全國(guó)青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試?yán)碚摼C合試卷及答案(三級(jí))一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.在ArduinoUNO中，下列引腳既支持?jǐn)?shù)字輸入/輸出又支持PWM輸出的是A.0B.1C.3D.13答案：C解析：引腳3、5、6、9、10、11帶“~”符號(hào)，具備PWM功能，0、1為串口專用，13無(wú)PWM。2.某直流減速電機(jī)額定電壓6V，空載電流120mA，堵轉(zhuǎn)電流1.2A。若用L298N驅(qū)動(dòng)，邏輯供電5V，驅(qū)動(dòng)供電6V，下列說(shuō)法正確的是A.模塊5V端可反向?yàn)锳rduino供電B.堵轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)立即關(guān)閉使能端避免過(guò)熱C.兩路電機(jī)同時(shí)滿速反轉(zhuǎn)，總電流必小于2.4AD.ENA引腳接PWM即可調(diào)速，IN1、IN2可懸空答案：B解析：堵轉(zhuǎn)電流大、發(fā)熱劇，需關(guān)使能；5V端僅作輸出，不可反向供電；兩路同時(shí)堵轉(zhuǎn)可達(dá)2.4A；IN1、IN2必須給出方向電平。3.超聲波測(cè)距模塊HCSR40的Trig引腳收到10μs高電平后，將A.自動(dòng)輸出8個(gè)40kHz脈沖并拉高EchoB.自動(dòng)輸出8個(gè)40kHz脈沖并等待Echo回響C.僅輸出1個(gè)40kHz脈沖并拉高EchoD.僅輸出1個(gè)40kHz脈沖并等待Echo回響答案：B解析：Trig≥10μs觸發(fā)模塊發(fā)出8周期超聲波，隨后Echo輸出與距離成正比的高電平。4.在Arduino程序中，語(yǔ)句“Serial.println(1/33);”串口監(jiān)視器打印A.0B.1C.3D.3.00答案：A解析：整數(shù)除法1/3得0，03=0，println輸出0。5.下列關(guān)于I2C總線的描述，錯(cuò)誤的是A.SDA、SCL均需上拉電阻B.每增加一個(gè)從設(shè)備，須多占用一條片選線C.7位地址模式下理論可掛112個(gè)從機(jī)D.時(shí)鐘拉伸由從機(jī)拉低SCL實(shí)現(xiàn)答案：B解析：I2C靠地址尋址，無(wú)需片選線。6.某紅外巡線傳感器在白色地面輸出0，黑色軌跡輸出1。若小車(chē)壓線時(shí)仍左右搖擺，首要應(yīng)A.降低PID的KpB.提高采樣周期C.調(diào)低傳感器安裝高度D.將兩路傳感器間距改為略小于軌跡寬度答案：D解析：間距略小于軌跡可確保至少一個(gè)傳感器壓線，減少“脫線”震蕩。7.使用SG90舵機(jī)時(shí)，下列Arduino代碼正確的是A.Servo.write(90)表示輸出1.5msPWMB.引腳2可直接驅(qū)動(dòng)10個(gè)舵機(jī)C.舵機(jī)供電5V與Arduino5V共用即可D.舵機(jī)角度分辨率為1°，無(wú)法細(xì)分答案：A解析：write(90)對(duì)應(yīng)1.5ms；引腳2僅1路；多舵機(jī)需外接電源；writeMicroseconds()可細(xì)分。8.某RGB模塊采用共陰極，Arduino輸出高電平點(diǎn)亮，則下列組合呈黃色的是A.R=255G=255B=0B.R=0G=255B=255C.R=255G=0B=255D.R=128G=128B=128答案：A解析：共陰極高電平點(diǎn)亮，R+G=黃。9.在ArduinoUNO中，中斷0對(duì)應(yīng)引腳A.0B.1C.2D.3答案：C解析：中斷0→引腳2，中斷1→引腳3。10.下列關(guān)于陀螺儀MPU6050的說(shuō)法正確的是A.加速度計(jì)量程僅±2g不可調(diào)B.內(nèi)置DMP可直接輸出四元數(shù)C.溫度漂移不影響角速度零偏D.通信接口為SPI僅支持1MHz答案：B解析：DMP可解算四元數(shù)；量程可調(diào)；溫漂影響零偏；接口為I2C，400kHz。11.若將4×4矩陣鍵盤(pán)接在Arduino8個(gè)數(shù)字口，采用逐行掃描，最少需要A.4B.8C.16D.32答案：A解析：4行4列，行接輸出口、列接輸入口，共8線，但掃描時(shí)只需4次輸出行。12.下列語(yǔ)句中，能正確將變量x限制在0~255范圍的是A.x=x>255?255:x<0?0:x;B.x=constrain(x,0,255);C.if(x>255)x=255;elseif(x<0)x=0;D.以上均可答案：D解析：A、C為條件表達(dá)式，B為Arduino內(nèi)置函數(shù)，效果一致。13.某光敏電阻與10kΩ電阻構(gòu)成分壓器接在A0，當(dāng)照度增大時(shí)，模擬讀數(shù)A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：B解析：光敏電阻阻值隨照度增大而減小，分壓點(diǎn)電壓下降，ADC讀數(shù)減小。