第十五届蓝桥杯单片机省赛程序设计试题
同时也是积分赛——测量NE555输出脉冲频率
第十五届 蓝桥杯 单片机设计与开发项目 省赛1
第二部分 程序设计试题(85 分)
(大学组)
一 基本要求
1、使用大赛组委会统一提供的四梯单片机竞赛实训平台,完成本试题程序设计与调试。
2、参考资料:选手在程序设计与调试过程中,可参考组委会提供的“资源数据包”。
3、提交要求:程序编写、调试完成后,选手应通过考试系统提交完整、可编译的 Keil工程压缩包,压缩包以准考证号命名。选手提交的工程应是最终版本,工程文件夹内应包含以准考证号命名的 hex 文件,该 hex 文件是成绩评审的依据。请勿上传与作品工程文件无关的其他文件,不符合文件提交和命名要求的作品将被评为零分,最终上传的压缩文件大小控制在 30MB 以内。
4、硬件配置
① 将 IAP15F2K61S2 单片机内部振荡器频率设定为 12MHz。
② 键盘工作模式跳线 J5 配置为矩阵键盘(KBD)模式。
③ 扩展方式跳线 J13 配置为 IO 模式。
选手需严格按照以上要求配置竞赛板,编写和调试程序,不符合以上配置要求的作品将被评为零分。
注意:以上提交要求为第十五届蓝桥杯正式比赛提交要求。
本次评审提交要求:程序编写、调试完成后,选手需通过考试系统提交以准考证号命名的hex文件。
二 硬件框图
图 1 系统硬件框图
三 功能描述
3.1 功能概述
1、通过单片机 P34 引脚测量 NE555 输出的脉冲信号频率。
2、支持频率数据校准功能。
3、支持频率超限报警功能。
4、通过读取 DS1302 RTC 芯片,获取时间数据。
5、通过数码管完成题目要求的数据显示功能。
6、通过键盘实现界面切换、参数设定等功能。
7、通过 PCF8591 实现 DAC 输出功能。
8、通过 LED 指示灯完成题目要求的输出指示和状态反馈功能。
3.2 性能要求
1、频率测量精度:±8%。
2、按键动作响应时间:≤0.1 秒。
3、指示灯动作响应时间:≤0.1 秒。
4、数码管动态扫描周期、位选通间隔均匀,显示效果清晰、稳定,无闪烁、过暗、亮度不均等明显缺陷。
3.3 显示功能
1、频率界面
频率界面如图 2 所示,显示内容包括界面编号(F)和频率数据,频率数据单位为 Hz,整数。
图 2 频率界面
通过 5 位数码管显示频率数据,当数据长度不足 5 位时高位(左侧)熄灭。
2、参数界面
超限参数界面如图 3 所示,显示内容包括界面编号(P1)和超限参数 PF,单位为 Hz,整数。
图 3 超限参数界面
校准值参数界面如图 4-1/3 所示,显示内容包括界面编号(P2)和校准值参数,单位为 Hz,整数。
图 4-1 校准值参数界面(正数)
图 4-2 校准值参数界面(负数)
图 4-3 校准值参数界面(0)
通过 4 位数码管显示校准值参数,负数显示符号。
3、时间界面
时间界面如图 5 所示,显示内容包括时、分、秒数据和间隔符“-”,时、分、秒数据固定使用 2 位数码管显示,不足 2 位补 0。
图 5 时间界面
4、回显界面
频率回显界面如图 6-1 所示,由界面编号(hF)和最大频率值组成。
图 6-1 回显界面(频率)
通过 5 位数码管显示最大频率数据,当数据长度不足 5 位时高位(左侧)熄灭。
时间回显界面如图 6-2 所示,由界面编号(hA)和最大频率发生的时间组成。
图 6-2 回显界面(时间)
5、显示功能设计要求
① 按照题目要求的界面格式和切换方式进行设计。
② 数码管显示稳定、清晰,无重影、闪烁、过暗、亮度不均匀等严重影响显示效果的设计缺陷。
③ 数码管显示内容刷新率≤0.1 秒。
④ 切换不同的数码管显示界面,不影响频率采集和 DAC 输出功能。
3.4 频率测量功能
1、频率测量:测量 NE555 输出信号的频率。
2、频率校准:系统内置频率校准值参数,取值范围-900 到 900Hz ,直接测量到的频率数据加校准值参数,作为频率数据的最终结果。若校准后频率为负数,频率界面数码管显示 LL,表示此状态错误。
3、频率最大值统计:统计最大频率值和发生时间,并可以在回显界面显示。
3.5 DAC 输出功能
通过 PCF8591 实现 DAC 输出功能,DAC 输出与测量频率关系如图 7 所示。
图 7 DAC 输出与频率数据的对应关系
PF代指超限参数,单位为 Hz。
** 若频率状态错误(校准后为负),DAC 固定输出 0V。
3.6 按键功能
1、功能说明
使用 S4、S5、S8、S9 完成界面切换与设置功能。
S4:定义为“界面”按键,按下 S4 按键,切换频率、参数、时间和回显四个界面,切换模式如图 8 所示。
图 8 界面切换模式
S4:按键在任意界面下有效。
S5:定义为“选择”按键,在参数和回显界面下有效。
① 参数界面下,按下 S5 按键,切换超限参数(图 3)和校准值参数(图 4-1/3)两个子界面,切换模式如图 9 所示。
图 9 参数子界面切换模式
要求:每次从频率界面切换到参数界面时,处于超限参数子界面。
② 回显界面下,按下 S5 按键,切换频率回显(图 6-1)和时间回显(图 6-2)两个子界面,切换模式如图 10 所示。
图 10 回显子界面切换模式
要求:每次从时间界面切换到回显界面时,处于频率回显子界面。
S8、S9 分别定义为 “加”和“减”按键,在参数界面的两个子界面下有效。
① 超限参数界面下,按下 S8 按键,超限参数增加 1000Hz,按下 S9 按键,超限参数减小 1000Hz。
② 校准值参数界面下,按下 S8 按键,校准值参数增加 100Hz, 按下S9 按键,校准值参数减小 100Hz。
2、按键功能设计要求
① 按键应做好消抖处理,避免出现一次按键动作导致功能多次触发。
② 按键动作不影响数据采集和数码管显示等其他功能。
③ 参数调整时,考虑边界值范围,不出现无效参数。
