蓝桥杯嵌入式|第十三届蓝桥杯嵌入式省赛程序设计试题及其题解
题目
十三届省赛是要制作一个可由串口设置密码的密码锁。在本场比赛中，我们将用到LED模块、按键模块、串口模块、定时器的PWM模块以及官方会提供源码的LCD模块。下面就请看原题：
题解
在正式题解前，大家需要注意以下几点：
- 由于LCD与LED有部分引脚是共用的，因此初始化完成LCD后最好手动关闭LED；
- 由于每次LCD显示的长度可能不同，因此在本次显示前，要不先清屏，要不跟上次显示一样长；
- 使用CubeMX配置完成串口USART1后需要更改默认引脚为PA9、PA10；
LED模块
通过查询产品手册知，LED的引脚为PC8~PC15，外加锁存器74HC573需要用到的引脚PD2。（由于题目要求除LED1、LED2外的其他LED都处于熄灭状态，此处特意将所有的LED都初始化）
CubeMX配置:
代码样例
由于G431的所有LED都跟锁存器74HC573连接，因此每次更改LED状态时都需要先打开锁存器，写入数据后再关闭锁存器。
/*****************************************************
* 函数功能：改变所有LED的状态
* 函数参数：
* char LEDSTATE: 0-表示关闭 1-表示打开
* 函数返回值：无
******************************************************/
void changeAllLedByStateNumber(char LEDSTATE)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12,(LEDSTATE==1?GPIO_PIN_RESET:GPIO_PIN_SET));
//打开锁存器 准备写入数据
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
//关闭锁存器 锁存器的作用为 使得锁存器输出端的电平一直维持在一个固定的状态
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
}
/*****************************************************
* 函数功能：根据LED的位置打开或者是关闭LED
* 函数参数：
* uint16_t LEDLOCATION:需要操作LED的位置
* char LEDSTATE: 0-表示关闭 1-表示打开
* 函数返回值：无
******************************************************/
void changeLedStateByLocation(uint16_t LEDLOCATION,char LEDSTATE)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,LEDLOCATION,(LEDSTATE==1?GPIO_PIN_RESET:GPIO_PIN_SET));
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
}
按键模块
通过查询产品手册知，开发板上的四个按键引脚为PB0~PB2、PA0。
CubeMX配置
代码样例
由于G431开发板上按键数量较少以及本次按键不涉及长短按、单击双击等复杂按键的设计，因此，我们直接使用含锁机制的if判断即可。
- 第一步，判断按键是否按键以及锁是否处于打开状态，如果两者有一个不满足函数直接返回；否则，进入下一步；
- 第二步，上锁，延时消抖；
- 第三步，再次读取各个按键，判断具体是哪个按键按下；
- 第四步，判断按键是否松开，如果松开，则开锁；否则函数直接返回。
/*********************************************
* 函数功能：按键扫描 含按键消抖 无长按短按设计
* 函数参数：无
* 函数返回值：按键的位置
* 返回值说明：B1-1 B2-2 B3-3 B4-4
*********************************************/
unsigned char scanKey(void)
{
//按键锁
static unsigned char keyLock = 1;
//记录按键消抖时间
// static uint16_t keyCount = 0;
//按键按下
if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0) == RESET || HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) == RESET
|| HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2) == RESET || HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == RESET)
&& keyLock == 1){
//给按键上锁 避免多次触发按键
keyLock = 0;
//按键消抖 这里最好不要使用延时函数进行消抖 会影响系统的实时性
// if(++keyCount % 10 < 5) return 0;
// if(HAL_GetTick()%15 < 10) return 0;
HAL_Delay(10);
//按键B1
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0) == RESET){
return 1;
}
//按键B2
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) == RESET){
return 2;
}
//按键B3
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2) == RESET){
return 3;
}
//按键B4
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == RESET){
return 4;
}
}
//按键松开
if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0) == SET && HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) == SET
&& HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2) == SET && HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == SET)
&& keyLock == 0){
//开锁
keyLock = 1;
}
return 0;
}
串口
本次试题中，串口功能比较简单，只需要能够完成简单的接收数据即可。
CubeMX配置
配置时一定一定记得改引脚！！！
代码样例
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)函数解析：
- UART_HandleTypeDef *huart：串口通道;
- uint8_t *pData：存放数据的buff;
- uint16_t Size:一次接收数据的长度
不过使用时还需要初始化，否则不能够进入中断接收数据；
