同時也是積分賽——測量NE555輸出脈沖頻率
第十五屆 藍橋杯 單片機設計與開發項目 省賽1
第二部分 程序設計試題(85 分)
(大學組)
一?基本要求
1、使用大賽組委會統一提供的四梯單片機競賽實訓平臺,完成本試題程序設計與調試。
2、參考資料:選手在程序設計與調試過程中,可參考組委會提供的“資源數據包”。
3、提交要求:程序編寫、調試完成后,選手應通過考試系統提交完整、可編譯的 Keil工程壓縮包,壓縮包以準考證號命名。選手提交的工程應是最終版本,工程文件夾內應包含以準考證號命名的?hex?文件,該 hex 文件是成績評審的依據。請勿上傳與作品工程文件無關的其他文件,不符合文件提交和命名要求的作品將被評為零分,最終上傳的壓縮文件大小控制在?30MB?以內。
4、硬件配置
① 將 IAP15F2K61S2 單片機內部振蕩器頻率設定為 12MHz。
② 鍵盤工作模式跳線 J5 配置為矩陣鍵盤(KBD)模式。
③ 擴展方式跳線 J13 配置為 IO 模式。
選手需嚴格按照以上要求配置競賽板,編寫和調試程序,不符合以上配置要求的作品將被評為零分。
注意:以上提交要求為第十五屆藍橋杯正式比賽提交要求。
本次評審提交要求:程序編寫、調試完成后,選手需通過考試系統提交以準考證號命名的hex文件。
二?硬件框圖
圖 1 系統硬件框圖
三?功能描述
3.1 功能概述
1、通過單片機 P34 引腳測量 NE555 輸出的脈沖信號頻率。
2、支持頻率數據校準功能。
3、支持頻率超限報警功能。
4、通過讀取 DS1302 RTC 芯片,獲取時間數據。
5、通過數碼管完成題目要求的數據顯示功能。
6、通過鍵盤實現界面切換、參數設定等功能。
7、通過 PCF8591 實現 DAC 輸出功能。
8、通過 LED 指示燈完成題目要求的輸出指示和狀態反饋功能。
3.2 性能要求
1、頻率測量精度:±8%。
2、按鍵動作響應時間:≤0.1 秒。
3、指示燈動作響應時間:≤0.1 秒。
4、數碼管動態掃描周期、位選通間隔均勻,顯示效果清晰、穩定,無閃爍、過暗、亮度不均等明顯缺陷。
3.3 顯示功能
1、頻率界面
頻率界面如圖 2 所示,顯示內容包括界面編號(F)和頻率數據,頻率數據單位為 Hz,整數。
圖 2 頻率界面
通過 5 位數碼管顯示頻率數據,當數據長度不足 5 位時高位(左側)熄滅。
2、參數界面
超限參數界面如圖 3 所示,顯示內容包括界面編號(P1)和超限參數 PF,單位為 Hz,整數。
圖 3 超限參數界面
校準值參數界面如圖 4-1/3 所示,顯示內容包括界面編號(P2)和校準值參數,單位為 Hz,整數。
圖 4-1 校準值參數界面(正數)
圖 4-2 校準值參數界面(負數)
圖 4-3 校準值參數界面(0)
通過 4 位數碼管顯示校準值參數,負數顯示符號。
3、時間界面
時間界面如圖 5 所示,顯示內容包括時、分、秒數據和間隔符“-”,時、分、秒數據固定使用 2 位數碼管顯示,不足 2 位補 0。
圖 5 時間界面
4、回顯界面
頻率回顯界面如圖 6-1 所示,由界面編號(hF)和最大頻率值組成。
圖 6-1 回顯界面(頻率)
通過 5 位數碼管顯示最大頻率數據,當數據長度不足 5 位時高位(左側)熄滅。
時間回顯界面如圖 6-2 所示,由界面編號(hA)和最大頻率發生的時間組成。
圖 6-2 回顯界面(時間)
5、顯示功能設計要求
① 按照題目要求的界面格式和切換方式進行設計。
② 數碼管顯示穩定、清晰,無重影、閃爍、過暗、亮度不均勻等嚴重影響顯示效果的設計缺陷。
③ 數碼管顯示內容刷新率≤0.1 秒。
④ 切換不同的數碼管顯示界面,不影響頻率采集和 DAC 輸出功能。
3.4 頻率測量功能
1、頻率測量:測量 NE555 輸出信號的頻率。
2、頻率校準:系統內置頻率校準值參數,取值范圍-900 到 900Hz ,直接測量到的頻率數據加校準值參數,作為頻率數據的最終結果。若校準后頻率為負數,頻率界面數碼管顯示 LL,表示此狀態錯誤。
3、頻率最大值統計:統計最大頻率值和發生時間,并可以在回顯界面顯示。
3.5 DAC 輸出功能
通過 PCF8591 實現 DAC 輸出功能,DAC 輸出與測量頻率關系如圖 7 所示。
圖 7 DAC 輸出與頻率數據的對應關系
PF代指超限參數,單位為 Hz。
** 若頻率狀態錯誤(校準后為負),DAC 固定輸出 0V。
3.6 按鍵功能
1、功能說明
使用 S4、S5、S8、S9 完成界面切換與設置功能。
S4:定義為“界面”按鍵,按下 S4 按鍵,切換頻率、參數、時間和回顯四個界面,切換模式如圖 8 所示。
圖 8 界面切換模式
S4:按鍵在任意界面下有效。
S5:定義為“選擇”按鍵,在參數和回顯界面下有效。
① 參數界面下,按下 S5 按鍵,切換超限參數(圖 3)和校準值參數(圖 4-1/3)兩個子界面,切換模式如圖 9 所示。
圖 9 參數子界面切換模式
要求:每次從頻率界面切換到參數界面時,處于超限參數子界面。
② 回顯界面下,按下 S5 按鍵,切換頻率回顯(圖 6-1)和時間回顯(圖 6-2)兩個子界面,切換模式如圖 10 所示。
圖 10 回顯子界面切換模式
要求:每次從時間界面切換到回顯界面時,處于頻率回顯子界面。
S8、S9?分別定義為 “加”和“減”按鍵,在參數界面的兩個子界面下有效。
① 超限參數界面下,按下 S8 按鍵,超限參數增加 1000Hz,按下 S9 按鍵,超限參數減小 1000Hz。
② 校準值參數界面下,按下 S8 按鍵,校準值參數增加 100Hz, 按下S9 按鍵,校準值參數減小 100Hz。
2、按鍵功能設計要求
① 按鍵應做好消抖處理,避免出現一次按鍵動作導致功能多次觸發。
② 按鍵動作不影響數據采集和數碼管顯示等其他功能。
③ 參數調整時,考慮邊界值范圍,不出現無效參數。
