蓝桥杯嵌入式综合实验真题-联网电压测量系统设计与实现
目录
实验要求：
实验思路：
核心代码：
（1）变量声明
（2）函数声明
（3）main主函数
（4）按键（长按/短按）
（5）B4短按单独书写一函数
（6）B4长按操作：数据清零
（7）LCD显示函数
（8）串口通信
（9）LED相关
（10）输入捕获回调函数
（11）串口中断回调函数
实验结果：
思考或体会
实验要求：
1) 通过 STM32 微控制器 PA1 引脚测量脉冲信号频率，在 PA7 引脚上输出符合
试题要求的脉冲信号（PWM）。
2) 通过 STM32 微控制器 PA4 和 PA5 检测输入模拟电压。
3) 通过 E2PROM 存储工作参数。
4) 依试题要求，实现串口通信（USART）功能。
5) 依试题要求，通过按键，实现界面切换与控制功能。
6) 依试题要求，通过 LCD、LED 完成数据显示和指示功能。
实验思路：
1.涉及到串口中断、ADC、PWM的相关函数，在CubeMX中也需要相关配置：外部时钟、GPIO引脚、TIM2(通道2 PA1输入捕获)、TIM17(通道1 PA7输出PWM)、ADC2(初始化通道17进行通道13初始化)、UART、NVIC优先级配置
2.按键是为LED、LCD服务的，因此最后书写按键状态切换的逻辑。
3.LCD屏幕一共三个屏幕界面，通过按键切换界面属性。
4.PWM输出需要设置时钟，以及降频分频。
5.通过微控制器 PA1 引脚连续测量输入到该引脚的脉冲信号频率，通过 PA7 引脚输出脉冲信号，输出信号频率按照频率参数和脉冲输出模式进行配置。
6. 通过微控制器 PA4 和 PA5 引脚测量电压数据，测量过程通过按键 B4 在数据界面启动。7.屏幕翻转显示要学会：
核心代码：
（1）变量声明
unsigned char lcd_flag;//显示界面 0为数据界面 1为参数界面 2为记录界面
unsigned char out_mode;//输出模式 0为倍频模式 1为分频模式
unsigned char disp_mode;//LCD显示模式 0为正向显示模式 1为翻转显示模式
unsigned char rec_chanel;//通道记录结果 0为PA4通道记录结果 1为PA5通道记录结果
unsigned char f=1;//频率参数
unsigned char v=1;//电压参数
unsigned int PA1;//PUSL1测频变量
unsigned char uled;//LED显示参数
unsigned char tx[21],rx,rx_buf[21],dex;//串口相关变量
unsigned char e2prom[5];//EEPROM存储数组
typedef struct
{
float value;//当前测量电压数据
float memrory[100];//记录电压数据数组
float all;//已测所有电压数据的总和
float average;//当前所测电压数据的平均值
unsigned int n;//电压数据记录次数
} AO;
AO PA4,PA5;
（2）函数声明
void Key_Proc();
void Lcd_Proc();
void Uart_Proc();
void Led_Proc();
（3）main主函数
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_ADC2_Init();
MX_TIM2_Init();
MX_TIM17_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
LCD_Init();
LCD_Clear(Black);
LCD_SetBackColor(Black);
LCD_SetTextColor(White);
I2CInit();
IIC_Read(e2prom,0,5);
if((e2prom[2]==0x77)&&(e2prom[3]==0x7A)&&(e2prom[4]==0x64))//不是第一次上电
{
v=e2prom[0];//将EEPROM中存储的电压参数赋值给变量
f=e2prom[1];//将EEPROM中存储的频率参数赋值给变量
}
else//是第一次上电
{
e2prom[0]=v;//将初始电压参数存储在EEPROM中
e2prom[1]=f;//将初始频率参数存储在EEPROM中
e2prom[2]=0x77;e2prom[3]=0x7A;e2prom[4]=0x64;//写入表示已经完成第一次上电的标志
IIC_Write(e2prom,0,5);
}
HAL_TIM_PWM_Start(&htim17,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&rx,1);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc2,ADC_SINGLE_ENDED);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
Key_Proc();
Lcd_Proc();
Uart_Proc();
Led_Proc();
}
/* USER CODE END 3 */
}
（4）按键（长按/短按）
void Key_Proc()
{
static __IO uint32_t Key_Tick,DKey_Tick;
static unsigned char key_old,key_flag;
unsigned char key_value,key_down,key_up;
