蓝桥杯嵌入式赛道模板分享和解读

蓝桥杯嵌入式赛道模板分享。萌新第一次做分享，如有不足，恳请多多指教。

这里可能不会写完，完整版请见：bilibili: 蓝桥杯单片机思路和模板分享|蓝桥杯国一

前言

首先声明，关于比赛，除驱动代码外，本人没有参考或看过任何人的代码，因此如有雷同，纯属巧合。关于驱动代码的参考来源，本人已在博客中详细给出。

这个模板同时适用于省赛和国赛。本人非与嵌入式强相关的专业，下面的讲解，或许并不严谨。

假设你已经熟悉驱动代码，但你仍然希望得到一种较为【清晰】的思路，可以稳定地逐步实现赛题中的各种要求，那么这个模板的结构也许能帮到你。不过没关系，我们还是会过一遍驱动代码的，只不过没有那么多的细节。

使用的资源：
字体：得意黑、JetBrains Mono等
软件&库：礦ision、STC-ISP、Windows10+的计算器、CodeSnap等

绪论

标识符取名仅供参考，希望不要在这上面浪费太多精力。

typedef简化

我比较习惯u8、i32这样的写法。

typedef char i8;
typedef unsigned char u8;
typedef int i16;
typedef unsigned int u16;
typedef long i32;
typedef unsigned long u32;

注意：多提一嘴，众所周知，51上的int是16位的。

我的标识符取名办法

类似于linux，标志服采用下划线命名方式，且尽量缩短标识符长度。

常见的（似乎都是前缀）有：

• timer：时间计数器
• para：题目中要求设定的参数
• freq：频率有关的
  • freq_counter：给timer0用的计数器
  • freq（直接叫这个）：频率值（我一直采用Hz作为其单位）
  • timer_freq：频率的计数时长。我的timer1一般以1ms为周期，所以每当timer_freq=1000时，将freq_counter赋值给freq并清零。
• draw：界面绘制有关的函数前缀
• nt：Number Tubes，数码管（当然你也可以用Seg之类的，按你的来）。

本模板中的，value（或dat）都写作val。按你习惯来。

例如：

u16 freq;
u16 freq_counter;
u16 timer_freq;
u8 para_distance;

快速过一遍驱动代码

LED、数码管、继电器的操控，我们会在后面展开说。

• 按键扫描（BTN、矩阵键盘、特定区域、多点按键）
• PCF
• 温度传感器
• E2PROM
• 超声波*
• 串口通信
• 时钟初始化
• 时钟中断的写法
• Timer0的外部中断的写法

注意：我的建议是，在驱动和模板上少动一些脑子，减少出错的可能性，或者是降低查错难度，保留精力，精力留给后面，用于实现功能。

主函数

在本模板中，main函数里只有以下内容：

void main(void) {
    init();
    while (1) {
        draw();     // display也行，但是draw更短
        update();   // 资源更新
        key_proc(); // 按键处理
    }
}

LED、数码管和杂项

如你所愿，按你的来就好。仅供参考。

三大模块的基础

#define attach(y, x) P27 = 0; P25 = (x); P26 = (y); P27 = 1;
#define detach() P27 = 0; // P25 = 0; P26 = 0;
#define write_0x00(y, x, val) P0 = 0x00; attach(y, x); P0 = (val); detach();
#define write_0xff(y, x, val) P0 = 0xFF; attach(y, x); P0 = (val); detach();

LED

u8 led_statue = 0xFF;       // 一定不要忘记写，不然灯全亮
#define led_show() write_0xff(0, 0, led_statue);
#define led_on(index) led_statue &= 0xFF ^ (1 << (index));
#define led_off(index) led_statue |= 1 << (index);
#define led_inv(index) led_statue ^= 1 << (index);

数码管

数码管缓冲区，以及任意位置上的数码管显示。

#define nt_blank 16
code nt_code[] = {
    // 数码管代码
    0xFF    // nt_blank
};
u8 nt_index;
u8 nt_buf[] = {nt_blank, nt_blank, nt_blank, nt_blank,
               nt_blank, nt_blank, nt_blank, nt_blank};     // 缓冲区本体，
                                                            // 一般来说，存储的是需要显示的字符在nt_code中对应的下标。
#define nt_show(pos, nt_val) write_0x00(1, 0, 1 << (pos)); write_0xff(1, 1, nt_code[nt_val]);
#define nt_show_dot(pos, nt_val) write_0x00(1, 0, 1 << (pos)); write_0xff(1, 1, nt_code[nt_val] & 0x7F);

如何记录那个数码管需要点亮小数点？我们不是再额外开一个数组去记录，或者是再加一个u8，而是直接在nt_buf[]的对应位置上或进去一个0x80——给最高位置一。在输出前判断一下最高位是否为1（也就是& 0x80），如果有，那么就用nt_show_dot()输出，否则就用nt_show()。
再多提一嘴：nt_show_dot()的基本逻辑是，将段码最高位直接置一（& 0x7F）。为什么这样可以置一？请你改变一下对与运算的看法，把&右边的数字当成一个筛子，按位筛选，左边的是被筛的数字。右边的数字，如果位上为1，那么左边对应位上的值就可以通过；为0，就不可以通过，结果上对应的位也就直接是0了。

