牟曉東

本文以模擬題“絢麗彩燈”為例，進(jìn)行題目解析。

第四題“絢麗彩燈”（難度系數(shù)4，30個(gè)計(jì)分點(diǎn)）：

每逢節(jié)日，可以看到商場(chǎng)各地都掛著絢麗的彩燈，它們通過(guò)顏色變換，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的絢麗效果，現(xiàn)制作一些絢麗的彩燈效果。

硬件準(zhǔn)備：

1個(gè)按鍵模塊【接入25#引腳】，1個(gè)數(shù)碼管【接入IIC接口】，燈帶（60顆燈珠）【接入18#引腳】，杜邦線若干。

編程實(shí)現(xiàn)：

（1）程序開始時(shí)，數(shù)碼管只有最后一位顯示0，燈帶熄滅;

（2）當(dāng)按鍵每被按一次時(shí)，數(shù)碼管最后一位顯示的數(shù)字都在之前的基礎(chǔ)上加1，當(dāng)數(shù)碼管最后一位顯示4時(shí)，再按一次，數(shù)碼管顯示1，如此重復(fù)1-4的顯示;

（3）當(dāng)數(shù)碼管顯示1的時(shí)候，燈帶前面30個(gè)燈亮紅色，后面30個(gè)燈亮藍(lán)色;

（4）當(dāng)數(shù)碼管顯示2的時(shí)候，燈帶以紅色和藍(lán)色交叉顯示，最前面為紅色;

（5）當(dāng)數(shù)碼管顯示3的時(shí)候，燈帶以紅色和藍(lán)色交叉顯示，每隔0.5秒，紅色和藍(lán)色位置交換一次;

（6）當(dāng)數(shù)碼管顯示4的時(shí)候，燈帶從中間位置向兩邊同時(shí)每隔0.1秒各點(diǎn)亮一個(gè)燈珠，向前點(diǎn)亮燈珠的顏色為紅色，向后點(diǎn)亮燈珠的顏色為藍(lán)色;

（7）如此循環(huán)。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：

2分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（1）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（2）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（3）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（4）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（5）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（6）;

3分：完全符合題意。

1.審清題意，抓住關(guān)鍵點(diǎn)

“絢麗彩燈”的考點(diǎn)有分支選擇結(jié)構(gòu)的嵌套、按鍵模塊的循環(huán)計(jì)數(shù)和燈帶的初始化設(shè)置及各種效果的實(shí)現(xiàn)。此外，還要注意數(shù)碼管的初始化和顯示控制方法。

（1）分支選擇結(jié)構(gòu)的最“內(nèi)層”嵌套是匹配按鍵模塊的1-4按下次數(shù)，對(duì)應(yīng)控制數(shù)碼管最低位（3號(hào)）顯示該數(shù)字，以及燈帶的一種顯示效果。

（2）按鍵模塊的按下次數(shù)最大值為4，必須使用條件語(yǔ)句判斷其是否超出范圍，當(dāng)該值大于4時(shí)需要使用賦值語(yǔ)句重新將其值改寫為1，進(jìn)行下一次的循環(huán)。

（3）燈帶的60顆燈珠編號(hào)為0-59，每顆燈珠均可獨(dú)立控制其顯示顏色（也可用RGB值來(lái)控制）;當(dāng)數(shù)碼管分別顯示1-4時(shí)，對(duì)應(yīng)燈帶的四種顯示效果中多次提到“前30、后30”、“中間位置”，編程時(shí)注意分別使用0-29和30-59來(lái)區(qū)分前后兩大組燈珠。

2.實(shí)驗(yàn)器材的安裝

按照題目要求，首先將按鍵模塊接入25#引腳;燈帶需要接入18#引腳，注意燈帶的三根異色引線的標(biāo)注，通常是紅色為+5V（電源正極）、白色為GND、綠色為Din（數(shù)字信號(hào)輸入），對(duì)應(yīng)擴(kuò)展板18#引腳的VCC、GND和D（數(shù)字端）;由于燈帶接入18#引腳占用了IIC接口Up列一側(cè)的空間，因此數(shù)碼管必須要旋轉(zhuǎn)180度，接至IIC接口Down列對(duì)角線位置;最后，給樹莓派接通電源，啟動(dòng)操作系統(tǒng)（如圖1）。

3.編程實(shí)現(xiàn)“絢麗彩燈”

（1）進(jìn)入平臺(tái)編程環(huán)境

登錄古德微機(jī)器人平臺(tái)切換至“積木”編程區(qū)。

（2）編寫“初始化數(shù)碼管”函數(shù)

建立函數(shù)“初始化數(shù)碼管”，先關(guān)閉0-3號(hào)數(shù)碼管，再設(shè)置亮度為1（對(duì)四個(gè)數(shù)碼管均有效）;最后設(shè)置3號(hào)數(shù)碼管顯示“0”（不顯示點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)題目中（1）對(duì)數(shù)碼管“只有最后一位顯示0”的顯示要求（如圖2）。

（3）編寫“初始化燈帶”函數(shù)

