嵌入式期末考試題目及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于ARMCortexM3內(nèi)核的描述，錯誤的是（）A.采用Thumb2指令集B.支持硬件除法指令C.包含16個32位通用寄存器（R0R15）D.具有嵌套向量中斷控制器（NVIC）2.STM32F103系列微控制器的APB1總線最高頻率為（）A.72MHzB.36MHzC.48MHzD.24MHz3.若某嵌入式系統(tǒng)需要實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸（>10Mbps）且要求抗干擾能力強，最適合的串行通信接口是（）A.UARTB.I2CC.SPID.CAN4.以下關(guān)于中斷的描述，正確的是（）A.中斷服務(wù)程序（ISR）中應(yīng)避免使用延時函數(shù)B.所有中斷的優(yōu)先級在編譯時固定，無法動態(tài)調(diào)整C.中斷響應(yīng)時間僅取決于CPU的指令周期D.中斷屏蔽寄存器（IMR）用于存儲中斷服務(wù)程序的入口地址5.STM32的通用定時器（TIMx）在PWM輸出模式下，若ARR=999，CCR=300，且預(yù)分頻系數(shù)PSC=71（系統(tǒng)時鐘72MHz），則PWM的占空比和頻率分別為（）A.30%，1000HzB.30%，100HzC.70%，1000HzD.70%，100Hz6.以下哪項不是嵌入式系統(tǒng)中Flash存儲器的典型特性（）A.掉電后數(shù)據(jù)保留B.可多次擦寫（>10萬次）C.隨機訪問速度高于RAMD.擦除操作需按塊/扇區(qū)進行7.在I2C通信中，從機地址占（）位A.4B.7C.8D.108.以下關(guān)于DMA（直接存儲器訪問）的描述，錯誤的是（）A.DMA傳輸過程中CPU可執(zhí)行其他任務(wù)B.DMA請求只能由外設(shè)發(fā)起C.DMA控制器需要配置源地址、目標地址和傳輸長度D.STM32的DMA支持內(nèi)存到內(nèi)存、內(nèi)存到外設(shè)、外設(shè)到內(nèi)存的傳輸9.實時操作系統(tǒng)（RTOS）中，任務(wù)的“優(yōu)先級反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象是指（）A.高優(yōu)先級任務(wù)因等待低優(yōu)先級任務(wù)釋放資源而被阻塞，導(dǎo)致實際執(zhí)行順序與優(yōu)先級相反B.任務(wù)優(yōu)先級在運行過程中自動調(diào)整，高優(yōu)先級變?yōu)榈蛢?yōu)先級C.多個相同優(yōu)先級任務(wù)按時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度D.中斷服務(wù)程序的優(yōu)先級高于所有任務(wù)10.ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的分辨率為12位，參考電壓為3.3V，其最小可檢測電壓變化為（）A.0.8mVB.1.6mVC.3.3mVD.0.4mV二、填空題（每題2分，共20分）1.STM32F103的啟動模式由__________引腳的電平狀態(tài)決定，當該引腳接高電平時，系統(tǒng)從__________啟動。2.UART通信中，若波特率為115200bps，系統(tǒng)時鐘為72MHz，使用16倍采樣，則波特率寄存器（BRR）的值約為__________（保留整數(shù)）。3.SPI通信中，CPOL=0表示__________，CPHA=1表示__________。4.嵌入式系統(tǒng)中，常用的硬件抗干擾措施包括__________（至少列舉2種）。5.STM32的GPIO引腳在輸入模式下可配置為__________、__________、__________、__________四種子模式。6.實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)的基本狀態(tài)包括__________、__________、__________、__________。7.