24-25-1-单片机开卷部分习题和评分标准
依据相关规定试卷必须按评分标准进行批改。
给分一定是宽松的，能给分一定给，如有疑问也可以向学院教务办申请查卷。
一部分学生期末成绩由于紧张或其他原因导致分数过低，也是非常非常遗憾的。
个人也是非常抱歉的。
开卷考试
简答题
第一题
（本题
10
分）请描述
Arduino Mega 2560
数字
I/O
口（如引脚
13
）输出和输入过程及
原理。
（1）说明输出过程及原理。(5 分)
（2）说明输入过程及原理，以及保证读取数据正确的方法(5 分)
评阅标准：
（
1
）输出过程及原理（
5
分）：
当在
Arduino
程序中设置数字
I/O
口（如引脚
13
）为输出模式（使用
pinMode(13, OUTPUT)
），并向该
引脚写入高电平（
digitalWrite(13, HIGH)
）或低电平（
digitalWrite(13, LOW)
）时，
Arduino Mega 2560
的微控制器会控制该引脚对应的寄存器，使引脚输出相应的电平。（
3
分）
输出高电平时，微控制器会通过内部电路使引脚
13
与电源（
VCC
）相连；输出低电平时，则使引脚
13
与地（
GND
）相连。（
2
分）
这一过程由
Arduino
的库函数和底层硬件抽象层（
HAL
）管理，无需用户直接操作寄存器。
（
2
）输入过程及原理，以及保证读取数据正确的方法（
5
分）：
当设置数字
I/O
口（如引脚
13
）为输入模式（使用
pinMode(13, INPUT)
）时，
Arduino Mega 2560
的微
控制器会将该引脚配置为高阻态，即不会主动向外部电路提供电流或电压。（
2
分）
读取引脚状态时（使用
digitalRead(13)
），
Arduino
会检测引脚上的电平，并返回
HIGH
或
LOW
。（
1
分）
为了保证读取数据正确，应确保引脚
13
与外部电路的连接正确，且外部电路提供的电平信号足够稳
定，以避免误读。此外，若引脚
13
连接了上拉或下拉电阻，也能提高读取的稳定性。（
2
分）
第二题
2
、（本题
10
分）请结合
Arduino Mega 2560
的串口通信功能，描述串口的发送和接收工
作过程。
发送过程：
当调用
Serial.print()
、
Serial.println()
或
Serial.write()
等函数时，
Arduino
会将待发送的数据放入串口发送
缓冲区。（
2
分）
串口硬件（
USART
）会按照设定的波特率（通过
Serial.begin(baudRate)
设置）从发送缓冲区中逐位读取
数据，并将其转换为串行信号发送出去。（
2
分）
发送过程中，
USART
会控制
TXD
（发送数据）引脚的电平变化，以形成串行数据流。（
1
分）
接收过程：
当外部设备通过
RXD
（接收数据）引脚向
Arduino
发送串行数据时，
USART
会按照设定的波特率接
收这些数据。（
2
分）
接收到的数据会被放入串口接收缓冲区，等待程序通过
Serial.read()
、
Serial.available()
等函数读取。（
2 分）
在读取数据时，程序可以检查接收缓冲区的状态，以确定是否有数据可读，并读取数据。（
1
分）
第三题
3、 （本题
10
分）请完善以下 I2C 总线程序，该函数应适用于 Arduino Mega 2560，并说
明所完善程序的功能。
#include <Wire.h>
// 从设备的 I2C 地址
#define SLAVE_ADDRESS 0x27 // 根据具体的从设备修改此地址
void setup() {
// 初始化串口通信，用于调试
Serial.begin(9600);
// 初始化 I2C 通信
// 主设备初始化
Serial.println("I2C 初始化完成");
}
void loop() {
// 要发送的数据
byte dataToSend = 0x42; // 示例数据
// 开始传输到从设备
// 发送数据
// 结束传输
// 调试输出
Serial.print("发送数据: ");
Serial.println(dataToSend, HEX);
// 每隔 1 秒发送一次数据
delay(1000);
}
#include <Wire.h>
// 从设备的 I2C 地址
#define SLAVE_ADDRESS 0x27 // 根据具体的从设备修改此地址
void setup() {
// 初始化串口通信，用于调试
Serial.begin(9600);
// 初始化 I2C 通信
Wire.begin(); // 主设备初始化 （2 分）
Serial.println("I2C 初始化完成");
}
void loop() {
// 要发送的数据
byte dataToSend = 0x42; // 示例数据
// 开始传输到从设备
Wire.beginTransmission(SLAVE_ADDRESS); （2 分）
// 发送数据
Wire.write(dataToSend); （2 分）
// 结束传输
Wire.endTransmission(); （2 分）
