蓝桥杯电子类单片机组学习一——LED灯，数码管，矩阵键盘和蜂鸣器继电器

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前言

单片机资源数据包_2023

一、电亮LED灯与数码管

1.74HC138

2.74HC573

二、点亮LED灯和数码管

1.点亮LED灯

2.点亮数码管

​编辑

3.代码实现

三、矩阵键盘的扫描

1.矩阵按键的扫描

2.独立按键的扫描

四、代码实现

前言

本系列文章意在帮助各位正在准备蓝桥杯单片机组的同学，提供一个参考与指南，但是所有指南的前提是，默认你已经有单片机基础，本系列文章会提供本人对蓝桥杯单片机组编程方面的一些源码实现。当然，或许与你写代码的style完全不想同，那咱们也可以彼此相互交流各自的优缺点，或许你可能只是一个小白，就是想来抄一些可供借鉴的代码，这些都不重要，重要的是能给正在准备单片机组的同学提供到一些帮助。

此外代码可能有写的不完善的地方，但是每一个代码都是经过测试可行之后才发出来的，不敢保证十全十美，但是跑起来应该没问题。

此外，比赛时会提供一个单片机资源数据包，里面的内容比较多，这里只放一个下载链接，是2023年省赛是提供的单片机资源数据包（今年才2024，已经是最新的资源数据包了），正文中会直接使用资源数据包内的资料：

单片机资源数据包_2023（点击下载）

关于此资源数据包还得补充两句，他的3-底层驱动代码参考与往些年不同（但其实差异也很小，这里不再赘述），而且还是快比赛时才公布的这个资源数据包。也就是说，在写底层驱动代码时，我都是以2023年的资源数据包为基础写的，如果你使用的不是2023年的资源数据包的话，可能会跟我使用的底层驱动不完全相同，不过影响也不大。

下图为单片机资源数据包_2023内的所有资源，其中最关键的就是3-底层代码驱动以及SCH_硬件原理图V30了，当然共阳数码管段码表也十分常用，不过一般也就新写一个项目时，会把里面的东西CV到main函数里，然后这个文件就用不着了。

一、锁存器及其驱动

为了节省单片机资源，也为了充分利用单片机引脚，使之可以驱动更多外设，蓝桥杯的板子上使用了74HC138与大量的74HC573（锁存器），锁存器的存在使得单片机可以在控制完一个外设之后，在使用相同的引脚去控制其他外设，以充分利用单片机引脚资源：

1.74HC138

下图是原理图上的74HC138

以及Y4 Y5 Y6 Y7所连接的电路：

74HC132与一个反相器（这里使用的是74HC02，与非门）相连是一个常用的电路，简单点儿说，通过赋给P25，P26，P27值，来选择Y0到Y7，就可以输出对应高电平的Y0C到Y7C；而Y4C，Y5C，Y6C，Y7C又与多个74HC573的使能端（LE）相连，HC573是一个D型锁存器芯片，LE是引脚标识为锁存器使能。它用于控制锁存器的工作状态。当LE引脚处于高电平时，输入信号将被锁存；当LE引脚处于低电平时，输入信号不会被锁存，也就是锁存器将不工作。

也就是说，通过赋给P25，P26，P27值，来控制74HC132，进而可以制定某一个锁存器开始工作（当然，也可以所有锁存器都不工作）

那么怎么使用P25，P26，P27来控制74HC132呢？其实很简单，可以吧P27 P26 P25看成一个三位二进制数，那这个三位二进制说的取值就是000到111，转化为十进制就是从0到7，刚好对应74HC138的输出Y0到Y7。

举个例子，当P27 P26 P25=100时，那么Y4=0；在经过与非门，YC4=1；就启动了控制LED灯的74HC573锁存器了。

这里一般只用到5中P27 P26 P25组合，分别是刚才提到的控制lED灯的锁存器的Y4；控制数码管位选锁存器的Y7；控制数码管段选锁存器的Y6；控制ULN2003的Y5；以及什么都不控制，平时让P27 P26 P25经常处于的Y0，当然这个因个人习惯的不同，什么都不控制时让Yx的x等于多少也会有所不同。

这里还有一个问题，如何让P27，P26，P25等于某个指定的数，比如100呢，其实也很简单，你可以直接给P27，P26，P25赋值，也可以通过与或非的形式，这里默认大家都会了，不再赘述。

//逐位赋值
P27=1;
P26=0;
P25=0;

