【擂台挑战赛】马潮老师给出10道MCU实训题，欢迎各位挑战。

liliuyang

1、MCU的使用不限制，任何所熟悉的8位或32位MCU，只要能实现题目功能都可以。本实训题指标性能制定考虑主要基于使用8位的51架构的MCU实现，使用32位MCU，比如STM32时，性能指标难度要相应提高调整。

注：原学习过以及熟悉使用51架构MCU的学员，请使用STC15F2K60S2（STC8A8K64S4A12）芯片，不建议使用标准架构MCS-51的“老”MCU芯片，如89C51、89C51等，因为本实训中的大部分题目用老的51芯片根本不能实现。

2、关于误差和精度的分析：MCU系统时钟的选择是设计中的一个方面，一旦确定，理论上则认为100%准确，不考虑误差。MCU内部硬件产生的误差也不作考虑。主要分析和思考的是从软件和系统设计不合理而产生的误差和不确定，以及如何避免和最大限度的减小。

3、首先要给出系统实现的设计方案报告，内容包括：选用的主要芯片、实现功能的方法描述与介绍，占用MCU的硬件资源，完成主要功能占用CPU的时间比例，性能分析（稳定可靠性，精度准度、误差等）；主要电路草图，系统成本分析，完成时间估计。

4、根据设计方案动手实现：编程、调试。并在此基础上做进一步的思考：比如：设计方案是否有不足？考虑问题的思路是否正确？是否可以优化？是否还有更好的实现方法？

5、本套实训题共10题，包括基本练习6题，中级练习3题，高级练习1题。根据学员完成情况，决定培训内容和进程，同时也是学员能力评定的重要指标之一。真正有能力和实力的学员应该认真和尽快去完成。

6、实现硬件平台基于因仑的MCU实验箱(板)的硬件平台上完成，第10题需要适当增加硬件。因仑的MCU实验箱(板)上提供有STC8F4K60S4、AVR、430、PIC、STM32等常用8位（32位）的MCU核心板，可选择熟悉的MCU来完成。同时MCU实验箱(板)主板也提供了充足的外设。

       本实训题有提供比较和参考实例，其均在因仑的MCU实验箱(板)的硬件平台上，使用STC最新8位51架构的STC8A8K64S4A12实现完成。

liliuyang

【NO.1】  使用MCU产生6个方波输出和2个单脉冲输出

题目来源：大学电子基础实验用数字逻辑实验箱改造――由箱改造成板，目的是学生可以带回到寝室作实验。原数字逻辑实验箱上的多路方波信号源使用了多片逻辑电路芯片实现，现要求使用一片20PIN以下的MCU替代。

1、6路方波输出源，方波的频率为1M、100K、10K、1K、100Hz、10Hz

2、2路单脉冲源。外接一个按键，按下按键后，一个I/O口输出低电平（另一个输出高电平），释放按键后该I/O口恢复高电平（另一个恢复为低电平），要作按键消抖处理。

3、给出系统实现的设计方案，方案中必须给出各个输出方波信号的精度估计，以及可能产生的设计误差估算和产生原因。

4、具体动手实现

5、实现后，分析完成6路方波产生功能所占用CPU的百分比。

6、 本设计方案先在实验板上采用已有的MCU实现，再整理成工程上实用的设计方案，此时只是完成上面所描述的功能，考虑到性价比、PCB占用的面积等，应该选择20PIN以下的MCU芯片。

liliuyang

【NO.2】  产生简单音频提示音乐，在蜂鸣器上发出

在许多简单应用中，需要利用单片机系统产生各种音乐用于报警和提示等，如早期手机的来电铃声，儿童玩具，时钟的音乐报时等。用单片机产生简单音频发声的原理很简单，就是由I/O引脚输出不同频率的脉冲信号，再将信号放大，推动发声器件发声（这里是指在要求不高的情况下，用不同频率的脉冲方波替代正弦波）。

