蓝桥杯全芯片介绍及使用（带驱动源码）

蓝桥杯全芯片介绍及使用

本文于2023年3月24日所写，并根据第十四届蓝桥杯大赛电子类选手资源数据包所写，使用原理图为SCH_硬件原理图V30.pdf，请注意版本时间与使用原理图。

一、74HC_HCT02

1、基本介绍

或非门，于原理图中为SN74HC02DRG4(U25)。
在WR(P42) = 0或接GND时，直接作为非门使用，因片选芯片**74HC138(U24)**选择的端口为低，未选择为高，通过此芯片后取反可以更容易理解其使用。

2、芯片接入接出

• 接入
  • Y4、Y5、Y6、Y7由片选芯片**74HC138(U24)**接出。
  • WR接51单片机P24或GND(通过J13选择)。
• 接出
  • Y4C接入8位LED锁存芯片74HC573(U6)。
  • Y5C接入ULN2003(U10) 前锁存芯片 74HC573(U9)。
  • Y6C接入数码管位选锁存芯片74HC573(U8)。
  • Y7C接入数码管段选锁存芯片74HC573(U7)。

3、单片机控制

当J13接(P42)时，WR(P42) = 1时所有输出端口为低，可用于功能锁定，应用较少，暂不介绍。因其具体功能与**74HC138(U24)**直接相关，相关控制可直接观看后文。

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二、74HC_HCT04

1、基本介绍

非门，此芯片用于超声发射装置，在J2选择1-3、2-4有效。由P10控制，其主要目的为控制超声波模块实现发声。

2、芯片接入接出

• 接入
  芯片2A端口由P10实现控制。
• 接出
  接出于超声波发生装置JS2。

3、单片机控制

单片机控制超声波模块发声(此代码由官方提供)。

#include "STC15F2K60S2.H"
#define TX P10  					// 发射引脚
#define RX P11  					// 接收引脚

void Timer0Init(void)				// 12us@12MHz
{
  AUXR &= 0x7F;						// 定时器时钟12T模式
  TMOD &= 0xF0;						// 设置定时器模式
  TL0 = 0xF4;						// 设置定时初值
  TH0 = 0xFF;						// 设置定时初值
  TF0 = 0;							// 清除TF0标志
  TR0 = 0;							// 定时器0停止
}

unsigned char Wave_Recv(void)
{
  unsigned char ucDist, ucNum = 10;

  TX = 0;
  TL0 = 0xF4;						// 设置定时初值
  TH0 = 0xFF;						// 设置定时初值
  TR0 = 1;							// 定时器0计时
  // TX引脚发送40KHz方波信号驱动超声波发送探头
  while(ucNum--)
  {
    while(!TF0);
    TX ^= 1;
    TF0 = 0;
  }
  TR0 = 0;
  TL0 = 0;							// 设置定时初值
  TH0 = 0;							// 设置定时初值
  TR0 = 1;
  while(RX && !TF0);				// 等待收到脉冲
  TR0 = 0;
  if(TF0)							// 发生溢出
  {
    TF0 = 0;
    ucDist = 255;
  }
  else							    // 计算距离
    ucDist = ((TH0<<8)+TL0)*0.017;
  return ucDist;
}

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三、74HC_HCT573

1、基本介绍

锁存器，于原理图中名称为74HC573，原理图中有多个此芯片，具体情况如下

• U6：LED控制相关锁存芯片。
• U7：数码管段选相关锁存芯片。
• U8：数码管位选相关锁存芯片。
• U9：ULN2003(U10) 功能开关相关锁存芯片。

当锁存器LE引脚为低电平时，输入端D0~D7输入数据无效，输出端Q0~Q7保持原状态；当锁存器LE引脚为高电平时，输入端D0~D7输入数据无效，输出端Q0~Q7与输入端保持一致。

2、芯片接入接出

• 芯片接入
  芯片相关输入端口都接入单片机P0端口，LE引脚接入 SN74HC02DRG4(U25) 相关端口，具体接线于一、74HC_HCT02 > 2、芯片接入接出 > 接出中对比查看。
• 芯片接出
  1. U6：LED控制相关锁存芯片。
     接LED1~LED8，当输出端口为低电平时，LED灯亮，反之灯灭。
  2. U7：数码管段选相关锁存芯片。
     接数码管a~g、dp端口，通过控制与位选不同电平控制数码管显示内容。
  3. U8：数码管位选相关锁存芯片。
     接数码管com1~com8，用于控制数码管显示位。
  4. U9：ULN2003(U10) 功能开关相关锁存芯片。
     接ULN2003(U10)，可用于控制 ULN2003(U10) 下多种功能开关。

