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自己設(shè)計(jì)和制作的stc白光,附上原理圖,洞洞板走線圖和源代碼。
只實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的溫控,短按一下編碼器快速設(shè)定溫度為300℃,雙擊一下編碼器快速設(shè)定為10℃(相當(dāng)于短暫休眠
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代碼注釋還是很詳細(xì)的,適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。
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單片機(jī)源程序如下:
- /**
- 布滿(mǎn)星星的天空 CZS 編寫(xiě)
- */
- #include <STC15.h>
- #include <intrins.h>
- #include <math.h>
- sbit t12 = P3 ^ 7; //T12控制
- sbit encoderb = P1 ^ 0; //編碼器的b腳
- sbit encodera = P1 ^ 1; //編碼器的a腳
- sbit encoderd = P1 ^ 2; //編碼器的按鍵d腳
- sbit DIO = P3 ^ 3; // TM1650 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的sda引腳
- sbit CLK = P3 ^ 2; // TM1650 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的scl引腳
- sbit DO = P5 ^ 5; //DS18B20數(shù)據(jù)腳
- unsigned long VREF = 2390; // 用萬(wàn)用表測(cè)量基準(zhǔn)電壓的真實(shí)值,單位mv
- bit lastb = 0;
- bit lasta = 0;
- unsigned short push_last_time = 0; //記錄按下編碼器按鈕的時(shí)間,短按和長(zhǎng)按
- unsigned long t12_voltage; // 計(jì)算t12熱電偶電壓
- unsigned long system_voltage; // 計(jì)算單片機(jī)供電電壓
- unsigned long input_voltage; // 計(jì)算整個(gè)板子的輸入電壓(12~24V)
- // PID控制算法
- #define KP 1.2f // 比例系數(shù)
- #define KI 0.2f // 積分系數(shù)
- #define KD 0.1f // 微分系數(shù)
- #define MAX_UK 400.0f // 系統(tǒng)允許輸出的最大控制量,這里表現(xiàn)為加熱數(shù),400個(gè)0.5ms加熱周期,最長(zhǎng)連續(xù)加熱時(shí)間為200ms
- int ek = 0, ek_1 = 0, ek_2 = 0; // 記錄連續(xù)三次的偏差值(設(shè)定值-實(shí)際測(cè)量值)
- float uk_1 = 0.0f, uk = 0.0f; // 記錄當(dāng)前計(jì)算的PID調(diào)整值和上次計(jì)算的PID調(diào)整值
- long integralSum = 0; // 位置式PID算法的累計(jì)積分項(xiàng)
- // 定義一個(gè)數(shù)碼管段碼表,0~F
- unsigned char CODE[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0X7C, 0X39, 0X5E, 0X79, 0X71};
- unsigned int t12SetTemperature = 10; // 記錄當(dāng)前設(shè)定的溫度
- unsigned int t12ActualTemperature = 0; // 保存T12當(dāng)前的實(shí)際溫度
- bit isChangeTemperature = 0; // 標(biāo)記是否更改過(guò)設(shè)定溫度
- unsigned int setTempShowTime = 0; // 記錄顯示設(shè)置溫度的時(shí)長(zhǎng)
- unsigned int need_heat_time = 0; // 需要加熱的時(shí)長(zhǎng)
- unsigned int heat_time_count = 0; //當(dāng)前已經(jīng)加熱的時(shí)長(zhǎng)
- unsigned int actualTempShowTime = 250; //設(shè)定當(dāng)前溫度的顯示時(shí)長(zhǎng),避免采集溫度過(guò)快造成數(shù)碼管亂跳
- /*延時(shí)函數(shù),使用STC-ISP自動(dòng)生成的,比較準(zhǔn)確*/
- void Delay_ms(unsigned int k) //@12.000MHz
- {
- unsigned char i, j;
- for (; k > 0; k--)
- {
- i = 12;
- j = 169;
- do
- {