/***使用HAL_UART_Receive_IT中断接收数据 每次接收完成数据后就会执行该函数***/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance == USART1){
// 重新使能中断
HAL_UART_Receive_IT(huart,(uint8_t *)&Rxbuff,sizeof(Rxbuff));
}
}
定时器输出PWM波
CubeMX配置
修改PWM的频率及占空比样例代码（可直接调用）
/****************************************
* 函数功能：修改PWM频率工作
* 函数参数：
* unsigned int autoreloadDate:重装载值
* unsigned int compareDate:PWM的比较值
* 函数返回值：无
****************************************/
void pwmWorkByFre(unsigned int autoreloadDate,unsigned int compareDate)
{
//设置重装载值
__HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2,autoreloadDate-1);
__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,compareDate);
}
LCD模块
LCD模块官方会提供源码，内含初始化，大家会用即可。如下面是一段将LCD初始化成——文字颜色为白色、背景为蓝色的LCD屏：
/******************************************************************************
* 函数功能：LCD初始化
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*******************************************************************************/
void lcdInit(void)
{
//HAL库的初始化
LCD_Init();
//设置LCD的背景色
LCD_Clear(Blue);
//设置LCD字体颜色
LCD_SetTextColor(White);
//设置LCD字体的背景色
LCD_SetBackColor(Blue);
}
完整的配置文件
文件说明：
- sysInit()函数：自己添加的初始化配置；
- sysWork()函数：系统工作逻辑函数；
#include "config.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "stdlib.h"
//外部定义变量
extern TIM_HandleTypeDef htim7,htim2;
extern UART_HandleTypeDef huart1;
extern TIM_HandleTypeDef htim3;
//记录目前LCD处于的界面 0-密码输入界面 1-显示输出界面
int lcd_view_mod = 0;
//定时器7计数 计数值加1表示定时器触发一次也就是过了10ms
int time7_count = 0;
//保存上一次定时器7计数值
int time7_count_start_flag = 0;
//密码输入界面显示的数据
char psd_txt[20];
//输出状态界面显示数据
char sta_txt[20];
char temp[20];
unsigned int crrl_t = 0;
uint32_t frd = 0;
//用于循环
int i,j;
//* 存储串口1接收的数据
uint8_t Rxbuff[7];
//密码锁密码 注意 这里一定一定要加上字符串结束符'\0' 否则会出现字符串拼接的情况
char passwd[4] = {'1','2','3','\0'};
//输入的密码
char passwd_test[4] = {'0','0','0','\0'};
//记录密码输错次数
unsigned int passwd_wrong_count = 0;
//记录是否重头开始输入密码 0-是重头开始输入且没开始输入的 1-不是重头开始输入密码
char passwd_flag = 0;
//记录按键的值
unsigned char key_num = 0;
/***********************************************
* 函数功能：自定义的系统初始化
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***********************************************/
void sysInit(void)
{
//LCD初始化
lcdInit();
//关闭所有的LED
changeAllLedByStateNumber(0);
//打开定时器7中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim7);
//打开串口的中断接收功能
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&Rxbuff,sizeof(Rxbuff));
//打开定时器2通道2的PWM输出功能
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
}
/***********************************************
* 函数功能：系统工作逻辑函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***********************************************/
void sysWork(void)
{
//更新密码
getPasswdByUsart();
//密码的相关操作以及显示密码界面
if(lcd_view_mod == 0)
{
keyProc();
PSDViewDisplay();
pwmWorkByFre(1000,400);
}
//显示输出界面
else if(lcd_view_mod == 1)
{
STAViewDisplay();
pwmWorkByFre(500,50);
passwd_flag = 0;
time7_count_start_flag = 1;
}
//LED灯显示
ledDisplay();
//5秒时间到 定时器值以及标志位归零 界面显示密码界面 密码输错次数归零
if(time7_count>500)
{
time7_count = 0;
time7_count_start_flag = 0;
lcd_view_mod = 0;
passwd_wrong_count = 0;
}
}
/***非阻塞模式下定时器中断回调函数***/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
//定时器7的中断回调函数
if(htim->Instance == TIM7)
{
key_num = scanKey();
if(time7_count_start_flag)
time7_count++;
}
}