//通过与或非的形式
P2|=0x80;//让P27置1
P2&=0x9F;让P26和P25置为0
P2&=0x1F;//让74HC138指向一个没用的Yx

2.74HC573

74HC573就比较简单了，这里以连接到LED灯上的74HC573为例，

当Y4C，也就是74HC573的LE为高电平时，74HC573左边的数据会存到右边，也就是说，P0的值（或者说左边D1到D8的值）就会赋给Q1到Q8，当Y4C为低电平时。举个栗子：先赋给P0=0xF0，然后令Y4C=1；再然后令Y4C=0，此时保持P0的值不变；此时Q1到Q8就等于0xF0了（确切地说，应该是Q8到Q1），在然后，不管怎么修改P0的值，只要Y4C＝0，Q1到Q8的值就不会再变，直到Y4C再次等于1。

二、点亮LED灯和数码管

1.点亮LED灯

经过前边的铺垫，我们已经知道了如何启动与关闭LED的锁存器，我们只需在开关LED灯的锁存器之前，给P0赋上我们期望的值，然后在开关一次锁存器即可。代码演示放在本章后边一同演示。

2.点亮数码管

对于数码管也是同理，不过我们对于数码管先要位选，选择我们要控制的数码管，然后再让那个数码管显示出我们期望的数字。

对于数码管，我们往往需要扫描数码管，从而“同时点亮”至多8个数码管，按照我的习惯，我通常是用定时器扫描数码管来实现的，这样可以避免因为在跑其他代码，导致每个数码管电亮的时间长不一致，而造成的“有的数码管暗，有的数码管亮的情况”。当然这跟写出来的代码质量有关，也并不是说：“不用定时器扫描数码管，一定会出现有的数码管暗，有的数码管亮的情况”。

正因为我们要用定时器扫描数码管，所以我们把八个数码管需要显示的数据存在一个uchar数组内，然后通过定时器依次将数组内的数据显示在对应位置上的数码管上。

3.继电器和蜂鸣器

蜂鸣器和继电器的开关可以看成电亮或关闭某个特定的LED灯，

其中74HC573锁存器的作用与控制LED灯的锁存器作用一致，ULN2003芯片只起到增大管脚的驱动能力的作用。

当BUZZ=0时，BUZZ打开：

当RELAY=0时继电器打开：

3.代码实现

#include <stc15.h>
#include <intrins.h>

code unsigned char Seg_Table[] =
{
0xc0, //0
0xf9, //1
0xa4, //2
0xb0, //3
0x99, //4
0x92, //5
0x82, //6
0xf8, //7
0x80, //8
0x90, //9
0xFF
};//共阳极断码表，不用记，考试时会提供，直接CV过来即可

unsigned char LED_Num=0xFF;//用来记录当前LED的状态
unsigned char ULN=0x00;//用来记录当前ULN的值，ULN主要控制蜂鸣器和继电器，也会用来控制电机

//LED有关的三个宏函数的思路都是，先更新LED_Num的值，然后将P0=LED_Num，再然后开关一次LED灯的锁
//存器，以更新数据
//点亮第x的LED灯，将LED_Num中第x位置为0（因为是共阳极LED灯）关闭同理，需将第x位置为1
#define LED_ON(x)		LED_Num&=~(0x01<<x);	P0=LED_Num;P2|=0x80;P2&=0x9F;P2&=0x1F;
#define LED_OFF(x)	    LED_Num|=0x0x<<x;		P0=LED_Num;P2|=0x80;P2&=0x9F;P2&=0x1F;
#define LED_OFF_ALL()	LED_Num=0xFF;			P0=0xFF;P2|=0x80;P2&=0x9F;P2&=0x1F;

//关于数码管的两个函数，因为需要从数组内读取待显示的数据，还要进行位选，所以这两个函数只起到开
//关锁存器的功能，没有更新数据（会在其他地方实现数据更新和获取）
#define NIXIE_CHECK()	P2|=0xC0;P2&=0xDF;P2&=0x1F;
#define NIXIE_ON()		P2|=0xE0;P2&=0xFF;P2&=0x1F;

//对于蜂鸣器的继电器，与LED类似，不过蜂鸣器是直接为特定的某一位置位。
//其思路可以理解为通过宏函数打开或熄灭某一个LED灯
//对BUZZER_ON就是把ULN第7位置为1，对于RELAY_ON就是吧第5位置为1
#define BUZZER_ON()		ULN|=0x40;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;
#define BUZZER_OFF()	ULN&=0xB0;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;