- while (--j)
- ;
- } while (--i);
- }
- }
- void Delay_us(unsigned int i)
- {
- for (; i > 0; i--)
- {
- _nop_();
- _nop_();
- _nop_();
- _nop_();
- }
- }
- // 初始化各個(gè)IO口
- void initIO()
- {
- // 配置各個(gè)端口的輸入模式,M1M0:00普通,01推挽,10高阻輸入,11開(kāi)漏
- /*
- 以下列出需要配置的端口,其他端口保持默認(rèn)即可
- t12 = P3^7; //T12控制 推挽輸出模式
- ADC3:系統(tǒng)輸入電壓檢測(cè) P1^3 輸入模式
- ADC4:T12熱電偶電壓檢測(cè) P1^4 輸入模式
- ADC5:2.5V參考電壓輸入 P1^5 輸入模式
- */
- //P1M0 |= 0x00; //0000 0000
- P1M1 |= 0x38; //0011 1000
- P3M0 = 0x80; //1000 0000
- P3M1 = 0x00; //0000 0000
- }
- /*初始化ADC*/
- void initADC(void)
- {
- /*
- 開(kāi)啟相應(yīng)ADC口的模擬輸入功能(相應(yīng)位置1)
- ADC3:系統(tǒng)輸入電壓檢測(cè) P1^3
- ADC4:T12熱電偶電壓檢測(cè) P1^4
- ADC5:2.5V參考電壓輸入 P1^5
- */
- P1ASF = 0x38; //0011 1000
- ADC_RES = 0; // 清楚結(jié)果寄存器
- ADC_RESL = 0;
- /*
- ADC控制寄存器
- ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0
- */
- // 這里初始化的時(shí)候,可以先打開(kāi)電源和設(shè)置轉(zhuǎn)換速度
- ADC_CONTR = 0x80; // 1000 0000
- Delay_ms(5); // 上電之后延時(shí)等待一段時(shí)間
- }
- // 關(guān)閉ADC電源,在進(jìn)入空閑(休眠)模式的時(shí)候啟用,降低功耗
- void closeADC(void)
- {
- /*
- ADC控制寄存器
- ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0
- */
- ADC_CONTR = 0x00;
- }
- // 直接插入排序
- void insertionSort(unsigned int A[], unsigned int n)
- {
- unsigned int i, j;
- for (i = 1; i < n; i++)
- {
- for (j = i; j > 0; j--)
- {
- if (A[j] < A[j - 1])
- {
- // 不使用第三變量交換兩個(gè)數(shù),使用異或運(yùn)算速度快
- A[j - 1] ^= A[j];
- A[j] ^= A[j - 1];
- A[j - 1] ^= A[j];
- }
- }
- }
- }
- #define ADC_FLAG 0x10 // ADC轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志
- #define ADC_START 0x08 // ADC開(kāi)始置位
- // 獲取某個(gè)ADC通道的轉(zhuǎn)換值
- // 為了提高結(jié)果的準(zhǔn)確性,每次測(cè)量,測(cè)5次,并且去掉一個(gè)最高值,一個(gè)最低值,最后取中間3個(gè)的均值返回
- unsigned int getADCResult(unsigned int channel)
- {
- unsigned int res[5], i, result = 0;
- for (i = 0; i < 5; i++)
- {
- /*
- ADC控制寄存器
- ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0
- */
- ADC_CONTR = (0x80 | channel | ADC_START); // 選擇需要讀取的通道,并開(kāi)啟轉(zhuǎn)換
- Delay_us(1);
- while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG))
- ; //等待ADC轉(zhuǎn)換完成
- res[i] = ((ADC_RES << 2) | (ADC_RESL & 0x03)); // 計(jì)算轉(zhuǎn)換出來(lái)的原始結(jié)果
- ADC_RES = 0x00;
- ADC_RESL = 0x00; // 清零結(jié)果寄存器
- }
- // 對(duì)結(jié)果進(jìn)行排序
- insertionSort(res, 5);
- // 去掉一個(gè)最高值,去掉一個(gè)最低值,剩余三個(gè)求平均值
- result = (res[1] + res[2] + res[3]) / 3;
- return result;
- }
- /*以下是計(jì)算各種電壓的函數(shù),返回結(jié)果的單位都是mv*/