若某嵌入式系統(tǒng)的晶振頻率為8MHz，經(jīng)過PLL鎖相環(huán)倍頻至72MHz，則PLL的倍頻系數(shù)為__________。8.I2C通信的起始信號是__________，停止信號是__________。9.嵌入式系統(tǒng)中，Bootloader的主要功能是__________（至少列舉2點）。10.若需要檢測按鍵的短按和長按事件，通常需要在軟件中實現(xiàn)__________和__________處理。三、判斷題（每題1分，共10分）1.馮諾依曼結(jié)構(gòu)的微控制器將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開尋址。（）2.STM32的NVIC支持中斷嵌套，即高優(yōu)先級中斷可打斷低優(yōu)先級中斷的處理。（）3.I2C通信中，總線上的每個設(shè)備都有唯一的7位或10位地址，主設(shè)備和從設(shè)備均可發(fā)起通信。（）4.嵌入式系統(tǒng)的功耗優(yōu)化可通過關(guān)閉未使用的外設(shè)時鐘、降低系統(tǒng)時鐘頻率、使用低功耗模式（如睡眠模式）等方式實現(xiàn)。（）5.ADC的轉(zhuǎn)換精度僅由分辨率決定，與參考電壓穩(wěn)定性無關(guān)。（）6.在RTOS中，任務(wù)棧的大小應(yīng)至少包含任務(wù)執(zhí)行過程中所有局部變量、函數(shù)調(diào)用棧和中斷嵌套所需的空間。（）7.CAN總線采用差分信號傳輸，具有較強的抗干擾能力，適合長距離通信。（）8.定時器的“溢出中斷”是指當計數(shù)器值達到自動重裝載寄存器（ARR）的值時產(chǎn)生的中斷。（）9.嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片電源引腳，以濾除高頻噪聲。（）10.在KeilMDK開發(fā)環(huán)境中，.hex文件是二進制可執(zhí)行文件，直接燒錄到Flash中運行；.map文件用于記錄內(nèi)存分配信息。（）四、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述馮諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)的區(qū)別，并說明ARMCortexM3采用哪種結(jié)構(gòu)及其優(yōu)勢。2.分析STM32微控制器的啟動過程（從上電到執(zhí)行用戶主函數(shù)main()的流程）。3.說明I2C總線的仲裁機制及其作用。4.簡述ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）中采樣保持電路的作用，并解釋為何高速ADC需要該電路。5.對比實時操作系統(tǒng)（RTOS）中的搶占式調(diào)度與時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，說明各自適用場景。五、綜合題（每題15分，共30分）1.設(shè)計一個基于STM32F103的PWM調(diào)光系統(tǒng)，要求使用TIM3的通道1（PA6）輸出PWM信號控制LED亮度（亮度連續(xù)可調(diào)）。請完成以下任務(wù)：（1）列出需要配置的寄存器及其功能；（2）寫出關(guān)鍵配置代碼（寄存器操作方式，不使用HAL庫）；（3）說明如何通過修改代碼實現(xiàn)亮度從0%到100%的漸變（給出軟件邏輯）。2.設(shè)計一個嵌入式溫度采集系統(tǒng)，要求使用STM32F103的ADC1通道1（PA1）采集熱敏電阻（NTC）的電壓信號，通過UART1（PA9/PA10）將溫度值（單位：℃）發(fā)送至上位機。已知NTC的電阻溫度特性為R=R0exp(B(1/T1/T0))（R0=10kΩ，T0=298.15K，B=3950K），參考電壓Vref=3.3V，ADC為12位逐次逼近型。請完成以下任務(wù)：（1）畫出系統(tǒng)硬件連接示意圖（標注關(guān)鍵引腳）；（2）寫出ADC和UART的初始化代碼（寄存器操作方式，不使用HAL庫）；（3）推導(dǎo)溫度值的計算步驟（從ADC采樣值到℃的轉(zhuǎn)換公式）；（4）說明如何提高溫度測量的精度（至少3種方法）。