3、单片机控制

通过控制P0端口可控制相关锁存器的输入端口数据，相关控制选择[Control()函数]请看后文。

• 数码管控制

#include 
#include 
#include 

/*0~F*/
unsigned char code NNum[16] = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E, 0xC2, 0x89};

/*数码管输出，传参完全同C语言下printf函数*/
void Nixie_printf(unsigned char *str, ...){
	unsigned char Show[17], i, j, flag, Sflag;
	va_list ap;
	va_start(ap, str);
	vsprintf(Show, str, ap);
	va_end(ap);
	for(i = j = 0; i < 17 && Show[i] != '\0'; i++, j++){
		P0 = 0xFF;
		Control(6); // Control相关代码：#define Control(NUM) {P2=(P2&0x7F)|(NUM<<5);} 
		P0 = 0x01 << j;
		Control(7);
		P0 = 0xFF;
		flag = Show[i + 1] == '.' ? 0x80 : 0x00;
		if(Show[i] >= '0' && Show[i] <= '9'){
			P0 = NNum[Show[i] - '0'] - flag;
		} else if (Show[i] >= 'A' && Show[i] <= 'F'){
			P0 = NNum[Show[i] - 'A' + 10] - flag;
		} else if (Show[i] >= 'a' && Show[i] <= 'f'){
			P0 = NNum[Show[i] - 'a' + 10] - flag;
		} else if (Show[i] == '-') { // 可加入多组else if
			P0 = 0xCF - flag;
		} else if (Show[i] == '.'){
			if(flag){
				if(Sflag) P0 = 0x7F;
				else Sflag = 0;
			} else {
				j--;
				Sflag = 1;
			}
		}
		Delay1ms();
	}
	Control(0); // 全不选
	return;
}

• LED控制

#include 

/*LED相关bit位设置
传参:
	LEDx：LED灯号(1~8)
	WriteBit:写入数据(0、1)
注意：写入0LED亮，写入1LED灭
*/
void LED_WriteBit(unsigned char LEDx, unsigned char WriteBit){
	Control(4); // Control相关代码：#define Control(NUM) {P2=(P2&0x7F)|(NUM<<5);} 
	if(WriteBit) P0 |= WriteBit << (LEDx - 1);
	else P0 &= ~(WriteBit << (LEDx - 1));
	Control(0);
}

/*LED多位写入
传参:
	WriteCMD: 写入模式(0~3)
	WriteData: 写入数据
注意：写入0LED亮，写入1LED灭
*/
void LED_Writes(unsigned char WriteCMD, unsigned char WriteData){
	Control(5); // Control相关代码：#define Control(NUM) {P2=(P2&0x7F)|(NUM<<5);}
	switch(WriteCMD){
		case 0: // 相关输入位置0。
			// 根据WriteData所给出8Bit位数据进行置0，8Bit位中为1的相对应位的数据置0.其他不变
			P0 &= ~WriteData;
			break;
		case 1: // 相关输入位置1，筛选方式同上
			P0 |= WriteData;
			break;
		case 2: // P0与WriteData相等
			P0 = WriteData;
			break;
	}
	Control(0);
}

• 其他控制

#include 

unsigned char code Step_Data[8] = {0xF9, 0xF1, 0xF3, 0xF2, 0xF6, 0xF4, 0xFC, 0xF8};

// 步进电机
/* 步进电机控制（以28BYJ-48为例）
传参：
	Start：起始数据(0~7)，
	Num：步进数()，
	Orientation：旋转方向(0、1)，
	NOrien：默认方向(0、1)
*/
void StepMotor(unsigned char Start, unsigned int Num, bit Orientation, bit NOrien){
	Control(5); // Control相关代码：#define Control(NUM) {P2=(P2&0x7F)|(NUM<<5);}
	if(NOrien && Start) Start = 8 - Start;
	if(Orientation){
		while(Num-- != 0){
			Start = (Start == 0) ? 7 : Start - 1;
			P0 &= Step_Data[Start];
			Delay1ms();
		}
	} else {
		while(Num-- != 0){
			Start = (Start >= 7) ? 0 : Start + 1;
			P0 &= Step_Data[Start];
			Delay1ms();
		}
	}
	Control(0);
	return;
}

sbit P04 = P0^4;
sbit P05 = P0^5;
sbit P06 = P0^6;
sbit P07 = P0^7;