- // 計(jì)算公式(mv) output_voltage = (VREF萬(wàn)用表測(cè)的TL431基準(zhǔn)電壓值(mv) * 待測(cè)通道的ADC值 / TL431基準(zhǔn)通道ADC值)
- // 計(jì)算獲取T12的電壓
- void getT12Voltage(void)
- {
- t12_voltage = (VREF * getADCResult(4) / getADCResult(5)); //計(jì)算t12電壓,單位mV
- }
- // 計(jì)算獲取單片機(jī)的電源電壓
- void getSystemVoltage(void)
- {
- system_voltage = (VREF * 1024 / getADCResult(5)); //計(jì)算單片機(jī)的電源電壓,單位mV;
- }
- // 計(jì)算獲取輸入電源電壓
- void getInputVoltage(void)
- {
- input_voltage = (VREF * getADCResult(3) / getADCResult(5) * 11); // 計(jì)算下分壓電阻點(diǎn)的電壓,并乘分壓比,獲得實(shí)際的輸入電壓
- }
- /* 計(jì)算T12熱電偶溫度 */
- void getT12Temperature(void)
- {
- float x = 0.0f;
- t12 = 0; //測(cè)溫的時(shí)候,關(guān)閉電烙鐵
- Delay_us(10); // 等待一段時(shí)間,等電容放完電后再測(cè)量溫度比較準(zhǔn)確
- getT12Voltage(); // 更新T12熱電偶電壓
- //T12實(shí)際溫度 = (ADC電壓(mV)-失調(diào)電壓(mV))/運(yùn)放增益*熱電偶分度值(℃/mV)+室溫(℃)
- //t12Temp = 1.0f*getT12Voltage() / 231.0f * 54.0f + 23.0f;
- // 插值函數(shù)計(jì)算T12溫度,上面的算得不夠準(zhǔn)確,自己測(cè)量了t12溫度與熱電偶電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系,用matlab擬合出來(lái)的公式
- x = 1.0f * t12_voltage / 231.0f;
- x = -0.9f * x * x + 48.0f * x + 22.0f;
- t12ActualTemperature = (unsigned int)x;
- }
- /*
- // 增量式PID控制算法,該算法用在溫度控制效果不佳,調(diào)參調(diào)了比較久,不是很理想
- // 輸入設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度
- // 返回當(dāng)前應(yīng)該加熱的時(shí)長(zhǎng)
- void incrementalPID(unsigned int setTemperature, unsigned int actualTemperature)
- {
- float delta_uk = 0.0f; // 用于計(jì)算PID增量值
- uk_1 = uk; // 記錄上次計(jì)算的PID調(diào)整值
- ek_2 = ek_1; // 記錄上上次計(jì)算的偏差值
- ek_1 = ek; // 記錄上次計(jì)算的偏差值
- ek = setTemperature - actualTemperature; // 計(jì)算當(dāng)前偏差值
- if (ek < 0)
- {
- // 如果實(shí)際溫度比設(shè)定溫度還要高,那么不執(zhí)行加熱
- need_heat_time = 0;
- return;
- }
- if (abs(ek) > 100)
- {
- // 如果溫差大于100℃,則執(zhí)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)加速,不管比例項(xiàng)為正還是為負(fù),都取正數(shù)
- delta_uk = KP * abs(ek - ek_1) + KI * ek + KD * (ek - 2 * ek_1 + ek_2); // 計(jì)算PID增量值
- }
- else
- {
- // 當(dāng)快要接近目標(biāo)溫度的時(shí)候,執(zhí)行正常的調(diào)節(jié)
- delta_uk = KP * (ek - ek_1) + KI * ek + KD * (ek - 2 * ek_1 + ek_2); // 計(jì)算PID增量值
- }
- uk = uk_1 + delta_uk; // 計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該輸出的PWM值
- // 判斷是否超出了系統(tǒng)控制量的邊界范圍,如果超出,則賦值為邊界
- if (uk < 1e-9)
- {
- uk = 0.0f;
- }
- if (uk > MAX_UK)
- {
- uk = MAX_UK;
- }
- need_heat_time = (unsigned int)uk;
- }
- */
- // 位置式PID控制算法,這個(gè)控制算法運(yùn)行起來(lái)比較理想
- void positionalPID(unsigned int setTemperature, unsigned int actualTemperature)