④ S5超限参数可调整范围:1000Hz ~ 9000Hz
⑤ 校准值参数可调整范围:-900Hz ~ 900Hz
3.7 LED 指示灯功能
1、界面指示灯
频率界面下指示灯 L1 以 0.2 秒为间隔切换亮、灭状态,其它界面下熄灭。
2、报警指示灯
当前频率数据大于超限参数时,指示灯 L2 以 0.2 秒为间隔切换亮、灭状态,否则熄灭。
** 若频率状态错误(校准后为负),L2 指示灯点亮。
3、其余试题未涉及的指示灯均处于熄灭状态。
四 初始状态
请严格按照以下要求设计作品的上电初始状态。
1) 处于频率界面。
2) 频率超限参数:2000Hz。
3) 频率校准值参数:0。
代码实现
sys.h
#ifndef __SYS_H__
#define __SYS_H__
#include <STC15F2K60S2.H>
//ds1302.c
extern unsigned char time[3];
void w_ds1302();
void r_ds1302();
//iic.c
void dac(unsigned char date);
//sys.c
extern bit ui1_choose;
extern bit ui3_choose;
extern bit flag_error;
extern int st_ne555;
extern unsigned char UI;
extern unsigned int ne555;
extern unsigned int max_ne555;
extern unsigned int line_ne555;
extern unsigned int time_max[3];
void init74hc138(unsigned char n);
void led(unsigned char n);
void ne555_dac();
void no_led();
void init();
//seg_key.c
extern unsigned char Seg_Buff[8];
void Seg_Loop();
void Key_Loop();
void seg_ui();
#endif
main.c
#include "sys.h"
bit flag_seg=0;
bit flag_key=0;
bit flag_time=0;
bit flag_ne555=0;
bit flag_more=0;
void Timer0_Init(void) //用作计数器
{
TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式
TMOD |= 0x05; //设置为计数器模式
TL0 = 0x00; //设置定时初始值
TH0 = 0x00; //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 = 0;//关中断
}
void Timer1_Init(void) //100微秒@12.000MHz
{
AUXR |= 0x40; //定时器时钟1T模式
TMOD &= 0x0F; //设置定时器模式
TL1 = 0x50; //设置定时初始值
TH1 = 0xFB; //设置定时初始值
TF1 = 0; //清除TF1标志
TR1 = 1; //定时器1开始计时
ET1 = 1; //使能定时器1中断
EA = 1;
}
unsigned int get_ne555(){
unsigned int temp;
temp=TH0<<8|TL0;
TH0=0X00;
TL0=0X00;
if(TF0){
return 0xffff;
}else{
if(st_ne555<0&&(-st_ne555)>temp)flag_error=1;
else flag_error=0;
return temp+st_ne555;
}
}
void catch_max(){
if(max_ne555<ne555){
max_ne555=ne555;
time_max[0]=time[0];
time_max[1]=time[1];
time_max[2]=time[2];
}
}
void main(){
init();
Timer0_Init();
Timer1_Init();
w_ds1302();
while(1){
if(flag_seg){
flag_seg=0;
Seg_Loop();
}
if(flag_key){
flag_key=0;
Key_Loop();
seg_ui();
}
if(flag_time){
flag_time=0;
r_ds1302();
}
if(flag_ne555){
flag_ne555=0;
ne555=get_ne555();
ne555_dac();
seg_ui();
}
//记录频率最大值及其时间
catch_max();
//错误状态指示
if(flag_error) led(2);
else no_led();
//报警指示,当前频率大于超限参数
if(ne555>line_ne555) flag_more=1;
else flag_more=0;
}
}
void Timer1_Isr(void) interrupt 3
{
static unsigned char count1=0;
static unsigned char count2=0;
static unsigned int count3=0;
static unsigned int count_ne555;
static unsigned int count_line=0;
static unsigned int count_led1=0;
count1++;count2++;count3++;