/*控制其他
传参:
	ControlData：待控制物(0~3)
	WriteData：写入数据(0、1)
注意：写入0启动，写入1关闭
*/
void ControlOther(unsigned char ControlData, unsigned char WriteData){
	Control(5); // Control相关代码：#define Control(NUM) {P2=(P2&0x7F)|(NUM<<5);}
	switch(ControlData){
		case 0: // 控制继电器
			P04 = WriteData;
			break;
		case 1: // 控制直流电机
			P05 = WriteData;
			break
		case 2: // 控制蜂鸣器
			P06 = WriteData;
			break;
		case 3: // 对外输出音频
			P07 = WriteData;
			break;
	}
	Control(0);
}

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四、74HC138

1、基本介绍

三八译码器，在原理图中名为74HC138(U24)，通过本芯片可以选择开发板中的诸多外设，功能也比较简单，通过P25~P27可以选择74HC138(U24)相应端口Y0~Y7中一个，及将P25~P27所组成的8进制数转化为具体的端口数，但需要注意的是被选的端口为低电平，未选端口为高电平。

2、芯片接入接出

• 接入
  单片机P25~P27引脚接74HC138(U24) 中 A0~A3，需要注意，在转换中，P27为高位。
• 接出
  引脚Y4~Y7接入SN74HC02DRG4(U25)，具体可对比一、74HC_HCT02 > 2、芯片接入接出 > 接入。
  Y0~Y3未使用。

3、单片机控制

单片机可以同控制P25~P27实现相关控制功能。

• 方法一

#include 
#define Control(NUM) {P2 = (P2 & 0x7F) | (NUM << 5);}

• 方法二

#include 
sbit P25 = P2^5;
sbit P26 = P2^6;
sbit P27 = P2^7;
#define Control_None() {P25 = P26 = P27 = 0;} // 无控制
#define Control_LED() {P25 = P26 = 0； P27 = 1；} // 控制LED Y4
#define Control_Other() {P26 = 0; P25 = P27 = 1;} // 控制其他类别(继电器等) Y5
#define Control_Po() {P25 = 0; P26 = P27 = 1;} // 控制数码管位选 Y6
#define Control_Pa() {P25 = P26 = P27 = 1;} // 控制数码管段选 Y7

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五、AT24C02

1、基本介绍

Eeprom，在原理图中命名为AT24C02(U4)，可存储2KB数据的带电可擦可编程只读存储器。通过IIC控制。IIC中SCL端口接P20，SDA端口接P21。在控制前，需要发送其地址，其地址位由A0~A2决定，在原理图中地址位全部接地，故A0~A2全为0，具体通讯方式如下:

• 写数据(单字节写入)

STC15 AT24C02 IIC Start Send Device Address(1010 0000B) ACK 0 Send Word Address ACK 0 Send Data ACK 0 IIC Stop STC15 AT24C02

上图出自 AT24C02.pdf > P11 > Figure 8. Byte Write。

• 读数据(单字节读取)

STC15 AT24C02 IIC Start Send Device Address(1010 0001B) ACK 0 Send Data NO ACK IIC Stop STC15 AT24C02

上图出自 AT24C02.pdf > P12 > Figure 10. Current Address Read。

2、引脚接入接出

3、单片机控制

本IIC通讯控制功能由官方资料提供，相关IIC通讯直接由蓝桥杯提供，这里就不写了。

#include "iic.h"

/**
* @brief 从AT24C02(add)中读出数据da
*
* @param[in] add - AT24C02存储地址
* @param[out] da - 从AT24C02相应地址中读取到的数据
* @return - da
*/
void EEPROM_Read(unsigned char* pucBuf, unsigned char addr, unsigned char num)
{
  	IIC_Start();
  	IIC_SendByte(0xA0);
  	IIC_WaitAck();

  	IIC_SendByte(addr);
  	IIC_WaitAck();

  	IIC_Start();
  	IIC_SendByte(0xA1);
  	IIC_WaitAck();
 
  	while(num--)
  	{
    		*pucBuf++ = IIC_RecByte();
    		if(num) IIC_SendAck(0);
    		else IIC_SendAck(1);
  	}
  	IIC_Stop();
}

/**
* @brief 向AT24C02(add)中写入数据val
*
* @param[in] add - AT24C02存储地址
* @param[in] val - 待写入AT24C02相应地址的数据
* @return - none
*/
void EEPROM_Write(unsigned char* pucBuf, unsigned char addr, unsigned char num)
{
   	IIC_Start();
  	IIC_SendByte(0xA0);
  	IIC_WaitAck();

