【蓝桥杯嵌入式】第十四届蓝桥杯嵌入式省赛[第一场]程序设计题以及详细题解

原题展示

原题分析

  今年的第一场比赛绝对np,官方将串口直接省掉了，将其替换成很多小功能，如：切换计时、频率均匀变化、锁机制等等，总的来说本届赛题的难度提升了不少。
  本届试题需要用到的功能模块有LCD、LED、按键、定时器输入捕获、定时器PWM输出、ADC获取，虽然这届试题模块简单，但是功能实现一点也不简单，感觉跟十二届省赛一样😂😂😂。
  还值得注意的是：本届试题有三个地方需要计时，即模式切换、LED闪烁与长按键，，这可能是蓝桥杯为了提升难度的一个方向。（小编感觉这计时真的是恶心🤣🤣🤣）

原题题解

LED相关

  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。（由于题目要求除题目要求需要使用的LED外其他LED都处于熄灭状态，此处特意将所有的LED都初始化以便于管理其他的LED灯）
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);
}

  试题要求的LED显示其条件都比较单一，在满足点亮条件时直接点亮，否则，就直接熄灭即可，至于闪烁的周期控制，可以借助与sysTick中断实现，如果就此再开一个定时器就有点浪费资源了。（虽然小编以前经常这样子干🤣🤣🤣）

  小编写的LED工作逻辑函数：

/***************************************
* 函数功能：LED显示逻辑函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***************************************/
static void ledWork(void)
{
	// 数据界面LED1电量
	if(mod == 0)
	   changeLedStateByLocation(LED1,1);
	else
	   changeLedStateByLocation(LED1,0);
	
	// 切换期间 LED2闪烁
	if(LED2Flag && sysCount[1] >= 100)
	{
		rollbackLedByLocation(LED2);
		sysCount[1] = 0;
	}
	else if(!LED2Flag)		
	   changeLedStateByLocation(LED2,0);
	
	// 锁定模式下 LED3电量
	if(lock)
	   changeLedStateByLocation(LED3,1);
	else
	   changeLedStateByLocation(LED3,0);
}

LCD相关

样例代码
    由于LCD的相关代码在官方给的比赛资源数据包中存在，因此，可以直接调用资源包中的.c、.h文件来完成LCD的相关初始化以及显示。这是一个简单的LCD初始化函数，其功能是将LCD显示屏初始化为一个背景色为黑色、字体颜色为白色的屏幕，具体代码如下：

/******************************************************************************
* 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(Black);
	//设置LCD字体颜色
	LCD_SetTextColor(White);
	//设置LCD字体的背景色
	LCD_SetBackColor(Black);
}

    在显示时，可以借助于sprintf()函数将需要显示的数据格式成一个字符串，再在LCD上显示这个字符串。

	char temp[20];
	sprintf(temp,"     M=%c     ",mTable[M]);
	LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)temp);

    为了操作LED与LCD显示方便，不让其相互干扰，小编这里对LCD进行了部分源码改写，使得每次LCD显示时不改变LED的显示状态，具体的方法各位可以点击查看【蓝桥杯】一文解决蓝桥杯嵌入式开发板(STM32G431RBT6)LCD与LED显示冲突问题，并讲述LCD翻转显示。

    下面附上小编完成的LCD部分的详细代码：

 /***************************************
* 函数功能：LCD显示数据
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***************************************/
static void lcdDisplay()
{
	char temp[20];
	extern uint32_t  cclValue ;
	// 数据显示界面
	if(mod == 0)
	{
	    LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)"        DATA  ");
		sprintf(temp,"     M=%c     ",mTable[M]);
		LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)temp);
		sprintf(temp,"     P=%d%%     ",pa1Zhan[1]);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(u8*)temp);
		sprintf(temp,"     V=%.1f     ",V);
		LCD_DisplayStringLine(Line5,(u8*)temp);
		
	}
	// 参数显示界面
	else if(mod == 1)
	{
		LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)"        PARA  ");
		sprintf(temp,"     R=%d     ",RK[0]);
		LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)temp);
		sprintf(temp,"     K=%d     ",RK[1]);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(u8*)temp);
		LCD_ClearLine(Line5);
	}
	// 统计界面
	else if(mod == 2)
	{
		LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)"        RECD   ");
		sprintf(temp,"     N=%d    ",N);
		LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)temp);
		sprintf(temp,"     MH=%.1f     ",MH);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(u8*)temp);
		sprintf(temp,"     ML=%.1f     ",ML);
		LCD_DisplayStringLine(Line5,(u8*)temp);
	}
}

（是不是非常简单粗暴。哈哈哈哈）

按键相关

    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

  由于题中涉及到长按键，因此此处将不再使用延时消抖，可以使用三行按键完成长按键与短按键设计，其核心代码就是三行逻辑运算完成消抖等一系列操作，但是在轮询系统中可能会存在漏检的问题。其完整代码如下：

// 声明获取按键的状态值
#define getKeysState()    (	HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0) << 0 | HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) << 1 |    \
						    HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2) << 2 | HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) << 3      )

