单片机控制装置与调试任务一 2012年单片机全国大赛试题

1、任务一任务一 2012年单片机全国大赛试题年单片机全国大赛试题 地铁自动售票模拟装置 一、工作任务及要求一、工作任务及要求 请你在四小时（240 分钟）内，使用亚龙 YL-236 型单片机应用实训考核装 置制作完成 地铁自动售票模拟装置，具体要求如下： 1在附录一和附录二答题纸的“工位号”位置后面填写你的竞赛工位号。 2根据地铁自动售票系统的相关说明和工作要求，根据你的理解选择需要 的控制模块 和元器件。 3根据赛场提供的调试记录（附录一）的要求，分析地铁自动售票系统的工作过程，并 记录相关分析调试结果。 4根据工作任务及要求，合理确定各模块的摆放位置，按照相关工艺规范连接地铁自动 售票系统模

2、拟装置的硬件电路并使用尼龙扎带进行导线的绑扎和固定。 5根据工作任务及其要求，编写地铁自动售票系统模拟装置的控制程序，存放在“D” 盘以工位号命名的文件夹内。 6请先检测和调整机械手装置，然后调试你编写的程序，完成地铁自动售票系统模拟装 置的整体调试，使地铁自动售票系统模拟装置能实现规定的工作要求，最后将编译通过的程 序“烧入”单片机中。 7比赛结束前，清理工位上的相关工具、辅材并关闭电源。 二、地铁自动售票系统的相关说明二、地铁自动售票系统的相关说明 （一）地铁自动售票系统的组成与功能简述（一）地铁自动售票系统的组成与功能简述 图图 1 地铁线路图地铁线路图 某地铁运行线是一条环形路线，共有

3、9个站点，地铁列车可顺时 针方向、逆时针两个方向运行到达各个站点，设：顺时针方向运顺时针方向运 行用行用“F”表示表示，逆时针方逆时针方 向运行用向运行用“R”表示表示。地铁自动售票系统 模拟装置控制的地铁线线路图如图 1 所 示，图中位于站点名下方 的数字是代表各站点名的序号 购票程序为：乘客首先选择到达站和买票数量，然后系统自动优选并提示乘系统自动优选并提示乘 车方向，显示车票信息。车方向，显示车票信息。 图图 2 地铁自动售票系统结构示意图地铁自动售票系统结构示意图 （二）地铁自动售票系统模拟装置的组成模块及相关说明（二）地铁自动售票系统模拟装置的组成模块及相关说明 1数码管显示：数码管

4、显示：使用 8 位数码管显示器显示已付金额和找零金额，其各位 的显 示内容与显示位置对应关系如表 1 所示。 2液晶显示：液晶显示：使用 12864 液晶模块显示地铁运行站图，购买车票的起 点 站、到达站、单价、总金额、购买数量等信息。 3功能指示灯：功能指示灯：使用显示模块中的从左至右 2 个 LED 指示灯分别作为电 源 指示灯和出票指示灯。 4功能按键：功能按键：使用指令模块中的 SB1、SB3 和 SB5 三个独立按键从左至 右分 别设为“加票”键、 选择”键、确认”键、 5快选旋钮：快选旋钮：使用步进电机模块中的电机轴上转轮模拟快选旋钮，步进电 机模块上的游标指针指向标尺刻度的19

5、分别与代表选中的19个站点名序 号相对应 6余额找零：余额找零：使用接近开关（金属传感器）模拟一元硬币找零检测器。 7自动备票机构：自动备票机构：使用 YL-G001 型智能物料搬运装置模拟售票 机自动备票 机构，其结构示意图如图 3 所示。 图图 3 自动选票机构示意图自动选票机构示意图 8出票机构：出票机构：使用直流电机模块模拟出票机构，用于控制出票的数量及 输 出车票。 三、地铁自动售票系统模拟装置的制作要求三、地铁自动售票系统模拟装置的制作要求 （一）系统初始化（一）系统初始化 1电源指示灯亮，出票指示灯熄灭。 2数码管各位实时显示内容如图 4 所示。 3液晶显示器的初始显示界面如图

6、5 所示。 4机械手初始化操作。使用前请调整机械手的功能，排除机械手故障使用前请调整机械手的功能，排除机械手故障 （共三个），使其能正常工作。（共三个），使其能正常工作。调整和排除故障时请在工作记录单上按要求做 好调整工作记录，如果不能排除相应的故障，为不影响后续任务，请填写请求 技术支持 报告单，并举手示意，经裁判同意后，由技术人员排除故障。在机 械手正常工作的前提下，系统控制机械手复位至工位二正上方，手爪处于放松机械手复位至工位二正上方，手爪处于放松 状态。状态。 机械手初始化完成后，系统通过串口以以2 秒为周期秒为周期向上位机（各工位的计算 机）发送“请输入起始站编号请输入起始站编号!r