④ S5超限參數可調整范圍:1000Hz ~ 9000Hz
⑤ 校準值參數可調整范圍:-900Hz ~ 900Hz
3.7 LED 指示燈功能
1、界面指示燈
頻率界面下指示燈 L1 以 0.2 秒為間隔切換亮、滅狀態,其它界面下熄滅。
2、報警指示燈
當前頻率數據大于超限參數時,指示燈 L2 以 0.2 秒為間隔切換亮、滅狀態,否則熄滅。
** 若頻率狀態錯誤(校準后為負),L2 指示燈點亮。
3、其余試題未涉及的指示燈均處于熄滅狀態。
四?初始狀態
請嚴格按照以下要求設計作品的上電初始狀態。
1) 處于頻率界面。
2) 頻率超限參數:2000Hz。
3) 頻率校準值參數:0。
代碼實現
sys.h
#ifndef __SYS_H__
#define __SYS_H__#include <STC15F2K60S2.H>//ds1302.c
extern unsigned char time[3];
void w_ds1302();
void r_ds1302();//iic.c
void dac(unsigned char date);//sys.c
extern bit ui1_choose;
extern bit ui3_choose;
extern bit flag_error;
extern int st_ne555;
extern unsigned char UI;
extern unsigned int ne555;
extern unsigned int max_ne555;
extern unsigned int line_ne555;
extern unsigned int time_max[3];
void init74hc138(unsigned char n);
void led(unsigned char n);
void ne555_dac();
void no_led();
void init();//seg_key.c
extern unsigned char Seg_Buff[8];
void Seg_Loop();
void Key_Loop();
void seg_ui();#endif
main.c
#include "sys.h"
bit flag_seg=0;
bit flag_key=0;
bit flag_time=0;
bit flag_ne555=0;
bit flag_more=0;
void Timer0_Init(void) //用作計數器
{TMOD &= 0xF0; //設置定時器模式TMOD |= 0x05; //設置為計數器模式TL0 = 0x00; //設置定時初始值TH0 = 0x00; //設置定時初始值TF0 = 0; //清除TF0標志TR0 = 1; //定時器0開始計時ET0 = 0;//關中斷
}
void Timer1_Init(void) //100微秒@12.000MHz
{AUXR |= 0x40; //定時器時鐘1T模式TMOD &= 0x0F; //設置定時器模式TL1 = 0x50; //設置定時初始值TH1 = 0xFB; //設置定時初始值TF1 = 0; //清除TF1標志TR1 = 1; //定時器1開始計時ET1 = 1; //使能定時器1中斷EA = 1;
}
unsigned int get_ne555(){unsigned int temp;temp=TH0<<8|TL0;TH0=0X00;TL0=0X00;if(TF0){return 0xffff;}else{if(st_ne555<0&&(-st_ne555)>temp)flag_error=1;else flag_error=0;return temp+st_ne555;}
}
void catch_max(){if(max_ne555<ne555){max_ne555=ne555;time_max[0]=time[0];time_max[1]=time[1];time_max[2]=time[2];}
}
void main(){init();Timer0_Init();Timer1_Init();w_ds1302();while(1){if(flag_seg){flag_seg=0;Seg_Loop();}if(flag_key){flag_key=0;Key_Loop();seg_ui();}if(flag_time){flag_time=0;r_ds1302();}if(flag_ne555){flag_ne555=0;ne555=get_ne555();ne555_dac();seg_ui();}//記錄頻率最大值及其時間catch_max();//錯誤狀態指示if(flag_error) led(2);else no_led();//報警指示,當前頻率大于超限參數if(ne555>line_ne555) flag_more=1;else flag_more=0;}
}
void Timer1_Isr(void) interrupt 3
