单片机职场和发展【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_2,150);

//输出占空比为5%

if(uiTime7Count[0]%55>51)

__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,25);

}

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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金钥匙

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