数码管时钟中断

void timer1_int(void) interrupt 3 {
    // 数码管
    nt_index %= 8;
    if (nt_buf[nt_index] & 0x80) {
        nt_show_dot(nt_index, nt_buf[nt_index] & 0x80);
    }
    else {
        nt_show(nt_index, nt_buf[nt_index]);
    }
    nt_index++;

    // led
    led_show();

    // 继电器控制
    // write_0x00(1, 0, relay_statue);
    // relay_statue是u8，保存着输出时的整个P0的值
}

注意：请把所有会用到write_xx()的代码，都放到timer1里，集中输出。
为什么：数码管显示一定会放在某timer里，timer0一般用于频率计数，那么数码管一定在timer1里；如果在timer外用到了write_xx()，在timer1中断的影像下，不出意外的话一般不会有事，但总有某个时刻会有事，特别是加上继电器控制之后。所以你应该将write_xx()相关的代码都放到timer1里。

向缓冲区数字：

// 补0
void nt_buf_draw_len(u8 pos, u32 dat, u8 len) {
    do {
        nt_buf[pos] = dat % 10;
        dat /= 10;
        pos--;
    } while(--len);
}

// 补空白、补负号
void nt_buf_draw_blank(u8 pos, i32 dat, u8 len) {
    bit is_negative = dat < 0;
    if (is_negative) {
        dat = -dat;
    }
    do {
        nt_buf[pos] = dat % 10;
        dat /= 10;
        pos--;
    } while(--len && dat);
    if (is_negative) {
        nt_buf[pos] = nt_interval;
        pos--;
        len--;
    }
    while (len--) {
        nt_buf[pos] = nt_blank;
        pos--;
    }
}

// 带小数点，补0
void nt_buf_draw_dot(u8 pos, u32 dat, u8 len, u8 pos_dot) {
    nt_buf_draw_len(pos, dat, len);
    nt_buf[pos_dot] |= 0x80;        // 为小数点的存在，打标记
}

// 带小数点，补空白，补负号
void nt_buf_draw_dot_blank(u8 pos, i32 dat, u8 len, u8 pos_dot) {
    nt_buf_draw_blank(pos, dat, len);
    nt_buf[pos_dot] |= 0x80;        // 为小数点的存在，打标记
}

显示整数为什么从右往左写入：因为蓝桥杯嵌入式显示数字，历·年·来都是右侧必定有数字，而左边可能是因为数位不足而补的0或空白。
为什么关于小数点的代码这样写：因为蓝桥杯只有8位数码管，资源逼仄，通常都是定长显示数字（当然不排除以后改变），小数点的位置历·年·来都是固定的，变化的只有小数点往左是补0还是补空白。
如你所愿，按你的来。

从赛题解读出发

首先让我们从赛题出发，熟悉或回顾一下蓝桥杯会要求我们做什么。然后再组织我们的框架。

注意：不建议跳过LED、数码管和杂项部分。

数据显示

知识储备：按键扫描、数码管显示、时钟初始化和时钟的中断

蓝桥杯每年都会要求我们使用数码管来显示一些数据。赛题里通常把它叫做“界面”，因为“界面”一定同时与两个事物关联：按键、显示。如何做好界面的切换呢？

以十四届的省赛和国赛真题为例，让我们这么做：

draw_xxx()

对每个需要显示的界面，单独封装成函数。当然你写#define也行。
但是我建议：

1. 不要传任何形参，有关变量只有全局变量
2. 不要在里面写判断、循环等逻辑。遇到同一个变量的不同显示形式（例如用cm或m来显示距离），应该拆成两个函数并写上不同后缀（_cm和_m）
3. 只写绘制相关的代码
   这是由框架下的分工决定的。一定要分好工，不然到后面，容易一头雾水。
   如果你有着良好的习惯，按你的来！

例如，我们要做如下格式的显示：

P	1	空白	空白	空白	2.	3	3
P	1	空白	空白	para_example1	小数点	小数部分	小数部分
要求从第五位往右开始显示，保留两位小数，不足补零