7、n”询问本售票机所在站点的序号（注：各站 均可作为起始站，其中“rn”为串行通讯中的转义字符回车换行）。上位机使 用“超级终端”接收显示单片机发送的信息，并能人工发送当前所在站点序号 的信息给单片机（站点序号如图1 所示，例如，售票机在菜市场站，则需发送 ASCII码“4”给单片机)，单片机收到当前站点序号后，系统进入欢迎使用显示收到当前站点序号后，系统进入欢迎使用显示 界面如界面如 图图 6 所示。在欢迎使用显示界面右下角所示。在欢迎使用显示界面右下角“”处显示当前站点名。处显示当前站点名。 【注意注意】:站点名为站点名为 1212 字体。字体。 （二）系统运行要求（二）系统运行要求 1到达

8、站选择到达站选择 2. 显示车票信息显示车票信息 3. 输入购买数量输入购买数量 4. 乘客支付购票金额乘客支付购票金额 5. 售票机备票售票机备票 6. 出票出票 7. 余额找零余额找零 8. 站内工作人员站内工作人员 查询功能查询功能 附录一：附录一： 调调 试试 记记 录录 1.相关数据处理相关数据处理 图图 13 到达站选择界面到达站选择界面 在图 13 到达站选择界面中，中央方框用来模拟环形地铁轨道。方框外的各个小 点模拟各自对应站点。根据 12864 液晶屏的硬件设计，设液晶屏左上角点坐 标为 （0,0），液晶屏右下角点坐标为（127,63）五爱街站的坐标为（38,14）， 火车站

9、的坐 标为（86,46），北禅站坐标点在五爱街与渔夫岛坐标点的中间，汽 车站坐标点在火车 站与渔夫岛站坐标点中间，前门站在解放路与火车站坐标点 中间。请在图 14 中参照 已知的其他各站坐标点，计算并在括号内填写其他各站 点的坐标。 图图 14 液晶屏显示界面坐标计算示意图液晶屏显示界面坐标计算示意图 2.各地铁站点选择电压测量与计算各地铁站点选择电压测量与计算 假设火车站电压为 X 伏，电源电压值为 Y 伏，请写出 ADC0809 实测后的输出数 值Z（0255）与 X,Y 的关系式_。 3.补充完善机械手智能识别各色球位置的工作流程图补充完善机械手智能识别各色球位置的工作流程图 图 15

10、机械手智能识别各色球位置工作流程图 4. 根据任务书的要求，正确选择所需要的模块，在附录二的图纸上画出块接线根据任务书的要求，正确选择所需要的模块，在附录二的图纸上画出块接线 任务二任务二 真题剖析真题剖析 一一 模块解析模块解析 所需的主要模块所需的主要模块 序号序号模块模块 在本试题中完成的功能及解题思路在本试题中完成的功能及解题思路 1物 料 搬 运 模 块 该模块主要完成抓取三种面值的车票，工 作系统用“白、黄、黑”三种 颜色的球分别表示 “2 元、 3 元、4 元”面 值的票盒。机械手根据车票信 息自动从存票区优化（最简步骤） 选择相 应面值的票盒（即车票种类 ，而车票的数量由出票机

11、构完成），并搬 运至 工位三上方释放，票盒 自动进入出票口（工位三下方）。备票完 成后，机械手复位。由于试 题中要求使机械手取票用最简步骤，所以 程序应该按照试题中图15的 机械手智能识别各色球位置工作流程图进 行编写，由于试题中已经给 出了判别方法，（但是判别颜色的方法还 有其它），所以学生就不能 按照自己方法编写程序而脱离题目的要求 。只要按照题目要求，就能 很好的完成任务，具体的程序方法在下面 的程序中注释的很清晰。这 部分内容2012年的试题不是很难，因为题 中给出了程序的流程图。对 于考生应该是很简单的，不同的球对应的 不同的车票，每年竞赛都要 用到该模块。 2步进 电 机 模 块

12、该模块是快选旋钮，使用步进电机模块中的电机轴上转轮模拟快选旋 钮，步进电机模块上的游标指针指向标尺刻度的19 分别与代表 选中的19个站点名序号相对应的站。在应用时要注意，很可能误 认为步进电机是给的脉冲才运动，从而不能模拟连续变量，这样认 识就错了，因为2012年的试题一改往年的思路，用的是步进电机左 边的转轮，事实上它就是一个滑动变阻器，接线在该设备模块的左 下角，这样只要手动旋转电机轴上的转轮就可以模拟了，这里并不 需要写出程序，创新点在于它的基本应用。当然步进电机可以模拟 温度、高度、深度、长度等很多量值，每年竞赛都要用到该模块。 3A / D 转 换 模 块 该模块是选择地铁站名，使