if(uwTick-Key_Tick<50)
return;
Key_Tick=uwTick;
key_value=Key_Scan();
key_down=key_value&(key_value^key_old);
key_up=~key_value&(key_value^key_old);
key_old=key_value;
if(key_down!=0)
DKey_Tick=uwTick;
if(uwTick-DKey_Tick>1000)
{
switch(key_up)
{
case 4:
B4_Long_Proc();
break;
}
}
else
{
switch(key_up)
{
case 1:
if(++jiemian>2)//按下B1按键可以往复切换数据、参数和记录三个界面
jiemian=0;
rec_chanel=0;//每次从其它界面切换到记录界面，默认为PA4通道记录结果
LCD_Clear(Black);
break;
case 2:
if(jiemian==1)//参数界面
{
if(++f>4)//调整频率参数（X）的值
f=1;
IIC_Write(&f,1,1);//写入E2PROM内部地址1
}
break;
case 3:
if(jiemian==1)//参数界面
{
if(++v>4)//调整电压参数（Y）的值
v=1;
IIC_Write(&v,0,1);//写入E2PROM内部地址0
}
break;
case 4:
B4_Short_Proc();
break;
}
}
}
（5）B4短按单独书写一函数
void B4_Short_Proc()
{
unsigned char i,j;
float temp;
if(jiemian==0)//数据界面
{
PA4.value=Get_PA4()*3.3/4095;PA5.value=Get_PA5()*3.3/4095;//启动一次电压测量
PA4.memrory[PA4.n]=PA4.value;PA5.memrory[PA5.n]=PA5.value;//将测得的电压数据存入数组中
for(i=0;i<PA4.n;i++)//冒泡法排序
{
for(j=i+1;j<PA4.n+1;j++)
{
if(PA4.memrory[i]>PA4.memrory[j])
{
temp=PA4.memrory[i];
PA4.memrory[i]=PA4.memrory[j];
PA4.memrory[j]=temp;
}
}
}
PA4.n++;//表示当前PA4的测量次数
for(i=0;i<PA5.n;i++)//冒泡法排序
{
for(j=i+1;j<PA5.n+1;j++)
{
if(PA5.memrory[i]>PA5.memrory[j])
{
temp=PA5.memrory[i];
PA5.memrory[i]=PA5.memrory[j];
PA5.memrory[j]=temp;
}
}
}
PA5.n++;//表示当前PA5的测量次数
for(i=0;i<PA4.n;i++)//计算当前已测量PA4电压数据的总和
{
PA4.all+=PA4.memrory[i];
}
PA4.average=PA4.all/PA4.n;//当前所测PA4电压数据的平均值
PA4.all=0;//当前已测量PA4电压数据的总和清零 以防止下次计算出错
for(i=0;i<PA5.n;i++)//计算当前已测量PA5电压数据的总和
{
PA5.all+=PA5.memrory[i];
}
PA5.average=PA5.all/PA5.n;//当前所测PA5电压数据的平均值
PA5.all=0;//当前已测量PA5电压数据的总和清零 以防止下次计算出错
}
else if(jiemian==1)//参数界面
out_mode^=1;//PA7脉冲输出模式切换
else//记录界面
rec_chanel^=1;//不同测量通道的记录结果切换
}
（6）B4长按操作：数据清零
void B4_Long_Proc()
{
unsigned char i,j;
if(jiemian==2)//记录界面
{
if(rec_chanel==0)//当前为PA4测量通道的记录结果
{
for(i=0;i<PA4.n;i++)
{
PA4.memrory[i]=0;//将数组中测得的PA4电压数据清零
}
PA4.average=0;//当前所测PA4电压数据的平均值清零
PA4.value=0;//当前测量PA4电压数据清零
PA4.n=0;//当前测量PA4电压数据次数清零
}
else//当前为PA5测量通道的记录结果
{
for(i=0;i<PA5.n;i++)
{
PA5.memrory[i]=0;//将数组中测得的PA5电压数据清零
}
PA5.average=0;//当前所测PA5电压数据的平均值清零
PA5.value=0;//当前测量PA5电压数据清零
PA5.n=0;//当前测量PA5电压数据次数清零
}
}
}
（7）LCD显示函数
void Lcd_Proc()
{
static __IO uint32_t Lcd_Tick;
unsigned char lcd_string[21];
if(uwTick-Lcd_Tick<100)//减速
return;
Lcd_Tick=uwTick;
if(out_mode==0)//倍频模式
{
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim17,PA1/f-1);//设置频率
