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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);
}

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