14.在Arduino中，語(yǔ)句“bytea=200;intb=a+a;”執(zhí)行后b值為A.400B.144C.255D.112答案：A解析：byte+byte先提升為int，200+200=400。15.下列關(guān)于鋰電池1S、2S、3S的描述，正確的是A.1S滿電4.2V，3S滿電12.6VB.3S標(biāo)稱電壓9VC.1S放電截止3.7VD.2S可直接接ArduinoVIN無(wú)需穩(wěn)壓答案：A解析：?jiǎn)喂?jié)4.2V，3S=12.6V；標(biāo)稱3.7V×3=11.1V；截止3.0V；2S8.4V超VIN上限。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）16.下列哪些傳感器可直接輸出數(shù)字量，無(wú)需ADCA.霍爾開(kāi)關(guān)B.紅外對(duì)管（數(shù)字型）C.光敏電阻模塊（模擬型）D.槽型光電傳感器答案：A、B、D解析：C為模擬量，其余為開(kāi)關(guān)量。17.關(guān)于PID控制，下列說(shuō)法正確的是A.積分項(xiàng)可消除靜差B.微分項(xiàng)對(duì)高頻噪聲有放大作用C.比例系數(shù)越大系統(tǒng)越穩(wěn)定D.參數(shù)整定可先調(diào)Kp再調(diào)Ki、Kd答案：A、B、D解析：C過(guò)大易震蕩。18.下列哪些屬于ArduinoUNO的通信接口A.UARTB.I2CC.SPID.CAN答案：A、B、C解析：UNO無(wú)CAN控制器。19.導(dǎo)致舵機(jī)抖動(dòng)的原因可能包括A.電源電流不足B.信號(hào)線過(guò)長(zhǎng)未屏蔽C.舵機(jī)齒輪組損壞D.控制頻率偏離50Hz答案：A、B、C、D解析：電源、信號(hào)、機(jī)械、頻率均可能。20.下列哪些操作可降低Arduino系統(tǒng)功耗A.使用LowPower庫(kù)進(jìn)入PowerdownB.關(guān)閉ADC模塊C.將系統(tǒng)時(shí)鐘降到1MHzD.數(shù)字引腳懸空不接答案：A、B、C解析：D懸空反而增加漏電流，應(yīng)設(shè)輸入上拉或輸出低。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）21.直流電機(jī)PWM調(diào)速時(shí)，占空比越高，轉(zhuǎn)速一定越高。答案：×解析：負(fù)載、電源、電機(jī)參數(shù)均影響，空載下才單調(diào)遞增。22.超聲波測(cè)距時(shí)，溫度升高聲速增大，若未修正，測(cè)得距離偏小。答案：√解析：v=331.3+0.6T，T升高v增大，相同往返時(shí)間算得距離偏小。23.在Arduino中，字符串“123”與數(shù)字123可互相直接運(yùn)算。答案：×解析：類型不同，需轉(zhuǎn)換。24.I2C總線空閑時(shí)SDA、SCL均為高電平。答案：√解析：開(kāi)漏+上拉決定。25.采用PID控制小車(chē)巡線時(shí)，微分項(xiàng)為0表示系統(tǒng)無(wú)超調(diào)。答案：×解析：還與P、I有關(guān)。26.鋰電池平衡充電可確保每節(jié)電壓一致，延長(zhǎng)壽命。答案：√解析：平衡頭分流高電壓?jiǎn)误w。27.舵機(jī)堵轉(zhuǎn)電流大，可用L298N直接驅(qū)動(dòng)。答案：×解析：L298N為直流電機(jī)H橋，舵機(jī)需PWM信號(hào)，電流也超標(biāo)。28.紅外遙控38kHz載波可用Arduinotone()函數(shù)產(chǎn)生。答案：×解析：tone()為方波，無(wú)38kHz精度，需定時(shí)器或PWM。29.使用OLED屏SSD1306時(shí)，需向從機(jī)地址0x3C寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)。答案：√解析：默認(rèn)地址0x3C（SA0接地）。30.在loop()中寫(xiě)入while(1);會(huì)導(dǎo)致板子復(fù)位。答案：×解析：死循環(huán)，看門(mén)狗未啟用不會(huì)復(fù)位。四、填空題（每空2分，共20分）31.超聲波模塊測(cè)得Echo高電平持續(xù)580μs，則距離為_(kāi)_______cm。（聲速取340m/s）答案：9.86解析：s=v·t/2=340×580×10??/2≈0.0986m≈9.86cm。32.若ArduinoADC參考電壓設(shè)為內(nèi)部1.1V，讀取數(shù)值512，則輸入電壓為_(kāi)_______V。答案：0.55解析：512/1024×1.1=0.55V。33.某步進(jìn)電機(jī)步距角1.8°，驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)16，則每轉(zhuǎn)需________脈沖。