{static unsigned char count1=0;static unsigned char count2=0;static unsigned int count3=0;static unsigned int count_ne555;static unsigned int count_line=0;static unsigned int count_led1=0;count1++;count2++;count3++;count_ne555++;if(count1==2){count1=0;flag_seg=1;}if(count2==50){count2=0;flag_key=1;}if(count3==5000){count3=0;flag_time=1;}if(count_ne555==10000){count_ne555=0;flag_ne555=1;}if(flag_more){count_line++;if(count_line<=2000) led(2);else if(count_line<=4000) no_led();else{ count_line=0; led(2); }}else{ count_line=0; no_led(); }if(UI==0){count_led1++;if(count_led1<=2000) led(1);else if(count_led1<=4000) no_led();else{ count_led1=0; led(1); }}else{ count_led1=0; no_led(); }
}
sys.c
#include "sys.h"
unsigned char UI=0;//s4控制
//界面標志位:0為頻率界面;1為參數界面;2為時間界面;3為回顯界面bit ui1_choose=0; //參數界面下,0為超限參數;1為校準值
bit ui3_choose=0; //回顯界面下,0為頻率回顯;1為時間回顯
//以上選擇由s5控制
bit flag_error=0; //界面錯誤狀態標志int st_ne555=0; //校準值參數 -900HZ~900HZ
unsigned int ne555; //經校準后的頻率
unsigned int max_ne555; //記錄頻率最大值
unsigned int time_max[3]; //記錄頻率最大時的時間
unsigned int line_ne555=2000; //超限參數 1000HZ~9000HZvoid init74hc138(unsigned char n){P2=(P2&0x1f)|(n<<5);P2&=0x1f;
}
void init(){P0=0x00;init74hc138(5);P0=0xff;init74hc138(4);
}
unsigned char v_num_dac(float num){return (unsigned char)(num/5.0*255);
}
//看曲線寫函數
void ne555_dac(){unsigned char temp;if(flag_error){temp=v_num_dac(0.0);}else if(ne555<500){temp=v_num_dac(1.0);}else if(ne555<line_ne555){temp=v_num_dac(1.0+(ne555-500)*(4.0/(line_ne555-500)));}else{temp=v_num_dac(5.0);}dac(temp);
}
void led(unsigned char n){P0=~(0x01<<(n-1));init74hc138(4);
}
void no_led(){P0=0xff;init74hc138(4);
}
seg_key.c
#include "sys.h"
code unsigned char Seg_Table[] =
{
0xc0, //0
0xf9, //1
0xa4, //2
0xb0, //3
0x99, //4
0x92, //5
0x82, //6
0xf8, //7
0x80, //8
0x90, //9
0x88, //A 10
0x8e, //F 11
0x89, //H 12
0xc7, //L 13
0x8c, //P 14
0xbf, //- 15
0xff //熄滅 16
};
unsigned char Seg_Buff[8]={16,16,16,16,16,16,16,16};
unsigned char keyval,keyold,keyup,keydown;
void seg(unsigned char addr,num){P0=0xff;init74hc138(7);P0=0x01<<addr;init74hc138(6);P0=Seg_Table[num];init74hc138(7);
}
void Seg_Loop(){static unsigned char i=0;seg(i,Seg_Buff[i]);i++;if(i==8)i=0;
}
unsigned char key_scan(){P44=0;P42=1;if(P33==0)return 4;if(P32==0)return 5;P44=1;P42=0;if(P33==0)return 8;if(P32==0)return 9;return 0;
}
void Key_Loop(){keyval=key_scan();keydown=keyval&(keyold^keyval);keyup=~keyval&(keyold^keyval);//s4為界面按鍵,在任意界面下有效if(keyval==4&&keyold!=4){UI++;if(UI==4)UI=0;ui1_choose=0;ui3_choose=0;}//s5為選擇按鍵,在參數(1)和回顯(3)界面下有效if(keyval==5&&keyold!=5){if(UI==1)ui1_choose=!ui1_choose;if(UI==3)ui3_choose=!ui3_choose;}//s8為加按鍵if(keyval==8&&keyold!=8){if(UI==1){if(ui1_choose){//在校準值參數界面,校準值參數加100HZif(st_ne555<900)st_ne555+=100;}else{//在超限參數界面,超限參數加1000HZif(line_ne555<9000)line_ne555+=1000;}}}//s9為減按鍵if(keyval==9&&keyold!=9){if(UI==1){if(ui1_choose){//在校準值參數界面,校準值參數減100HZif(st_ne555>-900)st_ne555-=100;}else{//在超限參數界面,超限參數減1000HZif(line_ne555>1000)line_ne555-=1000;}}}keyold=keyval;
