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【蓝桥杯嵌入式】第十三届蓝桥杯嵌入式省赛（第二场）程序设计试题及其题解

原题展示 📄

    本试题目的是制作一个商品管理系统，其主要功能为：购买商品、增加商品储量、调节商品价格、查询商品价格，并且能够保存改变后的商品数量与商品价格，总体上看跟第一场的试题差不多，下面就让我们一起去看看题目吧！😃😃😃

    通过阅读上述原题，我们可以知道本试题涉及到的模块有串口、LCD、按键、LED、EEPROM、PWM六大部分，其中串口、按键、LCD、LED、PWM五个部分都是试题的常客，而EEPROM相比出场率就非常惨淡了，因此，本次题解需要关注的就是：如何完成EEPROM连续读取。

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；
  • 使用CubeMX配置完成串口USART1后需要更改默认引脚为PA9、PA10；
  • EEPROM不能够连续读取，两次相邻的读取一定要有时间间隔；
  • EEPROM存储的数据不能是小数；

    • 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);
}

        为了提高系统的实时性并且完成试题要求的LED1亮5秒及LED2以0.1s时间闪烁的要求，此处的LED工作计算时间特意借助了定时器7来完成（定时器7每中断一次代表时间0.1s）：

    /*************************************
* 函数功能：按键工作函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*************************************/
void LedDisplay(void)
{
	//关闭所有LED
	changeAllLedByStateNumber(0);
	//确认购买商品
	if(checkFlag)
	{
		uiTime7CountFlag[0] = 1;
	}
	//判断LED时长是否符合条件
	if(uiTime7CountFlag[0] &&  uiTime7Count[0]%50<50)
		changeLedStateByLocation(LED1,1);
	if(uiTime7Count[0]%55>51)
	{
		changeLedStateByLocation(LED1,0);
		uiTime7CountFlag[0] = 0;
		uiTime7Count[0] = 0;
	}
	
	//商品数量都为0
	if(!goods[0]->iGoodsCount && !goods[1]->iGoodsCount)
		uiTime7CountFlag[1] = 1;
	else
	{
		uiTime7CountFlag[1] = 0;
		uiTime7Count[1] = 0;
	}
	//判断时间是否间隔0.1秒 
	if(uiTime7Count[1]%2 == 1)
		rollbackLedByLocation(LED2);
}

    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);
}

        系统的LCD显示界面的设计函数,displayMode为全局变量，每次按下B1其值都会加1：

    /*************************************
* 函数功能：界面显示
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*************************************/
void display(void)
{
	char temp[20]  = {0};
	
	//购买界面显示
	if(displayMode == 0)
	{
		LCD_DisplayStringLine(Line1,(uint8_t*)"        SHOP ");
		sprintf(temp,"     X:%d       ",goods[0]->iGoodsBuyCount);
		LCD_DisplayStringLine(Line3,(uint8_t*)temp);
		sprintf(temp,"     Y:%d       ",goods[1]->iGoodsBuyCount);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)temp);
	}
	//商品价格界面显示
	else if(displayMode == 1)	
	{
		LCD_DisplayStringLine(Line1,(uint8_t*)"        PRICE   ");
		sprintf(temp,"     X:%.1f    ",goods[0]->dGoodsPrice);
		LCD_DisplayStringLine(Line3,(uint8_t*)temp);
		sprintf(temp,"     Y:%.1f    ",goods[1]->dGoodsPrice);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)temp);
	}
	//库存信息界面显示
	else if(displayMode == 2)
	{
		LCD_DisplayStringLine(Line1,(uint8_t*)"        REP   ");
		sprintf(temp,"     X:%d      ",goods[0]->iGoodsCount);
		LCD_DisplayStringLine(Line3,(uint8_t*)temp);
		sprintf(temp,"     Y:%d       ",goods[1]->iGoodsCount);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)temp);
	}
}

    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;
}

        按键按下后的题目要求的逻辑函数:

    /*************************************
* 函数功能：按键工作函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*************************************/
void keyPro(void)
{
	//按键扫描
	keyValue = scanKey();
	switch(keyValue)
	{
		//按键B1
		case 1:
			//切换LCD显示界面
			if(++displayMode == 3) displayMode = 0;
			break;
		//按键B2
		case 2:
			//购买界面  购买数量加1
			if(displayMode == 0)
				if(++goods[0]->iGoodsBuyCount == goods[0]->iGoodsCount+1)
					goods[0]->iGoodsBuyCount = 0;
			//商品价格界面  单价加0.1
			if(displayMode == 1)
				goods[0]->dGoodsPrice += 0.1;	
			//库存界面  库存加1
			if(displayMode == 2)
				goods[0]->iGoodsCount++;
			break;
		//按键B3
		case 3:
			//购买界面  购买数量加1
			if(displayMode == 0)
				if(++goods[1]->iGoodsBuyCount == goods[1]->iGoodsCount+1)
					goods[1]->iGoodsBuyCount = 0;
			//商品价格界面  单价加0.1
			if(displayMode == 1)
				goods[1]->dGoodsPrice += 0.1;	
			//库存界面  库存加1
			if(displayMode == 2)
				goods[1]->iGoodsCount++;
			break;
		//按键B4
		case 4:
			if(displayMode == 0)
				checkFlag = 1;
			break;
		//其他
		default : break;
	}	
	keyValue = 0;
}

    串口模块

        试题中要求串口具备接收与发送两个功能，接收采用中断接收的方式，发送则需要发送时直接发送。

    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 *)&cRxBuff,sizeof(cRxBuff)); 
	}
}

        串口工作处理函数，这里主要包含串口数据接受收的处理以及串口数据发送的条件：

    /*************************************
* 函数功能：串口数据处理函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*************************************/
void usartProcess(void)
{
	char temp[20] = {0};
	
	//确认购买后发送商品信息
	if(checkFlag)
	{
		sprintf(temp,"X:%d,Y:%d,Z:%.1f\r\n",goods[0]->iGoodsBuyCount,goods[1]->iGoodsBuyCount,
				(goods[0]->dGoodsPrice*goods[0]->iGoodsBuyCount+goods[1]->dGoodsPrice*goods[1]->iGoodsBuyCount));
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)temp,sizeof(temp),50);
	}
	
	//查询商品 发送目前的商品信息
	if(iRxFlag==1 && strcmp((char*)cRxBuff,(char*)"?") == 0)
	{
		sprintf(temp,"X:%.1f,Y:%.1f\r\n",goods[0]->dGoodsPrice,goods[1]->dGoodsPrice);
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)temp,sizeof(temp),50);
	}
	//清空串口接收到的数据以及打开串口锁
	memset(cRxBuff,'\0',sizeof(cRxBuff));
	iRxFlag = 0;	
}

    PWM模块

    CubeMX配置

    修改PWM的占空比样例代码（可直接调用）

    /*************************************
* 函数功能：PWM输出切换函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*************************************/
void pwmWorkState(void)
{	
	//输出占空比为30%  这里的判断条件是借用LED1的判断条件 因为他们的时长需求是一样的
	if(uiTime7CountFlag[0] &&  uiTime7Count[0]%50<50)
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,30);
	//输出占空比为5%
	if(uiTime7Count[0]%55>51)
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,5);
}

    EEPROM模块

    EEPROM初始化

        有两种方法，一种是使用CubeMx配置引脚，另一种是使用官方给的可直接使用的IIC初始化代码。

    方法一：CubeMx配置

        使用CubeMx配置后，就可直接使用EEPROM的读取函数，不用在执行其他操作。

    方法一：官方提供代码初始化

        官方提供的代码中含有基于HAL库写的IIC初始化函数，即EEPROM的初始化函数，直接使用其初始化就可，其函数名称为I2CInit()。

    EEPROM操作的时序

        由于官方提供的库函数是基于软件实现的，在不使用硬件llC外设的微处理器中，需要根据总线时序设计lIC接口的驱动程序，其包括:起始信号、停止信号、产生应答、等待应答、发送数据和接收数据6个函数。

    EEPROM读取函数

  • 时序图
  • 读取时源码
    • /***************************************
* 函数功能：读取eeprom相应位置的值
* 函数参数：
*			unsigned char ucAddr:读取的地址
* 函数返回值：
*			ucRes：读取到的值
***************************************/
unsigned char readEepromByBit(unsigned char ucAddr)
{
	unsigned char ucRes = 0;
	
	//发送起始信号
	I2CStart();
	//发送设备地址
	I2CSendByte(0xa0);
	//等待应答
	I2CWaitAck();
	//发送读取地址
	I2CSendByte(ucAddr);
	//等待应答
	I2CWaitAck();
	//发送停止信号
	I2CStop();
	
	//发送起始信号
	I2CStart();
	//发送读取数据命令
	I2CSendByte(0xa1);
	//等待应答
	I2CWaitAck();
	//接收数据
	ucRes = I2CReceiveByte();
	//发送应答
	I2CSendNotAck();
	//发送停止信号
	I2CStop();
	
	return ucRes;
}

    EEPROM写入函数

  • 时序图
  • 写入时源码
    • /***************************************
* 函数功能：向eeprom对应地址写入数据
* 函数参数：
*			unsigned char ucAddr：写入的地址
*			unsigned char ucData：写入的数据
* 函数返回值：无
***************************************/
void writeEepromByBit(unsigned char ucAddr,unsigned char ucData)
{
	//发送起始信号
	I2CStart();
	//发送设备地址
	I2CSendByte(0xa0);
	//等待应答
	I2CWaitAck();
	
