嵌师案例分析（03）

:11.2案例5、在某四周飞行器系统设计中，利用惯性测量单元、PID电机控制、2.4GHz、无线遥控通信和高速空心直流电机驱动等技术来实现一个简易的嵌入式四轴飞行器方案。图11-36为李工设计的系统总体框图。[图片]

Q1:11.2案例5-1、由图11-36系统总体框图设计可知，飞控板和遥控板之间是用2.4GHz无线通信进行数据传输，各自主处理器和无线通信模块之间是SPI接口。同时，在飞控板上，处理器和惯性测量单元是通过I2C进行数据交互。以下关于SPI接口和I2C接口的描述中，正确的是：

Q2:11.2案例5-2、图11-37飞控板部分原理图中，R4的作用是什么？[图片]

Q3:11.2案例5-3、图11-38遥控板部分原理图中，C11、C12、C13、C14的作用是什么？[图片]

Q4:11.2案例5-4、在STM32处理器的PWM使用过程中，最为关键的就是PWM的频率和占空比。PWM的频率依赖于PWM模块的参考时钟频率，自动装载寄存器ARR的值加1之后再乘以参考时钟频率即可得到PWM的频率。PWM的占空比是用捕获比较寄存器CCR和自动装载寄存器ARR获得的，PWM占空比=CCR/(ARR+1)。假设当前主控板的STM32处理器PWM模块的参考时钟频率为1kHz，要将PWM模块的频率设置为100kHz，则ARR寄存器的值应设置为___；如果此时占空比希望设置为20%，那么CCR寄存器的值应该设置为___。

Q5:11.2案例5-5、飞控系统每0.5ms进行一次定时器的触发，每次中断都会检查一次无线模块数据的接收，以确保飞控系统控制信息的实时性。每2次中断（即1ms）读取一次MPU6050单元的数据，并进行算法处理。每4次中断（即2ms）通过计算当前飞控板系统的姿态，结合遥控端的目标姿态，根据两者的差值通过PID控制算法对各个电机进行调速控制。每200次中断（即100ms）采集一次电池电压，然后通过无线模块把电池电压发送给遥控板，以告知操作人员当前电压的大小。[图片]根据以上描述，请补充图11-39飞控系统软件简要流程图中空（1）-（3）处的内容。

Q6:11.2案例5-5、飞控系统每0.5ms进行一次定时器的触发，每次中断都会检查一次无线模块数据的接收，以确保飞控系统控制信息的实时性。每2次中断（即1ms）读取一次MPU6050单元的数据，并进行算法处理。每4次中断（即2ms）通过计算当前飞控板系统的姿态，结合遥控端的目标姿态，根据两者的差值通过PID控制算法对各个电机进行调速控制。每200次中断（即100ms）采集一次电池电压，然后通过无线模块把电池电压发送给遥控板，以告知操作人员当前电压的大小。[图片]根据以上描述，请补充图11-39飞控系统软件简要流程图中空（4）-（6）处的内容。(最高分值: 1 分)

:11.2案例6、王工采用某16位嵌入式CPU进行A/D采集硬件电路设计，利用8255控制器C口中的PC0输出控制信号，利用PC7读入AD574的状态信号，利用A口和B口读入AD574转换好的12位数据。图11-40为该A/D采集硬件系统设计的部分连接示意图。[图片1][图片2][图片3][图片4]

Q7:11.2案例6-1、在该嵌入式系统设计中，AD574是工作在12位转换模式还是8位转换模式？

Q8:11.2案例6-2、图11-40中245为双向缓冲器，[图片]在该硬件设计中配置8255控制字时，CPU需要向245进行数据输出（245的A口传输给B口）；在获取AD采集数据时CPU需要接收245所传输过来的数据（245的B口传输给A口）。根据硬件设计，描述DR为高电平时，245双向缓冲器在A、B口之间进行数据传输的方向为_____；根据硬件设计，描述DR为低电平时，245双向缓冲器在A、B口之间进行数据传输的方向为_____。