count_ne555++;
if(count1==2){
count1=0;
flag_seg=1;
}
if(count2==50){
count2=0;
flag_key=1;
}
if(count3==5000){
count3=0;
flag_time=1;
}
if(count_ne555==10000){
count_ne555=0;
flag_ne555=1;
}
if(flag_more){
count_line++;
if(count_line<=2000) led(2);
else if(count_line<=4000) no_led();
else{ count_line=0; led(2); }
}else{ count_line=0; no_led(); }
if(UI==0){
count_led1++;
if(count_led1<=2000) led(1);
else if(count_led1<=4000) no_led();
else{ count_led1=0; led(1); }
}else{ count_led1=0; no_led(); }
}
sys.c
#include "sys.h"
unsigned char UI=0;//s4控制
//界面标志位:0为频率界面;1为参数界面;2为时间界面;3为回显界面
bit ui1_choose=0; //参数界面下,0为超限参数;1为校准值
bit ui3_choose=0; //回显界面下,0为频率回显;1为时间回显
//以上选择由s5控制
bit flag_error=0; //界面错误状态标志
int st_ne555=0; //校准值参数 -900HZ~900HZ
unsigned int ne555; //经校准后的频率
unsigned int max_ne555; //记录频率最大值
unsigned int time_max[3]; //记录频率最大时的时间
unsigned int line_ne555=2000; //超限参数 1000HZ~9000HZ
void init74hc138(unsigned char n){
P2=(P2&0x1f)|(n<<5);
P2&=0x1f;
}
void init(){
P0=0x00;
init74hc138(5);
P0=0xff;
init74hc138(4);
}
unsigned char v_num_dac(float num){
return (unsigned char)(num/5.0*255);
}
//看曲线写函数
void ne555_dac(){
unsigned char temp;
if(flag_error){
temp=v_num_dac(0.0);
}else if(ne555<500){
temp=v_num_dac(1.0);
}else if(ne555<line_ne555){
temp=v_num_dac(1.0+(ne555-500)*(4.0/(line_ne555-500)));
}else{
temp=v_num_dac(5.0);
}
dac(temp);
}
void led(unsigned char n){
P0=~(0x01<<(n-1));
init74hc138(4);
}
void no_led(){
P0=0xff;
init74hc138(4);
}
seg_key.c
#include "sys.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
0x88, //A 10
0x8e, //F 11
0x89, //H 12
0xc7, //L 13
0x8c, //P 14
0xbf, //- 15
0xff //熄灭 16
};
unsigned char Seg_Buff[8]={16,16,16,16,16,16,16,16};
unsigned char keyval,keyold,keyup,keydown;
void seg(unsigned char addr,num){
P0=0xff;
init74hc138(7);
P0=0x01<<addr;
init74hc138(6);
P0=Seg_Table[num];
init74hc138(7);
}
void Seg_Loop(){
static unsigned char i=0;
seg(i,Seg_Buff[i]);
i++;
if(i==8)i=0;
}
unsigned char key_scan(){
P44=0;P42=1;
if(P33==0)return 4;
if(P32==0)return 5;
P44=1;P42=0;
if(P33==0)return 8;
if(P32==0)return 9;
return 0;
}
void Key_Loop(){
keyval=key_scan();
keydown=keyval&(keyold^keyval);
keyup=~keyval&(keyold^keyval);
//s4为界面按键,在任意界面下有效
if(keyval==4&&keyold!=4){
UI++;
if(UI==4)UI=0;
ui1_choose=0;
ui3_choose=0;
}
//s5为选择按键,在参数(1)和回显(3)界面下有效
if(keyval==5&&keyold!=5){
if(UI==1)ui1_choose=!ui1_choose;
if(UI==3)ui3_choose=!ui3_choose;
}
//s8为加按键
if(keyval==8&&keyold!=8){
if(UI==1){
if(ui1_choose){