- {
- ek_1 = ek; // 記錄上次計(jì)算的偏差值
- ek = setTemperature - actualTemperature; // 計(jì)算當(dāng)前偏差值
- if (ek < 0)
- {
- // 如果實(shí)際溫度比設(shè)定溫度還要高,那么不執(zhí)行加熱
- need_heat_time = 0;
- return;
- }
- // 當(dāng)偏差較大時(shí),取消積分作用
- if (abs(ek) > 100)
- {
- integralSum = 0;
- }
- else
- {
- // 否則,根據(jù)情況進(jìn)行累計(jì)積分
- if (integralSum > 100) //積分超過(guò)上限時(shí),只累計(jì)負(fù)的積分量
- {
- if (ek < 0)
- {
- integralSum += ek;
- }
- }
- else if (integralSum < -10) //積分超過(guò)下限時(shí),只累計(jì)正的積分量
- {
- if (ek > 0)
- {
- integralSum += ek;
- }
- }
- else
- {
- integralSum += ek;
- }
- }
- uk = KP * ek + KI * integralSum + KD * (ek - ek_1); // 計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該輸出的控制量值
- // 判斷是否超出了系統(tǒng)控制量的邊界范圍,如果超出,則賦值為邊界
- if (uk < 1e-9)
- {
- uk = 0.0f;
- }
- if (uk > MAX_UK)
- {
- uk = MAX_UK;
- }
- need_heat_time = (unsigned int)uk; // 更新當(dāng)前需要加熱的時(shí)間數(shù)
- }
- /********************************以下是TM1650數(shù)碼管顯示相關(guān)的函數(shù)****************************************************/
- void Start1650(void)
- { //開(kāi)始信號(hào)
- CLK = 1;
- DIO = 1;
- Delay_us(5);
- DIO = 0;
- Delay_us(5);
- DIO = 0;
- }
- void Ask1650(void)
- { //ACK信號(hào)
- unsigned char timeout = 1;
- CLK = 1;
- Delay_us(5);
- CLK = 0;
- while ((DIO) && (timeout <= 100))
- {
- timeout++;
- }
- Delay_us(5);
- CLK = 0;
- }
- void Stop1650(void)
- { //停止信號(hào)
- CLK = 1;
- DIO = 0;
- Delay_us(5);
- DIO = 1;
- Delay_us(5);
- }
- void WrByte1650(unsigned char oneByte)
- { //寫(xiě)一個(gè)字節(jié),高位在前,低位在后
- unsigned char i;
- CLK = 0;
- Delay_us(1);
- for (i = 0; i < 8; i++)
- {
- oneByte = oneByte << 1;
- DIO = CY;
- CLK = 0;
- Delay_us(5);
- CLK = 1;
- Delay_us(5);
- CLK = 0;
- }
- }
- /*
- unsigned char Scan_Key(void)
- { // 按鍵掃描
- unsigned char i;
- unsigned char rekey;
- Start1650();
- WrByte1650(0x49); //讀按鍵命令
- Ask1650();
- //DIO = 1;
- for (i = 0; i < 8; i++)
- {
- CLK = 1;
- rekey = rekey << 1;
- if (DIO)
- {
- rekey++;
- }
- Delay_us(5);
- CLK = 0;
- }
- Ask1650();
- Stop1650();
- return (rekey);
- }
- */
- void Set1650(unsigned char add, unsigned char dat)
- { //數(shù)碼管顯示
- //寫(xiě)顯存必須從高地址開(kāi)始寫(xiě)
- Start1650();
- WrByte1650(add); //第一個(gè)顯存地址
- Ask1650();
- WrByte1650(dat);
- Ask1650();
- Stop1650();
- }
- // 初始化1650,傳入亮度參數(shù),范圍0~7
- void init1650(unsigned char light)
- {
- Set1650(0x48, ((light << 4) | 0x01));
- }
- // 數(shù)碼管顯示函數(shù)
- void display(signed int num)
- {