P	2	空白	空白	空白	6	6	6
P	2	空白	para_example2	数字	数字	数字	数字

除此以外，还要求你以cm为单位显示距离，或者是以m为单位显示。

float para_example1;
float para_example2;

void draw_distance_cm(void) {
    // ...
}

void draw_distance_m(void) {
    // 是的，分开写！判断逻辑在后面的draw()里。
    // ...
}

void draw_para_example1(void) {
    nt_buf[0] = nt_p;       // 在nt_code里实现一下显示P的段码，记录其下标值然后#define一个nt_p
    nt_buf[1] = 0x01;       // 官方会给出0-0x0F的段码，直接复制进nt_code里就可以实现这种对应了。
    nt_buf[2] = nt_buf[3] = nt_buf[4] = nt_blank;
    nt_show_dot_blank(7, para_example1, 4, 5);   // pos val len dot_pos
}

void draw_para_example2(void) {
    nt_buf[0] = nt_p;
    nt_buf[1] = 0x02;
    nt_buf[2] = nt_buf[3] = nt_blank;
    nt_show_blank(7, para_example2, 7, 5);      // pos val len
}

draw()

u8 interface;
u8 interface_para;
void draw(void) {
    switch (interface) {
        case 0:
            // draw_xxx();
            break;
        case 1:
            switch (interface_para) {
                case 0:
                    draw_para_example1();
                    break;
                case 1:
                    draw_para_example2();
                    break;
            }
            break;
        case 2: 
            switch (interface_distance) {
                case 0:
                    draw_distance_cm();
                    break;
                case 1:
                    draw_distance_m();
                    break;
            }
            break;
    }
    // 下面实现一些关于LED的功能
    // 巧用led_on()、led_off()、led_inv()
    // 你可能需要结合timer_xxx来使用。后面的综合部分会讲。
}

key_proc()

按键处理：

void key_proc(void) {
    static bit key_pressed = 0; // 防止按键按下之后的重复处理
                                // 当然了，如果想要实现类似于
                                // 按下按键后数字隔一段时间增长一下 的效果
                                // 可以考虑用计时器来处理。
    switch (key_scan()) {
        case 0xBB:  // S8
            // 每个case后紧跟这个。
            if (key_pressed) {  // 有按键被按下，那么后面的功能都不触发
                return;
            }
            key_pressed = 1;    // 记录有按键被按下
            /////////////////////////////////////////////////////////
            interface++;
            interface %= 3;     // 假设S8控制的是三个界面，那你就模3
            // 根据历·年·题，直接将其他的界面变量置零即可
            interface_para = 0;
            interface_distance = 0;
            break;
        default:
            key_pressed = 0;    // 在default中，清除标记
            break;
    }
}

这是一个经验结论：按键和界面的处理，应该写成switch。写if怎么会有问题呢？写if不会有任何问题的。写成switch是为了满足我们前面说的，在这个部分上“少动脑子”“保留精力”的原则。缩进break，与代码对齐，这样能方便区分功能。

更新数据

void update(void) {
    // 除了与时间增长（也就是timer_xxx++）有关的代码
    // 上面没实现的功能都放这儿
}

灵活的timer

片上只有两个时钟可供我们挥霍，其中一个与频率计数深深绑定，我们只能最大化利用timer1了。一般来说，timer1都是以1ms为周期。

现在假设你要实现一个功能：当“湿度”（一般是让你读取频率，通过他们给出的式子转化得来）高于80%时，实现L3以0.1s为周期闪烁；低于20%时熄灭；在20%~80%（包含20%和80%）之间时常亮。

这里我分享一个压缩空间复杂度的方法，先看代码，特别注意timer_l3 == 0和timer_l3 = 1;的有关部分。

u8 timer_l3;    // ms
u8 humidity;    // 用u8即可，一般不会要求到小数位。

void draw(void) {
    // switch(interface)和其它代码
    if (humidity > 80) {
        if (timer_l3 == 0) {
            timer_l3 = 1;       // 置非零的数，表示该时钟开启
        }
        if (timer_l3 > 100) {
            timer_l3 = 1;
            led_inv(2);         // l3翻转，但因为通过位移实现，所以这里应该写3-1=2
        }
    }
    else if (humidity >= 20 && humidity <= 80) {
        led_on(2);
        timer_l3 = 0;           // 关闭该时钟，手动写一下
    }
    else {
        led_off(2);
        timer_l3 = 0;           // 关闭该时钟，手动写一下
    }
    // 上面的代码，如果你不想重复写timer_l3 = 0;你可以修改一下判断逻辑。随你的习惯！
}

void update(void) {
    // 根据频率值计算湿度值
    if (freq ...) {
        // ...
    }
}

void timer1_int(void) interrupt 3 {
    // 数码管显示
    // ...
    led_show();
    // 如果时钟开启，就timer_l3++
    if (timer_l3 > 0) {
        timer_l3++;
    }
    // ...
}

这里提供的节省空间开支的小技巧是，由于1ms这样短的时间不会被察觉，规定当timer_l3为0时表示控制l3闪烁的时钟关闭，大于0时为开启。在timer1中检测到timer_l3大于0就让它自增，当timer_l3增大到超过周期长度时，将它置1以表示重置。
实际上，这样写出来的timer（以100ms为周期控制某个东西），它的周期变成了99ms，但这不重要！因为根本看不出来差别。

这种方法不太适用于频率计数和超声波，除了二者以外，适用范围非常广阔。

涉及到超声波和频率计数的情况，我会在后面简单写一写。