燈帶的初始化操作需要先使用“設(shè)置GPIO18可控制燈帶60個(gè)燈并設(shè)置亮度為50”語(yǔ)句;然后構(gòu)建一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，控制變量i從0增至59（步長(zhǎng)為1），依次設(shè)置每個(gè)燈珠的顏色為黑色，實(shí)現(xiàn)題目中（1）對(duì)燈帶“熄滅”的要求（黑色即“熄滅”）。特別要注意的是，最后必須添加一條“燈帶刷新顯示”語(yǔ)句，否則之前對(duì)燈帶的設(shè)置控制均是無(wú)效的（如圖3）。

（4）構(gòu)建循環(huán)結(jié)構(gòu)中的多分支選擇嵌套結(jié)構(gòu)

在主程序中分別調(diào)用“初始化數(shù)碼管”和“初始化燈帶”函數(shù)后，建立變量“數(shù)字”并賦值為0，用來(lái)存儲(chǔ)按鍵次數(shù)（數(shù)字1-4）;接著建立“重復(fù)當(dāng)真”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行外層分支選擇的判斷，條件為是否從25號(hào)按鍵獲取到“按下”動(dòng)作;然后，將變量“數(shù)字”進(jìn)行“自增1”賦值運(yùn)算，并且通過(guò)一個(gè)“如果…執(zhí)行…”語(yǔ)句設(shè)置其運(yùn)算規(guī)律（大于4時(shí)重新“回歸”為1）;通過(guò)“設(shè)置3號(hào)數(shù)碼管顯示‘?dāng)?shù)字，并顯示點(diǎn)‘0”語(yǔ)句，將變量數(shù)字的值根據(jù)變化（1、2、3、4）均在數(shù)碼管的最低位上顯示輸出。

建立“如果…執(zhí)行…否則如果…執(zhí)行……”四分支選擇結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)題目中（3）-（6）所要求的燈帶四種顯示效果：

①當(dāng)數(shù)字為1時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)“前面30個(gè)燈亮紅色、后面30個(gè)燈亮藍(lán)色”（注意二者應(yīng)該是同步進(jìn)行的）效果，應(yīng)該只建立一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)控制兩組燈珠;如果是兩個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)分別控制兩組燈珠的話，效果就變成了先亮一組30個(gè)、再亮另一組30個(gè)。控制變量i從初值0自增至終值29（步長(zhǎng)為1），前30個(gè)燈珠設(shè)置為亮紅色;后30個(gè)燈珠的序號(hào)是在前30個(gè)的基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)“加30”，即“i+30”，設(shè)置為亮藍(lán)色。切記：最后一定要添加一條“燈帶刷新顯示”語(yǔ)句（下同），控制燈帶發(fā)光。

②當(dāng)數(shù)字為2時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)“以紅色和藍(lán)色交叉顯示且最前面為紅色”效果，同樣是只建立一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，注意變量i的取值范圍是從0至59，步長(zhǎng)設(shè)置為2（實(shí)現(xiàn)奇偶數(shù)燈珠的“交叉”控制）;排序?yàn)槠鏀?shù)的燈珠（編號(hào)為i）發(fā)光顏色設(shè)置為紅色，偶數(shù)燈珠（編號(hào)為“i+1”）發(fā)光顏色設(shè)置為藍(lán)色。

③當(dāng)數(shù)字為3時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)“以紅色和藍(lán)色交叉顯示，每隔0.5秒，紅色和藍(lán)色位置交換一次”效果，需要建立兩個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu);相當(dāng)于重復(fù)執(zhí)行了兩次“數(shù)字為2時(shí)”的操作：先奇數(shù)燈珠發(fā)紅光、偶數(shù)燈珠發(fā)藍(lán)光，完成后停頓0.5秒，再奇數(shù)燈珠發(fā)藍(lán)光、偶數(shù)燈珠發(fā)紅光。

④當(dāng)數(shù)字為4時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)“從中間位置向兩邊同時(shí)每隔0.1秒各點(diǎn)亮一個(gè)燈珠，向前點(diǎn)亮燈珠的顏色為紅色，向后點(diǎn)亮燈珠的顏色為藍(lán)色”效果，同樣是使用一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，注意變量i的取值范圍是從29至0（“每隔1”：步長(zhǎng)為-1），第一組是從第29個(gè)燈珠向前發(fā)紅光，第二組是從第30個(gè)燈珠向后發(fā)藍(lán)光——特別要注意該組的編號(hào)構(gòu)建規(guī)則算式是“59-i”（如圖4）。

（5）其他細(xì)節(jié)

不管是主程序循環(huán)結(jié)構(gòu)的最后，還是各分支選擇結(jié)構(gòu)的最后（個(gè)別的還有中間位置），都需要考慮是否應(yīng)該添加等待語(yǔ)句，作用同樣是防止循環(huán)過(guò)多和過(guò)快地占用系統(tǒng)資源。

4.運(yùn)行程序，檢測(cè)“絢麗彩燈”

在平臺(tái)編程環(huán)境中點(diǎn)擊“連接設(shè)備”，正常的話再點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，對(duì)照題目進(jìn)行多次測(cè)試，不斷按下按鍵，數(shù)碼管重復(fù)顯示1、2、3、4，同時(shí)燈帶也進(jìn)行亮紅燈和藍(lán)燈等不同效果的對(duì)應(yīng)顯示，實(shí)現(xiàn)了題目要求。

最后將程序按照要求保存為“04.txt”，下載并上傳至考試系統(tǒng)中即可。