- // 計(jì)算這個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)的千百十個(gè)位的數(shù)字
- unsigned int tmpnum, qian, bai, shi, ge;
- if (num < 0)
- num = -num;
- tmpnum = num;
- qian = tmpnum / 1000;
- tmpnum %= 1000;
- bai = tmpnum / 100;
- tmpnum %= 100;
- shi = tmpnum / 10;
- ge = tmpnum % 10;
- Set1650(0x68, CODE[qian]);
- Set1650(0x6A, CODE[bai]);
- Set1650(0x6C, CODE[shi]);
- Set1650(0x6E, CODE[ge]);
- }
- /************************************************************************************************
- 函數(shù)名稱(chēng):Encoder
- 函數(shù)功能:編碼器旋轉(zhuǎn)的掃描及處理
- 入口參數(shù):無(wú)
- 出口參數(shù):char型 0-無(wú)旋轉(zhuǎn) 'R'-正轉(zhuǎn)(向右轉(zhuǎn)) 'L'-反轉(zhuǎn)(向左轉(zhuǎn))
- ************************************************************************************************/
- unsigned char Encoder(void)
- {
- static bit Enc0 = 0;
- static unsigned char EncOld, EncX = 0;
- unsigned char EncNow;
- encodera = 1; //PINA置高電平
- encoderb = 1; //PINB置高電平
- if (Enc0 == 0)
- {
- EncOld = (encodera ? 0x02 : 0x00) + (encoderb ? 0x01 : 0x00);
- Enc0 = 1; //記住初次調(diào)用時(shí)編碼器的狀態(tài)
- }
- EncNow = (encodera ? 0x02 : 0x00) + (encoderb ? 0x01 : 0x00); //根據(jù)兩個(gè)IO當(dāng)前狀態(tài)組合成16進(jìn)制的0x00|0x01|0x02|0x03
- if (EncNow == EncOld)
- return (0); //如果新數(shù)據(jù)和原來(lái)的數(shù)據(jù)一樣(沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng))就直接返回0
- if (EncOld == 0x00 && EncNow == 0x02 || EncOld == 0x03 && EncNow == 0x01)
- EncX = EncNow; //00-10|11-01
- if (EncOld == 0x00 && EncX == 0x02 && EncNow == 0x03 || EncOld == 0x03 && EncX == 0x01 && EncNow == 0x00) //00-10-11|11-01-00右轉(zhuǎn)
- {
- EncOld = EncNow, EncX = 0;
- return ('R'); //兩定位一脈沖
- }
- if (EncOld == 0x00 && EncNow == 0x01 || EncOld == 0x03 && EncNow == 0x02)
- EncX = EncNow; //00-01|11-10
- if (EncOld == 0x00 && EncX == 0x01 && EncNow == 0x03 || EncOld == 0x03 && EncX == 0x02 && EncNow == 0x00) //00-01-11|11-10-00左轉(zhuǎn)
- {
- EncOld = EncNow;
- EncX = 0;
- return ('L'); //兩定位一脈沖
- }
- return (0); //沒(méi)有正確解碼返回0
- }
- // 編碼器函數(shù),用于設(shè)置t12的設(shè)定溫度
- void bianmaqi()
- {
- unsigned char enc;
- enc = Encoder(); //掃描編碼器,取得返回值
- if (enc == 'R')
- {
- t12SetTemperature += 5;
- if (t12SetTemperature > 500)
- t12SetTemperature = 500;
- isChangeTemperature = 1;
- }
- else if (enc == 'L')
- {
- t12SetTemperature -= 5;
- if (t12SetTemperature < 10)
- t12SetTemperature = 10;
- isChangeTemperature = 1;
- }
- while (!encoderd)
- {
- push_last_time++;
- Delay_ms(100);
- }