//在校准值参数界面,校准值参数加100HZ
if(st_ne555<900)st_ne555+=100;
}else{
//在超限参数界面,超限参数加1000HZ
if(line_ne555<9000)line_ne555+=1000;
}
}
}
//s9为减按键
if(keyval==9&&keyold!=9){
if(UI==1){
if(ui1_choose){
//在校准值参数界面,校准值参数减100HZ
if(st_ne555>-900)st_ne555-=100;
}else{
//在超限参数界面,超限参数减1000HZ
if(line_ne555>1000)line_ne555-=1000;
}
}
}
keyold=keyval;
}
//频率界面显示
void ui0(){
Seg_Buff[0]=11; //F
Seg_Buff[1]=16; //熄灭
Seg_Buff[2]=16; //熄灭
if(flag_error==0){
Seg_Buff[7]=ne555%10;
if(ne555>=10)
Seg_Buff[6]=ne555/10%10;
else
Seg_Buff[6]=16;
if(ne555>=100)
Seg_Buff[5]=ne555/100%10;
else
Seg_Buff[5]=16;
if(ne555>=1000)
Seg_Buff[4]=ne555/1000%10;
else
Seg_Buff[4]=16;
if(ne555>=10000)
Seg_Buff[3]=ne555/10000%10;
else
Seg_Buff[3]=16;
}else{//校准后的频率小于0,进入错误状态
Seg_Buff[7]=13;
Seg_Buff[6]=13;
Seg_Buff[5]=16;
Seg_Buff[4]=16;
Seg_Buff[3]=16;
Seg_Buff[2]=16;
Seg_Buff[1]=16;
}
}
//参数界面_超限参数显示
void ui1_0(){
Seg_Buff[0]=14; //P
Seg_Buff[1]=1; //1
Seg_Buff[2]=16; //熄灭
Seg_Buff[3]=16; //熄灭
Seg_Buff[7]=line_ne555%10;
if(line_ne555>=10)
Seg_Buff[6]=line_ne555/10%10;
else
Seg_Buff[6]=16;
if(line_ne555>=100)
Seg_Buff[5]=line_ne555/100%10;
else
Seg_Buff[5]=16;
if(line_ne555>=1000)
Seg_Buff[4]=line_ne555/1000%10;
else
Seg_Buff[4]=16;
}
//参数界面_校准值参数显示
void ui1_1(){
unsigned int tst_ne555;
Seg_Buff[0]=14; //P
Seg_Buff[1]=2; //2
Seg_Buff[2]=16; //熄灭
Seg_Buff[3]=16; //熄灭
if(st_ne555<0) tst_ne555=-st_ne555;
else tst_ne555=st_ne555;
Seg_Buff[7]=tst_ne555%10;
if(tst_ne555>=10)
Seg_Buff[6]=tst_ne555/10%10;
else
Seg_Buff[6]=16;
if(tst_ne555>=100)
Seg_Buff[5]=tst_ne555/100%10;
else
Seg_Buff[5]=16;
if(st_ne555<0)
Seg_Buff[4]=15;//-号
else
Seg_Buff[4]=16;
}
//时间界面
void ui2(){
//秒
Seg_Buff[7]=time[0]%10;
Seg_Buff[6]=time[0]/10;
Seg_Buff[5]=15;
//分
Seg_Buff[4]=time[1]%10;
Seg_Buff[3]=time[1]/10;
Seg_Buff[2]=15;
//时
Seg_Buff[1]=time[2]%10;
Seg_Buff[0]=time[2]/10;
}
//回显界面_频率回显显示
void ui3_0(){
Seg_Buff[0]=12; //H
Seg_Buff[1]=11; //F
Seg_Buff[2]=16; //熄灭
Seg_Buff[7]=max_ne555%10;
if(max_ne555>=10)
Seg_Buff[6]=max_ne555/10%10;
else
Seg_Buff[6]=16;
if(max_ne555>=100)
Seg_Buff[5]=max_ne555/100%10;
else
Seg_Buff[5]=16;
if(max_ne555>=1000)
Seg_Buff[4]=max_ne555/1000%10;
else
Seg_Buff[4]=16;
if(max_ne555>=10000)
Seg_Buff[3]=max_ne555/10000%10;
else
Seg_Buff[3]=16;
}
//回显界面_时间回显显示
void ui3_1(){
Seg_Buff[0]=12; //H
Seg_Buff[1]=10; //A
Seg_Buff[7]=time_max[0]%10;
Seg_Buff[6]=time_max[0]/10;
Seg_Buff[5]=time_max[1]%10;
Seg_Buff[4]=time_max[1]/10;
Seg_Buff[3]=time_max[2]%10;
Seg_Buff[2]=time_max[2]/10;
}