答案一、選擇題1.B2.B3.C4.A5.A6.C7.B8.B9.A10.A二、填空題1.BOOT0；系統(tǒng)存儲器（或Bootloader）2.39（計算：72MHz/(11520016)=39.0625）3.空閑時SCL為低電平；在SCL的第二個邊沿采樣數(shù)據(jù)4.硬件濾波、光電隔離、接地保護、屏蔽罩（任意2種）5.輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入6.運行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)、掛起態(tài)（或刪除態(tài)）7.9（8MHz×9=72MHz）8.SCL高電平期間SDA由高變低；SCL高電平期間SDA由低變高9.初始化硬件、加載用戶程序、實現(xiàn)程序升級、錯誤恢復(fù)（任意2點）10.消抖；計時（或狀態(tài)機）三、判斷題1.×（馮諾依曼結(jié)構(gòu)統(tǒng)一編址，哈佛結(jié)構(gòu)分開）2.√3.×（主設(shè)備發(fā)起通信）4.√5.×（與參考電壓、噪聲等有關(guān)）6.√7.√8.√9.√10.√四、簡答題1.區(qū)別：馮諾依曼結(jié)構(gòu)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器共享同一總線，統(tǒng)一編址；哈佛結(jié)構(gòu)的程序和數(shù)據(jù)存儲器獨立，擁有各自的總線。ARMCortexM3采用哈佛結(jié)構(gòu)（改進型），優(yōu)勢：指令和數(shù)據(jù)可并行訪問，提高了取指和數(shù)據(jù)操作的效率，適合實時性要求高的嵌入式場景。2.啟動流程：（1）上電后，CPU從固定地址（0x00000000）讀取棧頂指針（SP）的初始值；（2）從0x00000004讀取復(fù)位向量（PC初始值），跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷服務(wù)程序；（3）復(fù)位程序初始化系統(tǒng)時鐘、中斷向量表、全局變量（從Flash復(fù)制到RAM）、堆和棧；（4）調(diào)用用戶代碼中的SystemInit()函數(shù)配置時鐘樹；（5）最終跳轉(zhuǎn)到用戶主函數(shù)main()執(zhí)行。3.仲裁機制：當多個主設(shè)備同時發(fā)起通信時，I2C總線通過比較SDA線上的電平進行仲裁。主設(shè)備在發(fā)送地址或數(shù)據(jù)時會檢測SDA線，若檢測到實際電平與自身發(fā)送的電平不一致（被更高優(yōu)先級設(shè)備拉低），則主動退出仲裁。作用：確保總線上同一時間只有一個主設(shè)備控制總線，避免數(shù)據(jù)沖突，保證通信可靠性。4.采樣保持電路作用：在ADC轉(zhuǎn)換期間保持輸入信號的電平穩(wěn)定，避免因輸入信號變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果錯誤。高速ADC需要該電路的原因：高速信號變化快，若沒有采樣保持，ADC在轉(zhuǎn)換過程中輸入信號可能已改變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果不準確；采樣保持電路可在極短時間內(nèi)采樣信號并保持穩(wěn)定，為ADC提供足夠的轉(zhuǎn)換時間。5.搶占式調(diào)度：高優(yōu)先級任務(wù)可立即搶占低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權(quán)，適用于實時性要求高、需要快速響應(yīng)關(guān)鍵事件的場景（如工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備）。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度：相同優(yōu)先級任務(wù)按固定時間片輪流執(zhí)行，適用于對實時性要求不高、任務(wù)優(yōu)先級相同且需要公平分配CPU時間的場景（如多任務(wù)界面顯示）。五、綜合題1.（1）需配置的寄存器：RCC_APB1ENR：使能TIM3時鐘；RCC_APB2ENR：使能GPIOA時鐘。