- if (push_last_time > 0 && push_last_time < 8)
- {
- push_last_time = 0;
- Delay_ms(80); // 等待延時(shí)一段時(shí)間,看看有沒(méi)有第二次按下
- while (!encoderd)
- {
- push_last_time++;
- Delay_ms(100);
- }
- if (push_last_time > 0 && push_last_time < 8)
- {
- // 雙擊了編碼器按鈕,關(guān)閉電烙鐵輸出
- t12SetTemperature = 10;
- t12 = 0;
- isChangeTemperature = 1;
- }
- else
- {
- // 短按一次編碼器按鈕,設(shè)定為300℃輸出
- t12SetTemperature = 300;
- isChangeTemperature = 1;
- }
- }
- else if (push_last_time >= 8)
- {
- // 長(zhǎng)按編碼器按鈕,設(shè)定為250℃輸出
- t12SetTemperature = 250;
- isChangeTemperature = 1;
- }
- if (isChangeTemperature)
- {
- // 如果有改變?cè)O(shè)置溫度,那么就要顯示新的設(shè)置溫度
- setTempShowTime = 600;
- }
- push_last_time = 0;
- }
- // 該定時(shí)器初始化函數(shù)部分使用STC-ISP下載軟件生成,加入開(kāi)啟中斷的寄存器賦值
- void Timer0Init(void) //500微秒 0.5ms @12.000MHz
- {
- AUXR |= 0x80; //定時(shí)器時(shí)鐘1T模式
- TMOD &= 0xF0; //設(shè)置定時(shí)器模式
- TL0 = 0x90; //設(shè)置定時(shí)初值
- TH0 = 0xE8; //設(shè)置定時(shí)初值
- TF0 = 0; //清除TF0標(biāo)志
- ET0 = 1; //開(kāi)啟定時(shí)器0中斷
- TR0 = 1; //定時(shí)器0開(kāi)始計(jì)時(shí)
- EA = 1; // CPU總中斷允許控制位
- }
- //定時(shí)0中斷函數(shù),每隔0.5ms執(zhí)行一次
- void timer0(void) interrupt 1
- {
- bianmaqi(); // 調(diào)用編碼器函數(shù),獲取編碼器當(dāng)前狀態(tài)(左旋,右旋,短按,長(zhǎng)按)
- if (heat_time_count < need_heat_time)
- {
- // 如果當(dāng)前還沒(méi)完成需要加熱的時(shí)長(zhǎng),就控制t12加熱
- t12 = 1;
- heat_time_count++;
- }
- else
- {
- // 已經(jīng)完成相應(yīng)的加熱時(shí)長(zhǎng),調(diào)用PID函數(shù)獲取下一個(gè)需要的加熱數(shù)
- t12 = 0;
- getT12Temperature(); // 獲取當(dāng)前T12的溫度
- positionalPID(t12SetTemperature, t12ActualTemperature); // 更新當(dāng)前需要加熱的時(shí)間計(jì)數(shù)
- heat_time_count = 0; //重新開(kāi)始統(tǒng)計(jì)加熱時(shí)長(zhǎng)
- }
- if (setTempShowTime > 0)
- {
- // 還沒(méi)顯示夠顯示設(shè)置溫度的時(shí)長(zhǎng),需要繼續(xù)顯示,這里用7開(kāi)頭表示顯示設(shè)定溫度
- display(t12SetTemperature + 7000);
- setTempShowTime--;
- // 已經(jīng)顯示了設(shè)置溫度了,那么要把這個(gè)更改過(guò)設(shè)置溫度的標(biāo)志開(kāi)關(guān)關(guān)閉
- isChangeTemperature = 0;
- }
- else
- {
- if (actualTempShowTime < 2)
- {
- display(t12ActualTemperature); // 顯示當(dāng)前的t12實(shí)際溫度
- actualTempShowTime = 250;
- }
- actualTempShowTime--;
- }
- }
- void main()
- {
- initIO(); // 初始化IO口
- t12 = 0;
- init1650(1); // 初始化TM1650顯示
- initADC(); // 初始化ADC
- getSystemVoltage(); //檢測(cè)單片機(jī)電源電壓
- getInputVoltage(); //檢測(cè)輸入電壓
- // 顯示輸入電壓,這里的7123和7456僅僅只是用于標(biāo)識(shí)顯示什么內(nèi)容,畢竟沒(méi)有OLED屏幕這么高大上可以顯示很多內(nèi)容
- ……………………
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