Q9:11.2案例6-3、在该A/D变换中，如果用1/2LSB（最低有效位）来表示量化误差，当该A/D控制器的量程范围为5V时，其量化误差是____。

Q10:11.2案例6-3、X86汇编程序中；“MOVX”为____；“ANL A,#010H”为____;“JNZ WAIT”为____。

Q11:11.2案例6-4、王工根据上述硬件设计，编写对应的数据采集程序，首先需要对8255进行初始化，然后进行数采集，请根据注释要求补全如下X86汇编程序。INIT8255: MOV DPTR,【1】 ;进行8255的工作模式配置 MOV A, 10011010B MOV @DPRT, A MOV A, 00000001B MOVX @DPRT, A数据采集程序如下：ORG 0200HACQU NOP MOV DPTR,【2】;通过8255的C口进行AD574的转换控制 MOV A, 【3】 MOVX @DPRT, A MOV A,【4】 MOVX @DPRT, AWAIT: MOVX A, @DPTR ANL A,【5】;通过与操作判断AD转换是否完毕 JNZ WAIT MOV DPTR, 【6】;读取8255A口的AD转换数据 MOVX A, @DPTR MOV R2,A ; 有效数据存放在R2寄存器中 MOV DPTR, 【7】;读取8255B口的AD转换数据 MOVX A, @DPTR ANL A, 【8】;提取A寄存器中有效的低4位数据 MOV R3, A;4位有效数据存放在R3寄存器中

:11.2案例7、某智能农业基地需要实时监控各个蔬菜大棚的温湿度，李工开发了一款温湿度监测仪，硬件系统设计部分如图11-41所示。[图片1]李工采用STM32作为主控处理器，利用TS-FTM01传感器进行温度和湿度采集，采用GSM/GPRS/GPS三合一模块来实现温湿度采集数据的上报。TF-FTM01传感器和主处理器之间采用RS485总线进行通信。在系统设计中，使用STM32处理实现对多个TF-FTM01传感器的数据读取。GSM/GPRS/GPS三合一模块可以自我定位，并把采集到的温湿度数据进行上报，该模块和STM32处理器之间采用RS232进行数据通信。TS-FTM01传感器使用RS485通信机制，每个传感器的RS485通信地址可以通过如图11-42所示的拨码开关进行配置。拨码开关一共有6位，实现对TS-FTM01传感器地址的编码。[图片2]STM32处理器具有通用同步异步收发器（USART），USART利用分数波特率发生器提供宽度范围的波特率选择。STM32处理器的波特比率寄存器USART_BRR的定义如图11-43和表11-17所示。[图片3][图片4]

Q12:11.2案例7-1、RS232和RS485都属于串行通信总线，以下关于串行通信、RS232、RS485的叙述中，正确的是。

Q13:11.2案例7-2、STM32处理器具有通用同步异步收发器，USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。波特率的计算公式为：波特率=f_ck/(16×USARTDIV)。其中，f_ck为给外设的时钟，USARTDIV是一个无符号数，其值设置在USART_BRR寄存器中。假设给外设提供的时钟频率f_ck=72MHz，GSM/GPRS/GPS三合一模块所需的波特率为115200，则USARTDIV的值应为_____，USART_BRR寄存器的十六进制值应为_____。

Q14:11.2案例7-3、RS485总线使用特制的RS485芯片，最大支持结点数可达128个以上。该系统的RS485总线上最多可以支持____个TS-FTM01传感器？

Q15:11.2案例7-4、基于图11-41所示的硬件设计，需要实现某地点的温湿度数据的定时上报功能。该功能要求以T为周期读取RS485总线上16个TS-FTM01传感器（地址编码为0?15）的温湿度数据，通过GPS获取当前的位置信息，然后通过GSM网络把温湿度数据和定位信息发送到固定的手机号码上。需要特别指出的是，在图11-41所示的硬件设计中未使用专用的RS485芯片，STM32端的RS485总线是通过GPIO45和GPIO46两根GPIO口线模拟出的，即通过两根GPIO口线的高低电平变化来模拟RS485数据传输协议。[图片]基于上述硬件和软件设计，请从以下选项中选择正确的操作，把图11-44所示的软件流程补充完整，（1）为下列哪个字母内容____，（2）为下列哪个字母内容____，（3）为下列哪个字母内容____；A.设置GPIO45为输入模式，设置GPIO46为输出模式B.设置GPIO45和GPIO46为输入模式C.设置GPIO45为输出模式，设置GPIO46为输入模式D.设置GPIO45和GPIO46为输出模式E.addr16F.addr=16