}
//頻率界面顯示
void ui0(){Seg_Buff[0]=11; //FSeg_Buff[1]=16; //熄滅Seg_Buff[2]=16; //熄滅if(flag_error==0){Seg_Buff[7]=ne555%10;if(ne555>=10)Seg_Buff[6]=ne555/10%10;elseSeg_Buff[6]=16;if(ne555>=100)Seg_Buff[5]=ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(ne555>=1000)Seg_Buff[4]=ne555/1000%10;elseSeg_Buff[4]=16;if(ne555>=10000)Seg_Buff[3]=ne555/10000%10;elseSeg_Buff[3]=16;}else{//校準后的頻率小于0,進入錯誤狀態Seg_Buff[7]=13;Seg_Buff[6]=13;Seg_Buff[5]=16;Seg_Buff[4]=16;Seg_Buff[3]=16;Seg_Buff[2]=16;Seg_Buff[1]=16;}
}
//參數界面_超限參數顯示
void ui1_0(){Seg_Buff[0]=14; //PSeg_Buff[1]=1; //1Seg_Buff[2]=16; //熄滅Seg_Buff[3]=16; //熄滅Seg_Buff[7]=line_ne555%10;if(line_ne555>=10)Seg_Buff[6]=line_ne555/10%10;elseSeg_Buff[6]=16;if(line_ne555>=100)Seg_Buff[5]=line_ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(line_ne555>=1000)Seg_Buff[4]=line_ne555/1000%10;elseSeg_Buff[4]=16;
}
//參數界面_校準值參數顯示
void ui1_1(){unsigned int tst_ne555;Seg_Buff[0]=14; //PSeg_Buff[1]=2; //2Seg_Buff[2]=16; //熄滅Seg_Buff[3]=16; //熄滅if(st_ne555<0) tst_ne555=-st_ne555;else tst_ne555=st_ne555;Seg_Buff[7]=tst_ne555%10;if(tst_ne555>=10)Seg_Buff[6]=tst_ne555/10%10;elseSeg_Buff[6]=16;if(tst_ne555>=100)Seg_Buff[5]=tst_ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(st_ne555<0)Seg_Buff[4]=15;//-號elseSeg_Buff[4]=16;
}
//時間界面
void ui2(){//秒Seg_Buff[7]=time[0]%10;Seg_Buff[6]=time[0]/10;Seg_Buff[5]=15;//分Seg_Buff[4]=time[1]%10;Seg_Buff[3]=time[1]/10;Seg_Buff[2]=15;//時Seg_Buff[1]=time[2]%10;Seg_Buff[0]=time[2]/10;
}
//回顯界面_頻率回顯顯示
void ui3_0(){Seg_Buff[0]=12; //HSeg_Buff[1]=11; //FSeg_Buff[2]=16; //熄滅Seg_Buff[7]=max_ne555%10;if(max_ne555>=10)Seg_Buff[6]=max_ne555/10%10;elseSeg_Buff[6]=16;if(max_ne555>=100)Seg_Buff[5]=max_ne555/100%10;elseSeg_Buff[5]=16;if(max_ne555>=1000)Seg_Buff[4]=max_ne555/1000%10;elseSeg_Buff[4]=16;if(max_ne555>=10000)Seg_Buff[3]=max_ne555/10000%10;elseSeg_Buff[3]=16;
}
//回顯界面_時間回顯顯示
void ui3_1(){Seg_Buff[0]=12; //HSeg_Buff[1]=10; //ASeg_Buff[7]=time_max[0]%10;Seg_Buff[6]=time_max[0]/10;Seg_Buff[5]=time_max[1]%10;Seg_Buff[4]=time_max[1]/10;Seg_Buff[3]=time_max[2]%10;Seg_Buff[2]=time_max[2]/10;
}
void seg_ui(){switch(UI){case 0:ui0();break;case 1:if(ui1_choose) ui1_1();else ui1_0();break;case 2:ui2();break;case 3:if(ui3_choose) ui3_1();else ui3_0();break;}
}