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim17,TIM_CHANNEL_1,0.5*PA1/f);//设置占空比
}
else//分频模式
{
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim17,PA1*f-1);//设置频率
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim17,TIM_CHANNEL_1,0.5*PA1*f);//设置占空比
}
if(jiemian==0)//数据界面
{
sprintf((char*)lcd_string," DATA");//显示界面名称DATA
LCD_DisplayStringLine(Line1,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," PA4=%4.2f",PA4.value);//显示PA4电压数据
LCD_DisplayStringLine(Line3,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," PA5=%4.2f",PA5.value);//显示PA5电压数据
LCD_DisplayStringLine(Line4,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," PA1=%d ",1000000/PA1);//显示PA1脉冲频率
LCD_DisplayStringLine(Line5,lcd_string);
}
else if(jiemian==1)//参数界面
{
sprintf((char*)lcd_string," PARA");//显示界面名称PARA
LCD_DisplayStringLine(Line1,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," X=%d",f);//显示频率参数（X）
LCD_DisplayStringLine(Line3,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," Y=%d",v);//显示电压参数（Y）
LCD_DisplayStringLine(Line4,lcd_string);
}
else//记录界面
{
if(rec_chanel==0)//当前为PA4测量通道的记录结果
{
sprintf((char*)lcd_string," REC-PA4");//显示界面名称REC-PA4
LCD_DisplayStringLine(Line1,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," N=%d ",PA4.n);//显示电压数据记录次数（N）
LCD_DisplayStringLine(Line3,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," A=%4.2f",PA4.memrory[PA4.n-1]);//显示电压最大值（A）
LCD_DisplayStringLine(Line4,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," T=%4.2f",PA4.memrory[0]);//显示电压最小值(T)
LCD_DisplayStringLine(Line5,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," H=%4.2f",PA4.average);//显示平均值(H)
LCD_DisplayStringLine(Line6,lcd_string);
}
else//当前为PA5测量通道的记录结果
{
sprintf((char*)lcd_string," REC-PA5");//显示界面名称REC-PA5
LCD_DisplayStringLine(Line1,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," N=%d ",PA5.n);//显示电压数据记录次数（N）
LCD_DisplayStringLine(Line3,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," A=%4.2f",PA5.memrory[PA5.n-1]);//显示电压最大值（A）
LCD_DisplayStringLine(Line4,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," T=%4.2f",PA5.memrory[0]);//显示电压最小值(T)
LCD_DisplayStringLine(Line5,lcd_string);
sprintf((char*)lcd_string," H=%4.2f",PA5.average);//显示平均值(H)
LCD_DisplayStringLine(Line6,lcd_string);
}
}
}
（8）串口通信
void Uart_Proc()
{
static __IO uint32_t Uart_Tick;
if(uwTick-Uart_Tick<50)
return;
Uart_Tick=uwTick;
if(isRxCplt()==1)//返回当前频率参数
{