1、音乐样本（儿童歌曲“爱北京天安门”的第一句）：

5   i  5   4 | 3   2  1 | 1 1  2  3 | 3 1  3  4 | 5 -

2、8音阶C调频率(周期)对应表

表8-2 8位音符的频率(周期)对应表
音符	1	2	3	4	5	6	7	i(高音)
数字表示	1	2	3	4	5	6	7	8
频率(个)	523	578	659	698	784	880	988	1046
周期us	1912	1730.1	1517.5	1432.7	1275.5	1136.4	1012.1	956
1/4节拍	52.3	57.8	65.9	69.8	78.4	88	98.8	104.6
*半周期us	956	865	759	716	638	568	506	470
*1/4节拍	105	116	132	140	157	176	198	209

3、给出系统实现的设计方案，要求使用MCU内部最少的硬件资源，和占用CPU时间最少，容易移植或拼入其它系统中使用。（提示，参考《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版）》一书）

4、具体动手实现

5、扩展思考：

   1/使用什么样的蜂鸣器？底层驱动如何编写

   2/嵌入式系统不是通用计算机系统

liliuyang

【NO.3】 使用16*16点阵设计一个电梯运行指示器
1、4个控制按键，功能为上行、下行、停止、广告4个状态
2、电梯运行停止：显示静止的水平线，中间位置，（16*16点阵 参考图1）
3、上行状态时：显示向上移动的箭头(参考图2)。移动过程中，2个箭头之间空4行(参考图3)
4、下行状态时：显示向下移动的箭头，移动过程中，2个箭头之间空4行
5、广告状态时：水平横向移动显示“上海因仑”4个汉字。




6、基本要求，显示正确，亮度均匀，无拖尾、不闪烁，移动速度均匀，按键扫描和消抖与显示扫描无冲突。
7、系统设计报告中需要给出外围电路，尤其是具体说明16*16点阵的硬件电路，以及如何驱动和扫描显示的，说明具体的扫描时间计算，以及如何保证以上功能的正确实现。

liliuyang

【NO.4】  将NO.2和NO.3合并成一个系统

将设计题二和设计题三合并为一个系统，检验上面2个设计方案是否非常容易组合使用。

1、  当进入电梯上行和下行状态，箭头移动的同时，播放一遍音乐1(代替电梯运行提示音)。

2、  当电梯处在广告显示状态时，循环播放音乐2(代替广告声音)。

liliuyang

【NO.5】   一线串口底层驱动代码设计

某OTP语音芯片支持一线串口控制模式。该模式可以利用MCU使用一个I/O口线给语音芯片发送命令以达到控制语音芯片的目的，实现控制语音选择播放、停止、循环等。

命令长度为1个字节，采用十六进值数据，命令定义如下：

命令字（十六进制）	功能
0x00	播放第0段语音
0x01	播放第1段语音
。。。。	。。。。
0xce	播放第206段语音
0xcf	播放第207段语音
0xe0 – 0xef	音量调节 16级
0xf0	关闭功放
0xf1	打开功放
0xf2	循环播放当前语音
0xfe	停止播放当前语音

控制时序如下：先置数据线高电平8ms 的旪间，再将数据信号拉低5ms，最后发送数据。数据以电平占空比的形式计算，高电平与低电平数据占空比1：3 即代表数据位0，高电平与低电平数据位占空比为3：1代表数据位1。高电平在前，低电平在后。数据信号先发低位再发高位。在发送数据时，D0～D7表示一个地址或者命令数据，数据中的00H～DBH为地址指令，E0H～EFH为音量调节命令，F2H为循环播放命令，FEH为停止播放命令。详细时序如下图：

器件手册提供了一段低层驱动代码：

Void send_com(byte addr)

{

Sda = 1;

wait(200);                 /* 8ms 以上 */

sda=0;

wait(300);                 /* 5ms */

for(i=0;i<8;i++)

{

             sda=1;

             if(addr & 1)