/***使用HAL_UART_Receive_IT中断接收数据 每次接收完成数据后就会执行该函数***/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance == USART1){
// 重新使能中断
HAL_UART_Receive_IT(huart,(uint8_t *)&Rxbuff,sizeof(Rxbuff));
}
}
/***********************************************
* 函数功能：显示密码输入界面
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***********************************************/
void PSDViewDisplay(void)
{
LCD_DisplayStringLine(Line2,(uint8_t*)" PSD");
//在第一次输入密码前显示
if(passwd_flag == 0)
{
sprintf(psd_txt," B1 :%c ",'@');
LCD_DisplayStringLine(Line3,(uint8_t*)psd_txt);
sprintf(psd_txt," B2 :%c ",'@');
LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)psd_txt);
sprintf(psd_txt," B3 :%c ",'@');
LCD_DisplayStringLine(Line5,(uint8_t*)psd_txt);
}
else
{
sprintf(psd_txt," B1 :%c ",passwd_test[0]);
LCD_DisplayStringLine(Line3,(uint8_t*)psd_txt);
sprintf(psd_txt," B2 :%c ",passwd_test[1]);
LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)psd_txt);
sprintf(psd_txt," B3 :%c ",passwd_test[2]);
LCD_DisplayStringLine(Line5,(uint8_t*)psd_txt);
}
}
/***********************************************
* 函数功能：显示输出界面
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***********************************************/
void STAViewDisplay(void)
{
LCD_DisplayStringLine(Line2,(uint8_t*)" STA");
LCD_DisplayStringLine(Line3,(uint8_t*)" F :2000Hz");
LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)" D :10%");
LCD_ClearLine(Line5);
}
/***********************************************
* 函数功能：LED的相关显示
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***********************************************/
void ledDisplay(void)
{
static int LED2_state = 1;
//为了避免LED显示受到LCD影响 应该先关闭所有LED
changeAllLedByStateNumber(0);
//密码输入错误三次 LED2以0.1秒间隔闪烁 （5秒后熄灭）
if(passwd_wrong_count>=3)
{
time7_count_start_flag = 1;
if(time7_count <= 500)
{
//定时器计数值刷新 时间到了 LED2状态需要反转
changeLedStateByLocation(LED2,LED2_state);
LED2_state ^= 1;
}
}
//密码验证成功 LED1点亮5秒 （5秒后熄灭）
if(lcd_view_mod && time7_count <= 500)
{
changeLedStateByLocation(LED1,1);
}
}
/********************************************
* 函数功能：
* 函数参数:无
* 函数返回值:无
********************************************/
void getPasswdByUsart(void)
{
//分析串口接收到数据 需：旧密码匹配才能够设置新密码
for(i=0;i<7;i++)
{
//判断输入是否合理
if(!((Rxbuff[i]>='0'&&Rxbuff[i]<='9') || Rxbuff[i]=='-'))
return ;
//判断旧密码是否正确
if(i < 3)
{
if(Rxbuff[i]!=passwd[i])
return ;
}
//设置新密码
if(i>3)
{
passwd[i%4] = Rxbuff[i];
}
}
//重置密码后也需要重置旧密码输入错误的次数
passwd_wrong_count = 0;
}
/********************************************
* 函数功能：
* 函数参数:无
* 函数返回值:无
********************************************/
void keyProc(void)
{
//按键按下
if(key_num)
{
//按键B0-B2
if(key_num!= 3)
{
if(++passwd_test[key_num]>'9') passwd_test[key_num] = '0';
passwd_flag = 1;
}
//按键B3
else
{
//输入密码正确
if(!strcmp(passwd,passwd_test))
{
lcd_view_mod = 1;
passwd_wrong_count = 0;
}
//输入密码错误
else
{
passwd_flag = 0;
passwd_wrong_count++;
}
}
}
}
/****************************************
* 函数功能：修改PWM的频率工作
* 函数参数：
* unsigned int autoreloadDate:重装载值
* unsigned int compareDate:PWM的比较值
* 函数返回值：无
****************************************/
void pwmWorkByFre(unsigned int autoreloadDate,unsigned int compareDate)
{
//设置重装载值
__HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2,autoreloadDate-1);
__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,compareDate);
}