#define RELAY_ON()		ULN|=0x10;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;
#define RELAY_OFF()		ULN&=0xE0;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;

void Timer0_Init(void);		//1毫秒@11.0592MHz
void Delay100ms(void);	//@11.0592MHz
unsigned char location=0;//用于记录当前到哪一位数码管要显示数据了。是一个中间变量
unsigned char Nixie_num[]={1,2,3,4，5,6,7,8};//用来存储数码管待显示的数据

void main()
{
	LED_OFF_ALL();//熄灭所以LED灯
	RELAY_OFF();//关闭继电器
	BUZZER_OFF();//关闭蜂鸣器
	Timer0_Init();//定时器初始化
	EA=1;//开总中断
	Delay100ms();
	while(1)
	{

		Delay100ms();
	}
	
}
void Timer0_Isr(void) interrupt 1
{
	P0=0x01<<location;NIXIE_CHECK();//选择要显示的某一位
	P0=Seg_Table[Nixie_num[location]];NIXIE_ON();//从数组中读取数据并显示
	
	if(++location==8)//位数+1，从而实现扫描
		location=0;
}

void Timer0_Init(void)		//1毫秒@11.0592MHz
{
	AUXR |= 0x80;			//定时器时钟1T模式
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TL0 = 0xCD;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xD4;				//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;				//使能定时器0中断
}
void Delay100ms(void)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j, k;

	_nop_();
	_nop_();
	i = 5;
	j = 52;
	k = 195;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}
void Delay5ms(void)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j;

	i = 54;
	j = 199;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}

三、矩阵键盘的扫描

1.矩阵按键的扫描

矩阵键盘想必大家都不陌生，其扫描就是先让某一列置为0（低电平），在逐个检查每一行的引脚电压有没有为0。当按下低1列第1行的按键时，如果让第一列置为0，在逐一检查每一行，会发现第一行第一列导通，第一列为0使得第一行也为0，从而扫描到按键的位置。

我们用一个void函数get_key()实现按键扫描全局变量key_value来记录键值，以后在实战时，所有对于按键功能的实现，我都会写到get_key（）函数里，并且在处理完按键之后，将key_value重新置为0，以免重复处理，当然现在不需要，key_value的值一直等于你按下的上一个按键的值，这样也便于在main函数里测试。

void Delay5ms(void)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j;

	i = 54;
	j = 199;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}

//Delay5ms（）以及while（xxx）；是为了按键消抖，避免按下一次按键重复处理
void get_key()
{
	
	unsigned char key_P3=P3;//记录当前P3的值，扫描完按键之后再将P3的值复位
	unsigned char key_P4=P4;//记录当前P4的值，扫描完按键之后再将P4的值复位
	
    //扫描第一列
	P44=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=7;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=6;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=5;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=4;}
	
	P42=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=11;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=10;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=9;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=8;}
	
	P35=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=15;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=14;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=13;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=12;}
		
	P34=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=19;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=18;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=17;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=16;}
	
	P3=key_P3;
	P4=key_P4;

}

2.独立按键的扫描

有了刚才矩阵按键的扫描，这里再讲独立按键显得有些多余——只需将扫描第二三四列的代码删去即可。当然在进入考场到发题目这30分钟内，没必要去赌它是考独立按键还是矩阵按键，我一般直接写矩阵按键的代码，真考独立按键就考呗，矩阵按键的代码完全可以扫描独立按键。

四、代码实现

这里做个总结，主要实现以下功能，也是对刚才的代码进行测试：

1.上电打开LED1（从左到右第二个LED灯）

2.数码管前两位显示当前按下按键的值

3.上电关闭蜂鸣器和继电器

4.当按下S7时，蜂鸣器和继电器打开，松开S7时，蜂鸣器和继电器关闭

#include <stc15.h>
#include <intrins.h>

code unsigned char Seg_Table[] =
{
0xc0, //0
0xf9, //1
0xa4, //2
0xb0, //3
0x99, //4
0x92, //5
0x82, //6
0xf8, //7
0x80, //8
0x90, //9
0xFF
};//共阳极断码表，不用记，考试时会提供，直接CV过来即可

unsigned char LED_Num=0xFF;//用来记录当前LED的状态
unsigned char ULN=0x00;//用来记录当前ULN的值，ULN主要控制蜂鸣器和继电器，也会用来控制电机

//LED有关的三个宏函数的思路都是，先更新LED_Num的值，然后将P0=LED_Num，再然后开关一次LED灯的锁
//存器，以更新数据
//点亮第x的LED灯，将LED_Num中第x位置为0（因为是共阳极LED灯）关闭同理，需将第x位置为1
#define LED_ON(x)		LED_Num&=~(0x01<<x);	P0=LED_Num;P2|=0x80;P2&=0x9F;P2&=0x1F;
#define LED_OFF(x)	    LED_Num|=0x01<<x;		P0=LED_Num;P2|=0x80;P2&=0x9F;P2&=0x1F;
#define LED_OFF_ALL()	LED_Num=0xFF;			P0=0xFF;P2|=0x80;P2&=0x9F;P2&=0x1F;