  	IIC_SendByte(addr);
  	IIC_WaitAck();

  	while(num--)
  	{
    	IIC_SendByte(*pucBuf++); 
    	IIC_WaitAck();
  	   	IIC_Delay(200);
	}
  	IIC_Stop();
}

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六、CH340DS1

USB转串口芯片，不做介绍。

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七、DS18B20

1、基本介绍

数字温度传感器，在原理图中为DS18B20(U5)，采用单总线模式，所幸单总线交互的源代码在比赛时由蓝桥杯官方提供，**DS18B20(U5)**会返回两个字节数据，先返回低字节数据，再返回高字节数据，返回字节数据如下表。

	BIT 7	BIT 6	BIT 5	BIT 4	BIT 3	BIT 2	BIT 1	BIT 0
LS BYTE	23	22	21	20	2-1	2-2	2-3	2-4

	BIT 15	BIT 14	BIT 13	BIT 12	BIT 11	BIT 10	BIT 9	BIT 8
MS BYTE	S	S	S	S	S	26	25	24

S = SIGN

此表出自 DS18B20.pdf -> P4 -> Figure 2. Temperature Register Format。
备注：LS BYTE为低字节，MS BYTE为高字节。

在计算中可以采用(((MS_BYTE & 0x0F) << 8) + LS_BYTE) / 16.0的方式计算。
因蓝桥杯官方已给出相关通讯方式，下面直接介绍蓝桥杯官方所给的交互方法。

STC15 DS18B20 Init Write 0xCC Write 0x44 Init Write 0xCC Write 0xBE Read Low Byte Read High Byte STC15 DS18B20

更多功能于 DS18B20.pdf > P10~12 > ROM COMMANDS、DS18B20 FUNCTION COMMANDS。

2、引脚接入接出

3、单片机控制

代码为官方提供，相关库函数由官方提供onewire库提供。

#include "onewire.h"

// 温度数据转换(可以将rd_temperature转换为实际温度，但无法判断温度正负)
#define Conversion_Temperature(DATA) ((DATA & 0x07FF) / 16.0)

// 温度数据获取代码
unsigned int rd_temperature(void)
{
  unsigned char low, high;

  init_ds18b20();			// 初始化
  Write_DS18B20(0xCC);		// 跳过ROM
  Write_DS18B20(0x44);		// 转换温度
 
  init_ds18b20();
  Write_DS18B20(0xCC);
  Write_DS18B20(0xBE);		// 读暂存器
  low = Read_DS18B20();		// 低字节
  high = Read_DS18B20();	// 高字节

  return (high<<8)+low;
}

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八、DS1302

1、基本介绍

时钟芯片，在原理图中为 DS1302M/TR(U19) 可以用于计时，计时时间包括年月日分秒周，因蓝桥杯官方已给出相关通讯代码，直接介绍其初始化方式与读取方式。

• 初始化

STC15 DS1302 Send Address 0x8E Send 0x00(Set Allow Writes) Send Address 0x84 Send Hours(Use BCD Code) Send Address 0x82 Send Minutes(Use BCD Code) Send Address 0x80 Send Seconds(Use BCD Code) Send Address 0x8E Send 0x80(Set Prohibit Writes) STC15 DS1302

将16进制转换为BCD码的方式:((DATA / 10) << 4) + DATA % 10

• 读取

STC15 DS1302 Send Address 0x85 Receive Hours(Use BCD Code) Send Address 0x83 Receive Minutes(Use BCD Code) Send Address 0x81 Receive Seconds(Use BCD Code) STC15 DS1302

BCD码转16进制数据: (DATA >> 4) * 10 + (DATA & 0x0F)

更多功能可查看 DS1302.pdf > P9 > Table 3. Register Address/Definition。

2、引脚接入接出

3、单片机控制

源代码由蓝桥杯官方提供。

#include "ds1302.h"

// 设置时钟，pucRtc所指向数组最小为3字节
void Set_RTC(unsigned char* pucRtc)
{
  unsigned char temp;