13、用时 手动旋转电机轴上的转轮，旋 转 时步进电机模块上的指针也跟着 移动。当标尺上的指针指向刻 度 尺上的 19 厘米任意整数位置时 ，通过A/D转换为相应的电压 ， 在液晶显示器上显示相应序号站 点名反显，旋转时可以左右移 动 ，站点名也会发生变化，接线时 应该注意把步进电机的输出接 到 A/D0809的输入IN0口，A/D0809 的输出接到单片机的P0口，具 体 的转换程序在下文中已经写的很 凄楚，该模块几乎每年都要用 到 。 412 8 6 4 液 晶 模 块 该模块是为了显示地铁运行站图，购买车 票的起点 站、到达站、单 价、总金额、购买数量等信息。字体规格 为16*16和 12*1

14、2汉字， 其中16*16的用法很普通这里不做讲解。而 12*12规格的汉字有2种思 路，思路1:(欢迎界面站点和车票信息界面 首行汉字)，第一页只显示 高四位，但要凑成8位，第二页完全显示。 思路2:第一页完全显示， 第二页只显示低四位，但要凑成8位。本试 题中还用到了反白显示， 只要懂12864液晶模块的原理及用法，那么 这部分的程序是比较容易 的，大家要仔细研究液晶模块的原理，考 试几乎每年都在考，程序的 详细讲解在后面。 5按 键 指 令 模 块 该模块是为了使用指令模块中的 SB1、 SB3 和 SB5 三个独立按键 从左至右分 别设为“加票”键、“选择” 键和“确认”键。使用矩阵 键

15、盘中 的“1”、“5”、“0”三个数字键作为投 币检测模拟装置：投币时，每按一 次“1”、“5”、“0”按键，表示检测装 置检测到已投币一元、五元、十元 。三个独立按键的程序很简单，要注意消 除抖动，矩阵键盘只用了3 个，比较简单，由于比赛题目要求了矩阵 键盘，就要写矩阵键盘程序 ，否则如果在工程上，就可以用独立键盘 实现相关功能，没有必要那 么麻烦。按键是基本知识点，每年都要考 到 6主 机 模 块 该模块主要是为下载程序，这里不 再讲解。一般学生都会下 载。另外还用到了串口通信,这是2012 年试题的又一个亮点, 串口 要用到串口调试工具,当然也可以用系 统自带的超级终端,串口程 序在注释

16、中已经讲的很凄楚,这里不做 详解. 7继 电 器 、 光 电 耦 合 、 传 感 器 继电器模块是为了驱动机械手抓球 ，即5V控制24V的电机 转动，光电耦合是把传感器接收的24V 信号转换成5V输入到 8255处理，前文有介绍。传感器用的 是接近开关，接近开关 输出电压为24V,要注意不能把输出直 接接到单片机上，因为 单片机引脚承受的电压只有5V,这里要 把输出先接到光电耦合 的24V端，耦合后的5V再接到单片机 上处理，千万不要接错 ，要理解原理。 8交、 直流 电机 模块 该模块是系统出票动作机构。此时，直流电机开始正转（ 电机 M+电压高于 M-为正转，出票阀门打开，反之为反转） 。

17、直流电机转轮盘上每转过一个小孔位置，表示输出 1 张车 票，转过多少个小孔位置取决于乘客购买的车票数量。电机 的正反转程序比较简单，本参考答案中2个继电器共用1个信 号，控制电机的正反转，主要是接线方法应该理解透。该模 块考得也比较多。 9扩展 模块 8255 由于试题的信息量很大，需要的接口很多，而单片机端口 只有32个，不够用。所以要用8255扩展，本试题中主要用PB 口接传感器输入的信号，PA口接独立键盘，PC口接矩阵键盘 ，细节在程序注释中已经很清晰。该模块每年都会用到。 外围接线图外围接线图 图1 地铁自动售票模拟装置接线图 二二 程序解析程序解析 #define _12_C_ #i

18、nclude at89x52.h/包含at89x52.h头文件,说明了该芯片中所拥有的特殊功能寄存器和可寻地址标志位 #include /包含对内联函数(包括数据循环移位、空操作、浮点数测试等)进行原型说明. #include 12.h /防止异常调用同一文件名 #define uint unsigned int /无符号整型变量的宏定义 #define uchar unsigned char/无符号字符变量类型的宏定义 #define out0 P0 /12864液晶/数码管/AD转换/8255 数据端口 #define bai 2 /白球标识 #define huang 3 /黄球标识 #define hei 4 /黑球标识 #include /字模数据头文件 /*12864液晶端口定义，为了显示地铁运行的各种状态 */ sbit CS2=P10; /右半屏选择,高电平有效 sbit CS1