//关于数码管的两个函数，因为需要从数组内读取待显示的数据，还要进行位选，
//所以这两个函数只起到开关锁存器的功能，没有更新数据（会在其他地方实现数据更新和获取）
#define NIXIE_CHECK()	P2|=0xC0;P2&=0xDF;P2&=0x1F;
#define NIXIE_ON()		P2|=0xE0;P2&=0xFF;P2&=0x1F;

//对于蜂鸣器的继电器，与LED类似，不过蜂鸣器是直接为特定的某一位置位。
//其思路可以理解为通过宏函数打开或熄灭某一个LED灯
//对BUZZER_ON就是把ULN第7位置为1，对于RELAY_ON就是吧第5位置为1
#define BUZZER_ON()		ULN|=0x40;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;
#define BUZZER_OFF()	ULN&=0xB0;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;

#define RELAY_ON()		ULN|=0x10;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;
#define RELAY_OFF()		ULN&=0xE0;	P0=ULN;P2|=0xA0;P2&=0xBF;P2&=0x1F;

void Timer0_Init(void);		//1毫秒@11.0592MHz
void Delay100ms(void);	//@11.0592MHz
void Delay5ms(void);	//@11.0592MHz
void get_key();

unsigned char location=0;//用于记录当前到哪一位数码管要显示数据了。是一个中间变量
unsigned char Nixie_num[]={10,10,10,10,10,10,10,10};//用来存储数码管待显示的数据
unsigned char key_value=0;
void main()
{
	LED_OFF_ALL();//熄灭所以LED灯
	RELAY_OFF();//关闭继电器
	BUZZER_OFF();//关闭蜂鸣器
	Timer0_Init();//定时器初始化
	EA=1;//开总中断
	Delay100ms();
	while(1)
	{
		get_key();//读取按键的值
		Nixie_num[0]=key_value/10;//显示十位
		Nixie_num[1]=key_value%10;//显示个位
		Delay100ms();
	}
	
}
void Timer0_Isr(void) interrupt 1
{
	P0=0x01<<location;NIXIE_CHECK();//选择要显示的某一位
	P0=Seg_Table[Nixie_num[location]];NIXIE_ON();//从数组中读取数据并显示
	
	if(++location==8)//位数+1，从而实现扫描
		location=0;//位数＝8，重新清零（location取值是0到7八个数)
}

void Timer0_Init(void)		//1毫秒@11.0592MHz
{
	AUXR |= 0x80;			//定时器时钟1T模式
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TL0 = 0xCD;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xD4;				//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;				//使能定时器0中断
}
void Delay100ms(void)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j, k;

	_nop_();
	_nop_();
	i = 5;
	j = 52;
	k = 195;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}
void Delay5ms(void)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j;

	i = 54;
	j = 199;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}

//Delay5ms（）以及while（xxx）；是为了按键消抖，避免按下一次按键重复处理
void get_key()
{
	unsigned char key_P3=P3;//记录当前P3的值，扫描完按键之后再将P3的值复位
	unsigned char key_P4=P4;//记录当前P4的值，扫描完按键之后再将P4的值复位
	
    //扫描第一列
	P44=0;
	//第一个if这样写只是为了方便看启动蜂鸣器和继电器，也只在测试时会这样写了。
	//一般所有对于按键的处理都在get_key()内实现。
	if(P30==0)
	{
			Delay5ms();//消抖
			BUZZER_ON();//测试蜂鸣器
			RELAY_ON();//测试继电器
			while(P30==0);
			BUZZER_OFF();//关闭蜂鸣器
			RELAY_OFF();//关闭继电器
			Delay5ms();
			key_value=7;
	}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=6;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=5;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=4;}
	
	P42=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=11;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=10;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=9;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=8;}
	
	P35=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=15;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=14;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=13;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=12;}
		
	P34=0;
	if(P30==0){Delay5ms();while(P30==0);Delay5ms();key_value=19;}
	else if(P31==0){Delay5ms();while(P31==0);Delay5ms();key_value=18;}
	else if(P32==0){Delay5ms();while(P32==0);Delay5ms();key_value=17;}
	else if(P33==0){Delay5ms();while(P33==0);Delay5ms();key_value=16;}
	
	P3=key_P3;
	P4=key_P4;

}

后续会带大家逐步深入的分享蓝桥杯比赛的代码

作者：旺仔nai糖