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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

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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

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图 1 系统硬件框图

三 功能描述

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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

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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~9000HZvoid 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100HZif(st_ne555<900)st_ne555+=100;}else{//在超限参数界面，超限参数加1000HZif(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100HZif(st_ne555>-900)st_ne555-=100;}else{//在超限参数界面，超限参数减1000HZif(line_ne555>1000)line_ne555-=1000;}}}keyold=keyval;
}
//频率界面显示
void ui0(){Seg_Buff[0]=11;	//FSeg_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;elseSeg_Buff[6]=16;if(ne555>=100)Seg_Buff[5]=ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(ne555>=1000)Seg_Buff[4]=ne555/1000%10;elseSeg_Buff[4]=16;if(ne555>=10000)Seg_Buff[3]=ne555/10000%10;elseSeg_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;	//PSeg_Buff[1]=1;	//1Seg_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;elseSeg_Buff[6]=16;if(line_ne555>=100)Seg_Buff[5]=line_ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(line_ne555>=1000)Seg_Buff[4]=line_ne555/1000%10;elseSeg_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;	//PSeg_Buff[1]=2;	//2Seg_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;elseSeg_Buff[6]=16;if(tst_ne555>=100)Seg_Buff[5]=tst_ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(st_ne555<0)Seg_Buff[4]=15;//-号elseSeg_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;	//HSeg_Buff[1]=11;	//FSeg_Buff[2]=16;	//熄灭Seg_Buff[7]=max_ne555%10;if(max_ne555>=10)Seg_Buff[6]=max_ne555/10%10;elseSeg_Buff[6]=16;if(max_ne555>=100)Seg_Buff[5]=max_ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(max_ne555>=1000)Seg_Buff[4]=max_ne555/1000%10;elseSeg_Buff[4]=16;if(max_ne555>=10000)Seg_Buff[3]=max_ne555/10000%10;elseSeg_Buff[3]=16;
}
//回显界面_时间回显显示
void ui3_1(){Seg_Buff[0]=12;	//HSeg_Buff[1]=10;	//ASeg_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