void seg_ui(){
switch(UI){
case 0:
ui0();break;
case 1:
if(ui1_choose) ui1_1();
else ui1_0();
break;
case 2:
ui2();break;
case 3:
if(ui3_choose) ui3_1();
else ui3_0();
break;
}
}
ds1302.c
#include "sys.h"
#include "intrins.h"
sbit RST=P1^3;
sbit SDA=P2^3;
sbit SCK=P1^7;
unsigned char time[3]={5,3,13};
void Write_Ds1302(unsigned char temp)
{
unsigned char i;
for (i=0;i<8;i++)
{
SCK = 0;
SDA = temp&0x01;
temp>>=1;
SCK=1;
}
}
void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat )
{
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
RST=1; _nop_();
Write_Ds1302(address);
Write_Ds1302(dat/10*16|dat%10);
RST=0;
}
unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address )
{
unsigned char i,temp=0x00;
unsigned char dat1,dat2;
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
RST=1; _nop_();
Write_Ds1302(address);
for (i=0;i<8;i++)
{
SCK=0;
temp>>=1;
if(SDA)
temp|=0x80;
SCK=1;
}
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
SCK=1; _nop_();
SDA=0; _nop_();
SDA=1; _nop_();
dat1=temp/16;
dat2=temp%16;
temp=dat1*10+dat2;
return (temp);
}
void w_ds1302(){
unsigned char i,addr=0x80;
Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x00);
for(i=0;i<3;i++){
Write_Ds1302_Byte(addr,time[i]);
addr+=2;
}
Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x80);
}
void r_ds1302(){
unsigned char i,addr=0x81;
for(i=0;i<3;i++){
time[i]=Read_Ds1302_Byte(addr);
addr+=2;
}
}
iic.c
#include "sys.h"
#include "intrins.h"
#define DELAY_TIME 5
sbit sda=P2^1;
sbit scl=P2^0;
static void I2C_Delay(unsigned char n)
{
do
{
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
while(n--);
}
void I2CStart(void)
{
sda = 1;
scl = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
sda = 0;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
scl = 0;
}
void I2CStop(void)
{
sda = 0;
scl = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
sda = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
}
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;
}
//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;
//}
unsigned char I2CWaitAck(void)
{
unsigned char ackbit;
scl = 1;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
ackbit = sda;
scl = 0;
I2C_Delay(DELAY_TIME);
return ackbit;
}
//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);
//}
void dac(unsigned char date){
I2CStart();
I2CSendByte(0x90);
I2CWaitAck();
I2CSendByte(0x43);
I2CWaitAck();
I2CSendByte(date);
I2CWaitAck();
I2CStop();
}
待解决的问题
指示灯频率的问题一直没有做正确过,绞尽脑汁也没办法解决啊啊啊啊啊啊