             {

                  wait(15);         /* 600us */

                  sda=0;

                  wait(5);          /* 200us */

             }

             else

             {

                  wait(5);                /* 200us */

                  sda=0;

                  wait(15);               /* 600us */

             }

             addr>>=1;

}

sda=1;

}

该函数发送一个字节命令，大约需要20ms(8+5+0.8*8)。

请使用一个定时器配合一个中断来控制I/O输出，编写一个能控制该芯片工作的低层函数，要求占用CPU时间最少。（CPU和T/C并行工作处理练习）

本题只要设计报告和底层原代码，不需要具体实现。

liliuyang

【NO.6】    利用PWM功能产生1KHz的正弦波

尽量利用MCU资源产生频率最接近、平滑度最好的正弦波，给出输出正弦波的平滑度估计、频率误差估计。

深入讨论：

有哪些方法可以改变输出正弦波的频率？这些改变的方法对波形平滑度有影响吗？实现的可行性如何。

要进一步提高输出正弦波的平滑度有什么方法可以实现，有什么限制？

liliuyang

【NO.7】 设计一个简易的高精度频率计

1、使用8个LED数码管显示频率测试结果

2、实现频率测量量程的自动转换

3、首先给出设计方案报告，说明频率计测试频率所采用的方法、能够测试频率的范围，不同量程测试结果的精度和误差、以及测量显示频度（每秒几次）

4、因仑的MCU实验箱(板)的硬件平台上有方波发生器，产生1HZ~16M之间16个不同频率的方波，可作为测试频率源验证设计

liliuyang

【NO.8】  带语音报时的实时时钟

1， 使用6位LED数码管显示时分秒

2， 三个按键，2个用于时间设定，一个用于语音报时（按下播报“当前时间是xx时xx分xx秒”）

3， 参考《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版）》一书第11.3节和第19章内容

liliuyang

【NO.9】  汽车路码表

设计一轿车路码表，功能要求：

一、使用8位LED数码管作为显示，左边4位显示总里程数（KM），总里程数带记忆（掉电记忆功能）

二、右边4位数码管显示速度（KM/H）,小数点一位，为每秒平均时速

三、设计车轮转动圈数的传感器信号和输出电路，磁、光都可以（本实训题不使用测速电机传感器），该传感器电路能配合MCU系统测量车辆的速度、车辆停顿、和转动方向，注意说明如何消除车辆抖动造成的误差和影响。

四、车辆倒车时，蜂鸣器提示 每秒1次（慢速）

五、车辆前进，当速度超过120KM/H时，蜂鸣器快速提示（每秒3次）

设计方案含具体的硬件电路、软件实现设计

设计提示：

1/ 轿车车轮直径0.615m，每转一圈0.615*3.14＝1.93米

2/ 设定车轮最高转速（极限值）为35圈/秒，则最高时速为

1.93m * 35/s *3600s = 243180米  （243.2千米/小时）

3/ 按上面极限值计算，每毫秒最快转动角度（距离）为：

（360 * 35）/ 1000 = 12.6度

（1.93 * 35) / 1000 = 0.068米    （68毫米）

4/ 调试过程中可使用因仑的MCU实验箱(板)的硬件平台上方波发生器产生的1Hz-500Hz的方波模拟不同速度时的车轮转动产生脉冲的输入信号。

例如：车轮转一圈产生一个脉冲信号，那么31.25Hz的方波模拟的速度为：

    1.93m * 31.25/s * 3600s =217125米 （217.125千米/小时）

而1.953125Hz的方波模拟的速度为：

1.93m * 1.953125/s * 3600s = 13570.3125米 （13.570千米/小时）

正式验证可采用一台低频信号发生器，调节产生0-500Hz方波信号来模拟车轮转动产生的输入信号。

liliuyang

【NO.10】  WAVE播放器

FAT文件系统下载及例程参考http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_p.html

参考《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版）》一书第19章