ds1302.c
#include "sys.h"
#include "intrins.h"
sbit RST=P1^3;
sbit SDA=P2^3;
sbit SCK=P1^7;
unsigned char time[3]={5,3,13};
void Write_Ds1302(unsigned char temp)
{unsigned char i;for (i=0;i<8;i++) { SCK = 0;SDA = temp&0x01;temp>>=1; SCK=1;}
}
void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat )
{RST=0; _nop_();SCK=0; _nop_();RST=1; _nop_(); Write_Ds1302(address); Write_Ds1302(dat/10*16|dat%10); RST=0;
}
unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address )
{unsigned char i,temp=0x00;unsigned char dat1,dat2;RST=0; _nop_();SCK=0; _nop_();RST=1; _nop_();Write_Ds1302(address);for (i=0;i<8;i++) { SCK=0;temp>>=1; if(SDA)temp|=0x80; SCK=1;} RST=0; _nop_();SCK=0; _nop_();SCK=1; _nop_();SDA=0; _nop_();SDA=1; _nop_();dat1=temp/16;dat2=temp%16;temp=dat1*10+dat2;return (temp);
}
void w_ds1302(){unsigned char i,addr=0x80;Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x00);for(i=0;i<3;i++){Write_Ds1302_Byte(addr,time[i]);addr+=2;}Write_Ds1302_Byte(0x8e,0x80);
}
void r_ds1302(){unsigned char i,addr=0x81;for(i=0;i<3;i++){time[i]=Read_Ds1302_Byte(addr);addr+=2;}
}
iic.c
#include "sys.h"
#include "intrins.h"
#define DELAY_TIME 5
sbit sda=P2^1;
sbit scl=P2^0;static void I2C_Delay(unsigned char n)
{do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); }while(n--);
}
void I2CStart(void)
{sda = 1;scl = 1;I2C_Delay(DELAY_TIME);sda = 0;I2C_Delay(DELAY_TIME);scl = 0;
}
void I2CStop(void)
{sda = 0;scl = 1;I2C_Delay(DELAY_TIME);sda = 1;I2C_Delay(DELAY_TIME);
}
void I2CSendByte(unsigned char byt)
{unsigned char i;for(i=0; i<8; i++){scl = 0;I2C_Delay(DELAY_TIME);if(byt & 0x80){sda = 1;}else{sda = 0;}I2C_Delay(DELAY_TIME);scl = 1;byt <<= 1;I2C_Delay(DELAY_TIME);}scl = 0;
}
//unsigned char I2CReceiveByte(void)
//{
// unsigned char da;
// unsigned char i;
// for(i=0;i<8;i++){
// scl = 1;
// I2C_Delay(DELAY_TIME);
// da <<= 1;
// if(sda)
// da |= 0x01;
// scl = 0;
// I2C_Delay(DELAY_TIME);
// }
// return da;
//}
unsigned char I2CWaitAck(void)
{unsigned char ackbit;scl = 1;I2C_Delay(DELAY_TIME);ackbit = sda; scl = 0;I2C_Delay(DELAY_TIME);return ackbit;
}
//void I2CSendAck(unsigned char ackbit)
//{
// scl = 0;
// sda = ackbit;
// I2C_Delay(DELAY_TIME);
// scl = 1;
// I2C_Delay(DELAY_TIME);
// scl = 0;
// sda = 1;
// I2C_Delay(DELAY_TIME);
//}
void dac(unsigned char date){I2CStart();I2CSendByte(0x90);I2CWaitAck();I2CSendByte(0x43);I2CWaitAck();I2CSendByte(date);I2CWaitAck();I2CStop();
}
待解決的問題
指示燈頻率的問題一直沒有做正確過,絞盡腦汁也沒辦法解決啊啊啊啊啊啊