GPIOA_CRL：配置PA6為復(fù)用推挽輸出（模式11，CNF1:0=10）。TIM3_PSC：設(shè)置預(yù)分頻系數(shù)（如PSC=71，72MHz/(71+1)=1MHz）。TIM3_ARR：設(shè)置自動重裝載值（如ARR=999，頻率=1MHz/(999+1)=1000Hz）。TIM3_CCR1：設(shè)置捕獲/比較寄存器值（占空比=CCR1/(ARR+1)）。TIM3_CCMR1：配置通道1為PWM模式1（OC1M=110）。TIM3_CR1：使能計數(shù)器（CEN=1）。（2）關(guān)鍵代碼（寄存器操作）：```cinclude"stm32f10x.h"voidPWM_Init(void){//使能時鐘RCC>APB2ENR|=1<<2;//GPIOA時鐘RCC>APB1ENR|=1<<1;//TIM3時鐘//配置PA6為復(fù)用推挽輸出（模式11，CNF=10）GPIOA>CRL&=~(0xF<<24);//清除PA6原有配置GPIOA>CRL|=0xB<<24;//CNF=10（復(fù)用推挽），MODE=11（50MHz）//配置TIM3TIM3>PSC=71;//預(yù)分頻72MHz/(71+1)=1MHzTIM3>ARR=999;//自動重裝載值，頻率1000HzTIM3>CCR1=0;//初始占空比0%//配置PWM模式1（通道1）TIM3>CCMR1&=~(0x7<<4);//清除OC1M位TIM3>CCMR1|=0x6<<4;//OC1M=110（PWM模式1）TIM3>CCER|=1<<0;//使能通道1輸出（CC1E=1）TIM3>CR1|=1<<0;//使能計數(shù)器（CEN=1）}intmain(void){PWM_Init();while(1){//亮度漸變邏輯（略，見（3））}}```（3）亮度漸變實現(xiàn)：在主循環(huán)中，通過定時器或軟件延時逐步增加/減少CCR1的值。例如，每50ms將CCR1增加10（直到999），然后減少10（直到0），循環(huán)往復(fù)。需注意避免阻塞，可結(jié)合SysTick中斷實現(xiàn)非阻塞延時。2.（1）硬件連接示意圖：STM32F103：PA1（ADC1_IN1）連接NTC分壓電路（NTC與10kΩ電阻串聯(lián)，接3.3V和GND，PA1接分壓點）；PA9（USART1_TX）接串口轉(zhuǎn)USB模塊的RX；PA10（USART1_RX）接模塊的TX；模塊VCC接3.3V，GND共地。（2）ADC和UART初始化代碼：```cinclude"stm32f10x.h"voidADC_Init(void){RCC>APB2ENR|=1<<2;//GPIOA時鐘RCC>APB2ENR|=1<<9;//ADC1時鐘RCC>CFGR|=1<<14;//ADC時鐘=PCLK2/6（72MHz/6=12MHz）GPIOA>CRL&=~(0xF<<4);//PA1設(shè)為模擬輸入（CNF=11，MODE=00）GPIOA>CRL|=0x3<<4;ADC1>CR2|=1<<2;//使能外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換（可選，此處用軟件觸發(fā)）ADC1>SQR1&=~(0xF<<20);//規(guī)則序列長度1（L=0）ADC1>SQR3=1;//規(guī)則通道1（CH1）ADC1>CR2|=1<<0;//使能ADC1ADC1>CR2|=1<<3;//復(fù)位校準while(ADC1>CR2&(1<<3));//等待復(fù)位完成ADC1>CR2|=1<<2;//啟動校準while(ADC1>CR2&(1<<2));//等待校準完成}u16Get_ADC_Value(void){ADC1>CR2|=1<<22;//軟件觸發(fā)轉(zhuǎn)換while(!(ADC1>SR&(1<<1)));//等待轉(zhuǎn)換完成returnADC1>DR;//讀取轉(zhuǎn)換值}voidUART_Init(u32baud){RCC>APB2ENR|=1<<2;//GPIOA時鐘RCC>APB2ENR|=1<<14;//USART1時鐘//PA9（TX）復(fù)用推挽輸出GPIOA>CRH&=~(0xF<<4);