// 调试输出
Serial.print("发送数据: ");
Serial.println(dataToSend, HEX);
// 每隔 1 秒发送一次数据
delay(1000);
}
使用 Arduino Mega 2560 作为主设备，向一个从设备（例如，具有 I2C 接口的 LCD 显示屏或 EEPROM 存
储器）发送数据。
1 包含 Wire 库。
2 初始化 I2C 通信。
3 向从设备发送数据。 （2 分）分析编程题
1、(本题 20 分) 基于 Arduino Mega 2560 的 LED 控制和模拟电动机控制器
a) 当按下 KEY0 时，LED0 点亮，串口发送“电动机上电”；
b) 当按下 KEY1 时，LED1 点亮，串口发送“电动机正转”；
c) 当按下 KEY2 时，LED2 点亮，串口发送“电动机反转”；
d) 当按下 KEY3 时，LED3 点亮，串口发送“电动机停转”。
如果代码都有注释，分析编程合在一起。如果代码没有注释，必须要有代码的文字说明。
编程合理即可得分，答案不唯一。
//
定义按键和
LED
引脚数组
const int keyPins[] = {22, 23, 24, 25};
const int ledPins[] = {26, 27, 28, 29};
//
定义与按键对应的消息数组
const char* messages[] = {
"
电动机上电
",
"
电动机正转
",
"
电动机反转
",
"
电动机停转
"
};
（
5
分）
void setup() {
//
初始化串口通信
Serial.begin(9600);
//
设置按键引脚为输入，并启用内部上拉电阻
for (int i = 0; i < 4; i++) {
pinMode(keyPins[i], INPUT_PULLUP);
}
//
设置
LED
引脚为输出
for (int i = 0; i < 4; i++) {
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
}
}
（
5
分）
void loop() {
//
遍历按键和
LED
for (int i = 0; i < 4; i++) {
//
检查按键状态
if (digitalRead(keyPins[i]) == LOW) {
digitalWrite(ledPins[i], HIGH); //
点亮对应的
LED
Serial.println(messages[i]); //
发送对应的消息
} else {
digitalWrite(ledPins[i], LOW); //
熄灭对应的
LED
}
}
（
5
分）
//
延时以避免按键抖动
delay(50);
}
（
5
分）
数组存储引脚：
使用
keyPins
和
ledPins
数组来存储按键和
LED
的引脚号，这样可以通过循环来遍历它们，而不是为每个
按键和
LED
分别编写代码。
消息数组：
使用
messages
数组来存储与按键对应的消息，这样可以在按键被按下时轻松地发送正确的消息。
循环处理：
在
setup()
函数中，使用
for
循环来设置按键引脚为输入并启用内部上拉电阻，以及设置
LED
引脚为输出。
在
loop()
函数中，使用
for
循环来遍历按键和
LED
，检查按键状态，并根据需要点亮或熄灭
LED
，同时发
送相应的消息。
// 定义按键和 LED 引脚数组
const int keyPins[] = {22, 23, 24, 25};
const int ledPins[] = {26, 27, 28, 29};
// 定义与按键对应的消息数组
const char* messages[] = {
"电动机上电",
"电动机正转",
"电动机反转",
"电动机停转"
};
（5 分）
void setup() {
// 初始化串口通信
Serial.begin(9600);
// 设置按键引脚为输入，并启用内部上拉电阻
for (int i = 0; i < 4; i++) {
pinMode(keyPins[i], INPUT_PULLUP);
}
// 设置 LED 引脚为输出
for (int i = 0; i < 4; i++) {
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
}
}
（5 分）
void loop() {
// 遍历按键和 LED
for (int i = 0; i < 4; i++) {
// 检查按键状态
if (digitalRead(keyPins[i]) == LOW) {
digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // 点亮对应的 LED
Serial.println(messages[i]); // 发送对应的消息
} else {
digitalWrite(ledPins[i], LOW); // 熄灭对应的 LED
}
}
（5 分）
// 延时以避免按键抖动
delay(50);
}