/**** 留给按键外部调用的值  ****/
// 用于判断按键是否处于按下状态 非0-表示按下 0-表示松开 （keyOldState取值有：1-表示B1 2-表示B2 4-表示B3 8-表示B4）
uint8_t keyOldState = 0;
// 用于判断按键是否按下过 非0-表示按下 0-表示松开
uint8_t keyFalling = 0;
// 用于判断按键是否松开 非0-表示按下 0-表示松开
uint8_t keyRising = 0;

/**************************************************************************
* 函数功能：通过逻辑运算获取按键的值  （这玩意可以设计多按键控制某个功能）
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***************************************************************************/
void keyRefresh(void)
{
	// 获取按键状态
	uint16_t state = getKeysState();
	// 对按键的值进行异或处理 一次判断
	uint8_t key_temp = 0xFF ^ (0xF0 | state);
	
	/*** 通过逻辑运算处理消抖 **/
	// 按下状态
	keyFalling = key_temp & (key_temp ^ keyOldState);
	// 松开状态
	keyRising = ~key_temp & (key_temp ^ keyOldState);
	// 保存本次按键的值
	keyOldState = key_temp;
}

  上述设计只完成了按键的短按设计，但是长按键未涉及到。
  下边小编就给大家一个详细的长按键设计：

• 步骤一：判断按键是否按下，如果按下，则获取当前时间Tstart，否则函数不做任何处理；
• 步骤二：判断按键是否松开，如果松开，则获取当前时间Tend，再判断Tend - Tstart是否符合长按键的条件。如果符合就执行长按键逻辑，否则就执行短按键逻辑。

  代码实现如下：

// 按键扫描
	keyRefresh();
	
	// 按键按下 并且按键的值等于8也就是B4
	if(keyFalling)
		uwKeyTick = HAL_GetTick();
	if(keyRising && HAL_GetTick()-uwKeyTick>2000)
		;// 长按键逻辑
	else
		;// 短按键逻辑

  结合试题的要求，我们可以得到以下的按键逻辑函数：

/**************************************************************************
* 函数功能：按键逻辑函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
***************************************************************************/
static void keyPro(void)
{
	signed char i = 0;
	// 按键扫描
	keyRefresh();
	
	// 按键按下 并且按键的值等于8也就是B4
	if(keyFalling == 8)
		uwKeyTick = HAL_GetTick();
	
	switch(keyRising)
	{
		// 按键B1
		case 1:
			mod++;
		  // 每次进去参数界面默认参数为R
		  if(mod == 1) rkCount = 0;
			// 退出参数界面 
			if(mod != 1 )
			{
				// 遍历参数 并且刷新
				for(i=0;i<2;++i)
					if(RKOld[i] != RK[i])
						RK[i] = RKOld[i];
			}
			if(mod == 3) mod = 0;
			break;
		// 按键B2
		case 2:
			// 数据界面 
			if(mod == 0 && LED2Flag == 0 && sysCount[0] >= 5000)
			{
				sysCount[0] = 0;
				LED2Flag = 1;
			}
			// 参数界面
			if(mod == 1)
						rkCount ^= 1;
			break;
		// 按键B3
		case 4:
			// 参数界面 加1
			if(mod == 1)
				if(++RKOld[rkCount] == 11) RKOld[rkCount] = 1;
			break;
		// 按键B4
		case 8:
			// 数据界面 
			if(mod == 0 )
				// 长按键锁住
				if(HAL_GetTick() - uwKeyTick > 2000)
					 lock = 1;
			  // 短按键解锁
				else
					lock = 0;
			// 参数界面 减1
			else if(mod == 1)
				if(--RKOld[rkCount] == 0) RKOld[rkCount] = 10;
			break;
		// 其他
		default:
			break;
	}
	
	// 延时5秒切换
	if(LED2Flag&& sysCount[0]>=5000)
	{
		M ^= 1;
		// 切换次数增加 
		N++;
		LED2Flag = 0;
	}
}

ADC相关

CubeMX配置
  ADC配置非常简单，大家一起来看看ADC的CubeMX配置方式吧！

样例代码
  ADC获取数据时，为了获取ADC数据更加准确，小编采用连续读取10次数据然后取平均值作为本轮ADC数据采集的值！😉😉😉

/*******************************************************************
* 函数功能:获取ADC的值
* 函数参数：
* 			ADC_HandleTypeDef *hadc：ADC的通道值
* 函数返回值：
* 			double:转换后的ADC值
*******************************************************************/
double getADC(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
	unsigned int value = 0,i = 0;
	//开启转换ADC并且获取值
	HAL_ADC_Start(hadc);
	for(i=0;i<10;++i)
	{
	    HAL_ADC_PollForConversion(hadc,10);
		value += HAL_ADC_GetValue(hadc);
	}
	//ADC值的转换 3.3V是电压 4096是ADC的精度为12位也就是2^12=4096
	return value/10*3.3/4096;
}