	//发送写入地址
	I2CSendByte(ucAddr);
	//发送应答
	I2CSendAck();
	//发送写入数据
	I2CSendByte(ucData);
	//等待应答
	I2CWaitAck();
	//发送停止信号
	I2CStop();
}

        由于题中要求E2PROM内部地址0-3要存储两个商品的数量及价格信息，这就标志着该试题题解一定存在连续存取。
        试题中还要求在设备第一次读取时使用代码中的初始化，后续启动使用EEPROM中存储值作为商品信息的初值，那么如何判断设备是否第一次启动就成了商品信息初始化的关键点。这里采用的方法是：使用EEPROM中的两个地址存储特定的值，每次启动时都读取这两个地址，一旦读取出的数值不是设定的特定值就判断是第一次启动设备，再将特定值写入；否则，就不是第一次启动，那么就使用EEPROM中的值作为初值。

    	//软件初始化商品信息以及EEPROM的值
	for(i=0;i<2;i++)
	{
		//初始化商品信息
		goods[i] = goodsInit(10,1.0,0);
		//EEPROM结构体初始化
		eepromMsg[i] = eepromInit(0,0);
	}
	
	//读取EEPROM特定位置查看该设备是否启动过
	ucEdata[0] = readEepromByBit(0xa4);
	HAL_Delay(10);
	ucEdata[1] = readEepromByBit(0xa5);
	
	//判断固定位置是否存储过信息  其表示的是该设备是否第一次烧入代码
	if(ucEdata[0]==55 && ucEdata[1]==66) 
	{
		//加载EEPROM中商品的数量、价格信息
		for(i=0;i<2;i++)
		{
			eepromMsg[i]->count = readEepromByBit(0xa0+ucEepromLocation[i]);
			goods[i]->iGoodsCount = eepromMsg[i]->count;
			HAL_Delay(10);//由于此处是初始化，使用HAL库提供的延时函数效果最佳，且不会影响系统的任何工作
			
			eepromMsg[i]->price = readEepromByBit(0xa1+ucEepromLocation[i])*1.0/10;
			goods[i]->dGoodsPrice = eepromMsg[i]->price;
			HAL_Delay(10);	
		}	
	}
	else
	{
		//向EEPROM写入数据表明该设备已经启动过
		for(i=0;i<2;i++)
		{
			writeEepromByBit(0xa4+i,55+11*i);
			HAL_Delay(10);
		}
	}

        由于EEPROM连续存取需要一定的时间间隔，那么意味着必须得使用延时/计时函数。HAL库提供了延时函数HAL_Delay(),但是我们一旦使用它，LED跟EEPROM写入条件同时满足时，就会在EEPROM写入后产生阻塞，就会导致LED工作时间不准确，因此，最好使用定时器来完成计时功能。
        数组中uiTime7Count[2]的值记录定时器7中断次数，定时器7中断一次就意味着经过了0.1s时间。将uiTime7Count[2]的计数值分成5部分，前面0-3表示可以写入，第4部分时EEPROM就休息，这样可以避免第0、3部分时间都写入导致产生错误数据。

    	//判断库存数量是否跟EEPROM存储是否相同 不同就写入
	for(i=0;i<2;i++)
	{
		//判断数值是否相同并且时间间隔是否合理
		if(goods[i]->iGoodsCount!=eepromMsg[i]->count && uiTime7Count[2]%5==(0+ucEepromLocation[i]))
		{
			writeEepromByBit(0xa0+ucEepromLocation[i],(unsigned char)goods[i]->iGoodsCount);
			eepromMsg[i]->count = goods[i]->iGoodsCount;
		}
		if(goods[i]->dGoodsPrice!=eepromMsg[i]->price && uiTime7Count[2]%5==(1+ucEepromLocation[i]))
		{
			writeEepromByBit(0xa1+ucEepromLocation[i],(unsigned char)(goods[i]->dGoodsPrice*10));
			eepromMsg[i]->price = goods[i]->dGoodsPrice;
		}
	}

    小结 📝

        试题中比较难受的部分是如何判定设备是否是第一次启动以及EEPROM连续读取需要一定的时间间隔，再解决完这些问题，总的来说，该试题还是比较简单的，就剩一些常见的解题模式框架，直接🚀🚀🚀！！！

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