  Write_Ds1302_Byte(0x8E, 0); 				// WP=0：允许写操作
  temp = ((pucRtc[0]/10)<<4)+pucRtc[0]%10;
  Write_Ds1302_Byte(0x84, temp);			// 设置时
  temp = ((pucRtc[1]/10)<<4)+pucRtc[1]%10;
  Write_Ds1302_Byte(0x82, temp);			// 设置分
  temp = ((pucRtc[2]/10)<<4)+pucRtc[2]%10;
  Write_Ds1302_Byte(0x80, temp);			// 设置秒
  Write_Ds1302_Byte(0x8E, 0x80);  			// WP=1：禁止写操作
}
// 读取时钟，pucRtc所指向数组最小为3字节
void Read_RTC(unsigned char* pucRtc)
{
  unsigned char temp;

  temp = Read_Ds1302_Byte(0x85);		// 读取时
  pucRtc[0] = (temp>>4)*10+(temp&0x0F);
  temp = Read_Ds1302_Byte(0x83);		// 读取分
  pucRtc[1] = (temp>>4)*10+(temp&0x0F);
  temp = Read_Ds1302_Byte(0x81);		// 读取秒
  pucRtc[2] = (temp>>4)*10+(temp&0x0F);
}

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九、LM324

集成运放，原理图中为U26，不做介绍，其输出AIN2于芯片PCF8951(U16) 中进行介绍。

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十、LM386

音频放大电路，在原理图中为LM386D(U14)，近似为功放，不做介绍。

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十一、LM555

NE555，在原理图中为 NE555(U15) 用于产生不同频率的波形，不做介绍。

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十二、PCF8591

1、基本介绍

低功耗8位CMOS数据采集设备，在原理图中为PCF8591(U16)，其通讯方式同样为IIC通讯，其有四个模拟输入端口与一个模拟输出端口，其功能都可根据设置自行修改，在发送数据时，需要先发送 PCF8591(U16) 的地址值，在原理图中其A0~A2均接地，所以其地址为1001 000X B(X为写入或读取字节)。

上图出自 PCF8951.pdf > P1 > Fig.4 Address byte.

以下为 PCF8591(U16) 相关功能的使用。

• ADC(模数转换)

STC15 PCF8951 IIC Start Send Address Byte(0x90) ACK 0 Send Control Byte (|0x40) ACK 0 IIC Start Send Address Byte (0x91) ACK 0 Send ADC Data ACK 1 IIC Stop STC15 PCF8951

ADC数据转换 (flaot)(Vin / 51.2)

• DAC(数模转换)

STC15 PCF8951 IIC Start Send Address Byte(0x90) ACK 0 Send Control Byte (|0x40) ACK 0 Send DAC Byte ACK 0 IIC Stop STC15 PCF8951

DAC数据转换:(unsigned char)(Vout * 51.2)

更多设置可参考 PCF8951.pdf > P6 > Fig.5 Control byte。
DAC功能可参考 PCF8951.pdf > P8。
ADC功能可参考 PCF8951.pdf > P9~P10。

2、引脚接入接出

3、单片机控制

代码由蓝桥杯官方给出。

#include "iic.h"

// DAC输出值转换
#define PCF8951_VoutConversion(Vout) (unsigned char)(Vout * 51.2)
// ADC输入值转换
#define PCF8951_VinConversion(Vin) (float)(Vin / 51.2)

// 通过I2C总线读取ADC结果
unsigned char PCF8591_Adc(void)
{
  unsigned char temp;

  IIC_Start();
  IIC_SendByte(0x90);
  IIC_WaitAck();

  IIC_SendByte(0x43); 		// 允许DAC，ADC通道3
  IIC_WaitAck();

  IIC_Start();
  IIC_SendByte(0x91);
  IIC_WaitAck();

  temp = IIC_RecByte();
  IIC_SendAck(1);
  IIC_Stop();
  return temp;
}
// DAC功能
void PCF8591_Dac(unsigned char dat)
{
  IIC_Start();
  IIC_SendByte(0x90);
  IIC_WaitAck();

  IIC_SendByte(0x43);	// 允许DAC，ADC通道3
  IIC_WaitAck();

  IIC_SendByte(dat);   	// dat-输出数模转换的数据
  IIC_WaitAck();
  IIC_Stop();
}

十三、ULN2003

1、基本介绍

高耐压、大电流复合晶体管阵列，在原理图中为 ULN2003(U10)，因STC芯片无法驱动大电流，故使用此芯片，需要注意：此芯片相当于一个非门。

2、引脚接入接出

接入
参考三、74HC_HCT573 > 2、引脚接入接出 > 接出。
接出

• 1C~4C接步进电机。
• 5C接继电器。
• 6C接直流电机。
• 7C接蜂鸣器。

3、单片机控制

参考三、74HC_HCT573 > 3、单片机控制 > 其他控制。

十四、USBCH341

USB转接芯片，不多做介绍。