  获取到ADC值后，那么题中折线图的转化问题。折线图分为三段，根据数学知识，我们可以将每一段转换成如下关系：

• 0 < advValue < 1 时，PA1频率为10；
• 1 < advValue < 3 时，PA1频率为 char((adcValue*75- 55)/2+0.5)；(因为这里占空比需要取整，因此这里加上一个0.5)
• 3 < advValue 时， PA1频率为85；

  具体的代码实现如下：

	// ADC获取R37 与  PA1输出的转换
	adcV = getADC(&hadc2);
	// 处于解锁模式
	if(lock == 0)
	{
		if(0<= adcV && adcV < 1)
			pa1Zhan[1] = 10;
		else if(3<= adcV)
			pa1Zhan[1] = 85;
		else 
			pa1Zhan[1] = (char)((adcV*75- 55)/2+0.5);		
		// 占空比发生改变应该调整
		if(pa1Zhan[0] != pa1Zhan[1] && LED2Flag == 0)
		{
			__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,pa1F[M]*pa1Zhan[1]/100);
			pa1Zhan[0] = pa1Zhan[1];
		}
	}

定时器相关

PWM

CubeMX配置

  注意：

• 配置完成后还需要开启中断并且设置NVIC优先级。
• 在系统正式工作前，还需要使用函数HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2)启动定时器2通道2的PWM功能。

  由于题目中还涉及到修改PWM的占空比以及频率，修改的示例代码如下:

• 修改占空比：

__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,pa1F[M]*pa1Zhan[1]/100);

  pa1F[M]表示频率，由于题目中的频率也是一个变量，因此每次修改占空比时最好代入频率计算得到。

• 修改频率：

__HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2,pa1F[M]);
HAL_TIM_GenerateEvent(&htim2, TIM_EVENTSOURCE_UPDATE);

  由于频率 = 主频 / (预分频系数+1) / (重装载值+1)，因此，此处通过修改重装载值来完成频率的修改工作。经过小编测试，每次修改完成定时器的重装载值后最好使用函数HAL_TIM_GenerateEvent(&htim2, TIM_EVENTSOURCE_UPDATE)更新一个次定时器，函数的参数二表示触发源。

输入捕获

CubeMx配置

  在完成定时输入捕获的配置后，还需要在系统正式工作前使用函数HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_2)开启 “定时器的输入捕获功能” ，然后就需要将注意力集中在定时器中断函数中。

样例代码

  定时器输入捕获功能关键在于定时器中断，即我们捕获到输入后的处理，下面就给大家看看小编的中断处理函数吧！😁😁😁

/**********************************************定时器输入捕获相关************************************/
uint16_t f = 0;
// 定时器的回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	// 保存TIMx_CCR的值
	uint32_t  cclValue = 0;
	// 定时器3时执行该段
	if(htim->Instance == TIM3)
	{
		cclValue = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
		__HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0);
		f = 1000000 / cclValue;
		HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_2);
	}
}

  中断处理思想如下：

• 将中断执行时定时器的计数值 作为 输入通道的重装载值；
• 通过 频率 与 重装载值 的公式来计算频率；

  题目中还要求有频率与速度的关系转换，经过小编的转换，经过转换二者关系可得到下面的代码：

	// PA7频率 与 速度V  相关的转换
	if(f != fOld)
	{
		V = (f*2*3.14*RK[0]*1.0)/(100*RK[1]);
		fOld = f;
		sysCount[2] = 0;
	}

( 纯纯的代数转换😁😁😁)

（注：文章中所有的sysCount[]均表示一个毫秒级计数值，计数逻辑函数在sysTick的中断里）

小结

  总的来说，虽然这届试题相对比较难，主要难在小功能太多，而且不好实现，如果像13届一样来个串口替换这些小功能，那么串口逻辑比这些就好些很多啊！但是呢，这玩意实现起来逻辑并不复杂，主要是看平常的熟练度 以及 出现bug时的处理能力。
  最后，希望各位有打蓝桥杯意愿的同学都能够得偿所愿。🎉🎉🎉

文章福利

  下边是小编个人整理出来免费的蓝桥杯嵌入式福利，有需要的童鞋可以自取哟！🤤🤤🤤
省赛：

• 【蓝桥杯嵌入式】第十一届蓝桥杯嵌入式省赛(第二场)程序设计试题及其题解
• 【蓝桥杯嵌入式】第十二届蓝桥杯嵌入式省赛程序设计试题以及详细题解
• 【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详细题解
• 【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
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国赛：

• 【蓝桥杯嵌入式】第十二届蓝桥杯嵌入式国赛程序设计试题以及详细题解
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其他：

• 【蓝桥杯嵌入式】第十二届蓝桥杯嵌入式省赛（模拟赛）程序设计题以及详细题解
• 【蓝桥杯嵌入式】第十四届蓝桥杯嵌入式（模拟赛1）客观题及详细题解
• 【蓝桥杯嵌入式】第十四届蓝桥杯嵌入式（模拟赛1）程序设计试题及详细题解
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• 【蓝桥杯】一文解决蓝桥杯嵌入式开发板(STM32G431RBT6)LCD与LED显示冲突问题，并讲述LCD翻转显示

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