Q16:11.2案例7-5、基于图11-41所示的硬件设计，需要实现某地点的温湿度数据的定时上报功能。该功能要求以T为周期读取RS485总线上16个TS-FTM01传感器（地址编码为0?15）的温湿度数据，通过GPS获取当前的位置信息，然后通过GSM网络把温湿度数据和定位信息发送到固定的手机号码上。需要特别指出的是，在图11-41所示的硬件设计中未使用专用的RS485芯片，STM32端的RS485总线是通过GPIO45和GPIO46两根GPIO口线模拟出的，即通过两根GPIO口线的高低电平变化来模拟RS485数据传输协议。[图片]本方案利用低速串行总线遍历读取16个传感器的温湿度数据及GPS的定位信息，并通过GSM实现数据上报。该执行过程需要消耗一定的时间，导致现有的算法流程并不能精确实现以T为周期进行温湿度数据的采集和上报。为了修正该问题，需要把图11-44所示流程中的步骤_____调整到步骤_____后执行。

:11.2案例8、在智能家居系统设计中，李工被分配进ZigBee协调器、信息采集器结点、终端控制结点和安全视频监控系统的部分硬件电路原理设计。李工在基于微处理器的ZigBee协调器设计中，使用四个LED灯（D1、D2、D3、D4）表示状态，四个LED灯分别接到处理器的P2_0，P2_1，P2_2和P2_3管脚，部分相关的硬件设计如图11-45所示。[图片1]李工在CO_2的信息采集器结点设计中，采用红外传感器T6004进行CO_2信息收集，T6004利用CO_2可以吸收特定波段红外辐射的原理，同时内置温度补偿，与控制器CC2530进行连接，部分相关的硬件设计如图11-46所示。T6004传感器的工作电压为5V，CC2530控制器的工作电压为2.0V～3.6V。[图片2]李工在空调终端控制结点设计中，采用红外遥控电路中的红外发光二极管将调制好的红外光波发送给空调的红外接收电路，部分相关的硬件设计如图11-47所示，处理器通过P1_4管脚进行红外光波的发送。[图片3]李工设计的安全视频监控系统原理示意图如图11-48所示。主处理器采用TI的DM6446，该处理器包括ARM子系统，DSP子系统，视频处理子系统等，前端模拟视频通过TVP5146进行（可接2路模拟视频输入，分别是V1和V2）采集，TVP5146将模拟视频数据转换为10bit的YCbCr4:2:2数字格式，然后送到主处理器。主处理器通过I2C总线可以对TVP5146进行配置（TVP5146接口电压为3.3V）TVP5146和主处理器之间接口包括：10b数字视频信号、时钟信号、行场同步信号。DM6446主处理器的视频信号接口、I2C接口工作电压为1.8V。[图片4]

Q17:11.2案例8-1、在ZigBee协调器设计中，按照需求李工定义了四个LED灯的状态含义，分别是：D1“亮”表示协调已启动，“灭”表示协调器未启动；D2“亮”表示有外围信息采集器结点已加入到ZigBee网络，“灭”表示目前无结点加入网络；D3“亮”表示有终端控制结点已加入到ZigBee网络，“灭”表示目前无结点加入网络；D4“亮”表示协调器正在通过串口和PC主机进行数据通信，“灭”时表示目前没有数据通信。[图片]如果当前ZigBee协调器处于启动状态、且只有CO_2外围信息采集器连入ZigBee网络，没有任何终端控制结点连接，协调器正在通过串口向PC主机发送CO_2的采集信息，在这种情况下，P2_0输出___电平、P2_1输出___电平、P2_2输出___电平、P2_3输出___电平（回答高电平或低电平）？

Q18:11.2案例8-2、在图11-46的CO_2信息采集器设计中，两个IN4007（U3和U4）的作用是_____；[图片1]为了使得红外发光二极管发射，图47中的P1_4应该输出____电平；[图片2]在图11-48中，连接主处理器DM6446和TVP5146之间SN74AVC芯片的作用是____。[图片3]

Q19:11.2案例8-3、在使用I2C接口对TVP5146进行配置时，DM6446为主，TVP5146为从。在每次写寄存器配置操作中，需要主先发送设备从地址、再发送待操作的寄存器地址、最后发送特写入的数据，并且每次主向从发送消息，都需要接收到从的应答后，才能进入下一步操作。在调试过程中，李工希望通过I2C来配置TVP5146的视频标准模式，对应的寄存器地址和各个Bit位的含义如表11-18所示。假设当前TVP5146的I2C地址为0x64（设备从地址），李工希望该TVP5146配置为NTSC525视频标准，请从以下A～I中选择合适的操作，补充到图11-49中的空（1）～（6）处。