式时
   {
       for(i=0;i<8;i++)
       ucLed[i] = (i == Led_Pos);
   }
   else//系统处于后两种流转模式时
   {
       for(i=0;i<8;i++)
       ucLed[i] =(i == (Led_Pos / 10) || i == (Led_Pos % 10));//点亮十位跟个位所对应的Led
   }
//   //两种情况可合并简化成一种只需要屏蔽掉在前两种模式0X的时候十位也会满足逻辑为真的情况
//   for(i=0;i<8;i++)
//       ucLed[i] = ((i == (Led_Pos / 10) & (Led_Mode / 2)) || (i == (Led_Pos % 10)));
}

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）这里使用定时器0计数，定时器1计时

//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，这个AUXR不能配置两次
   TMOD &= 0xF0;       //设置定时器模式
   TMOD |= 0x05;       //GATE = 0 计数模式 16位不自动重装//设
   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;       //这两个不注释会在显示控制出现一个0，然后控制的按键不能正常使用
//   EA = 1;
}

void Timer1Init(void)       //1毫秒@12.000MHz
{
   AUXR &= 0xBF;       //定时器时钟12T模式
   TMOD &= 0x0F;       //设置定时器模式
   TL1 = 0x18;       //设置定时初值
   TH1 = 0xFC;       //设置定时初值
   TF1 = 0;        //清除TF1标志
   TR1 = 1;       //定时器1开始计时
   ET1 = 1;
   EA = 1;
}

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 Timer1server ()interrupt 3
{
   if(++Key_Slow_Down == 10)Key_Slow_Down = 0;//键盘减速专用
   if(++Seg_Slow_Down == 10)Seg_Slow_Down = 0;//数码管减速专用
   if(++Sed_Pos == 8)Sed_Pos = 0;//数码管显示专用
   if(++Led_Count == 12)Led_Count = 0;//Led一个显示周期
   if(Seg_Index != 0 || Seg_Disp_Mode == 1)
       Seg_Disp(Sed_Pos,Seg_Buf[Sed_Pos],Seg_Point[Sed_Pos]);
   else
       Seg_Disp(Sed_Pos,10,0);

   if(Led_Count <= ((Led_Level+1) * 3))//周期中均分四个亮度等级 0 4 8 12
       Led_Disp(Sed_Pos,ucLed[Sed_Pos]);
   else
       Led_Disp(Sed_Pos,0);

   if(++Timer_400ms == 400)//四百毫秒取反一次
   {
       Timer_400ms = 0;
       Seg_Star_Flag ^= 1;
   }
   if(System_Flag == 1)//系统启动时开始计时
       Ms_Tick++;

}

8.主函数Main（调用书写的函数实现所需的相应功能）

//Main
void main()
{   unsigned char i;//For循环专用变量
   EEPROM_Read(EEPROM_Dat,0,4);//读取EEPROM数据
   for(i=0;i<4;i++)
   Led_Time_Ctrol[i]=Led_Time_Disp[i] = EEPROM_Dat[i] * 100;//数据处理
   Sys_Init ();
   Timer0Init();
   Timer1Init();
   while(1)
   {
       Led_Proc();
       Seg_Proc();
       Key_Proc();

   }
}