sprintf((char*)tx,"X:%d\r\n",f);
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx,strlen(tx),50);
}
else if(isRxCplt()==2)//返回当前电压参数
{
sprintf((char*)tx,"Y:%d\r\n",v);
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx,strlen(tx),50);
}
else if(isRxCplt()==3)//返回PA1通道实时测量到的频率数据
{
sprintf((char*)tx,"PA1:%d\r\n",1000000/PA1);
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx,strlen(tx),50);
}
else if(isRxCplt()==4)//返回PA4通道当前测量到的电压数据
{
sprintf((char*)tx,"PA4:%4.2f\r\n",PA4.value);
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx,strlen(tx),50);
}
else if(isRxCplt()==5)//返回PA5通道当前测量到的电压数据
{
sprintf((char*)tx,"PA5:%4.2f\r\n",PA5.value);
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx,strlen(tx),50);
}
else if(isRxCplt()==6)//切换LCD屏幕显示模式
{
disp_mode^=1;
if(disp_mode==0)//正向显示模式
{
LCD_WriteReg(R1 , 0x0000);
LCD_WriteReg(R96 , 0x2700);
LCD_Clear(Black);
}
else//翻转显示模式
{
LCD_WriteReg(R1 , 0x0100);
LCD_WriteReg(R96 , 0xA700);
LCD_Clear(Black);
}
}
else if(isRxCplt()==7)//接收错误数据 返回ERROR
{
sprintf((char*)tx,"ERROR\r\n");
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx,strlen(tx),50);
}
dex=0;//串口缓冲数组索引清零
}
（9）LED相关
void Led_Proc()
{
static __IO uint32_t Led_Tick;
if(uwTick-Led_Tick<100)//以0.1秒为间隔扫描
return;
Led_Tick=uwTick;
if(out_mode==0)//脉冲输出模式为倍频时点亮
uled|=0x01;
else//否则熄灭
uled&=~0x01;
if(out_mode==1)//脉冲输出模式为分频时点亮
uled|=0x02;
else//否则熄灭
uled&=~0x02;
if(PA4.value>PA5.value*v)//当VPA4>VPA5*电压参数时，指示灯LD3以0.1秒为间隔切换亮灭状态
uled^=0x04;
else//否则熄灭
uled&=~0x04;
if(disp_mode==0)//正向显示模式点亮
uled|=0x08;
else//翻转显示模式熄灭
uled&=~0x08;
Led_Disp(uled);//LED显示函数
}
（10）输入捕获回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance==TIM2)//发生中断的定时器为定时器2
{
if(htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2)//发生中断的通道为通道2
{
PA1=HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_2)+1;//读取当前定时器的数值
if(1000000/PA1>10000)//频率<100时 钳制在100
PA1=100;
else if(1000000/PA1<100)//频率>10k时 钳制在10k
PA1=10000;
}
}
}
（11）串口中断回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
rx_buf[dex++]=rx;//一位一位存入缓存数组，索引＋1
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&rx,1);//重新开启接收中断
}
实验结果：
思考或体会
1.实验内容涉及到了多个模块，题目量相当于省赛题目的两倍，因此在做题时更需要将模块化铭记于心，做完一个模块后备份一下，保证代码少出错，多模块顺利通过。
2.USART的使用和PWM的中断最大区别就是是否在while循环前预先Receive一次，这一点要注意。
3.一些基础的计算例如保存还有电压频率的采集是必须熟练掌握的。
4.题目本身不难，就是任务多，需要更加沉住气，经过这次练习后就知道想要拿到国奖需要达到什么的水平。
5.LCD屏幕的翻转，这是头一次见到，网上查阅相关资料得知本质是靠寄存器内数据的翻转，说明官方给的lcd.c需要更加深入学习，包括i2c以后或许也会有进阶要求。