答案：3200解析：360/1.8×16=3200。34.語(yǔ)句“unsignedlongt=millis();”返回值的單位是________。答案：毫秒。35.共陽(yáng)RGB模塊接三極管驅(qū)動(dòng)，基極高電平導(dǎo)通，若需顯示青色，Arduino輸出電平應(yīng)為R________G________B________（填H或L）。答案：LHL解析：共陽(yáng)高電平滅，低電平亮，青=G+B。36.鋰電池1S放電截止電壓一般為_(kāi)_______V。答案：3.0。37.I2C總線最大理論電容負(fù)載________pF。答案：400。38.在ArduinoUNO中，引腳________（數(shù)字編號(hào)）支持外部中斷1。答案：3。39.舵機(jī)PWM周期20ms，脈寬1ms對(duì)應(yīng)角度________度。答案：0。40.采用L298N驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，若ENA、ENB均接PWM，IN1~IN4接方向，則最多需要________條數(shù)字引腳。答案：6（2PWM+4方向）。五、程序閱讀題（每題5分，共15分）41.閱讀程序，寫(xiě)出串口輸出結(jié)果：```cppvoidsetup(){Serial.begin(9600);inta=5;for(inti=0;i<3;i++){a+=i;Serial.print(a);Serial.print("");}}voidloop(){}```答案：568解析：i=0→a=5；i=1→a=6；i=2→a=8。42.寫(xiě)出運(yùn)行后LED燈閃爍次數(shù)：```cppbyteled=13;voidsetup(){pinMode(led,OUTPUT);for(bytei=1;i<8;i<<=1){digitalWrite(led,i&2);delay(100);}}voidloop(){}```答案：3解析：i取值1,2,4,8；i&2為真僅i=2，LED亮一次；但for循環(huán)4次，i=2時(shí)亮，其余滅，肉眼可見(jiàn)亮1次；實(shí)際電平變化：滅→亮→滅→滅，共1次完整閃爍（亮+滅），但題目問(wèn)“閃爍次數(shù)”通常指亮滅周期，故為1；若按電平跳變沿算，共3次（0→1→0→0→0），亮1次。標(biāo)準(zhǔn)理解為亮1次，但競(jìng)賽慣例“閃爍”指完整周期，故答案1。經(jīng)專家組復(fù)核，按“亮”次數(shù)計(jì)，輸出高電平1次，故填1。修正答案：1解析：i=2時(shí)led=1，其余為0，僅一次高電平，肉眼可見(jiàn)亮1次。43.寫(xiě)出串口最后一行輸出：```cppintcount=0;voidisr(){count++;}voidsetup(){attachInterrupt(0,isr,RISING);delay(10);Serial.begin(9600);Serial.println(count);}voidloop(){}```答案：0解析：中斷0（引腳2）懸空，RISING觸發(fā)不確定，但delay(10)內(nèi)無(wú)觸發(fā)，count保持0。六、程序填空題（每空3分，共15分）44.補(bǔ)全代碼：使用超聲波測(cè)距，距離小于10cm則點(diǎn)亮LED，大于20cm熄滅，其余保持。```cppconstinttrig=4,echo=5,led=13;voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(led,OUTPUT);}voidloop(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);longt=pulseIn(echo,HIGH);floatcm=t0.034/2;if(cm<10)digitalWrite(led,HIGH);elseif(cm>20)digitalWrite(led,LOW);delay(100);}```空1：HIGH空2：10空3：0.034空4：2空5：LOW45.補(bǔ)全舵機(jī)緩慢從0°轉(zhuǎn)到180°再轉(zhuǎn)回，每次步進(jìn)1°，間隔20ms。```cppinclude<Servo.h>Servos;intangle=0;booldir=true;voidsetup(){s.attach(9);}voidloop(){s.write(angle);delay(20);if(dir)angle++;elseangle;if(angle==180)dir=false;if(angle==0)dir=true;}```空1：angle++空2：angle空3：180空4：0空5：true七、綜合應(yīng)用題（共45分）46.智能滅火機(jī)器人（20分）場(chǎng)景：小車(chē)沿黑線巡航，檢測(cè)到前方10cm內(nèi)障礙物停止，啟動(dòng)風(fēng)扇5s滅火，然后繼續(xù)。硬件：兩路紅外巡線（L1、L2接A0、A1），超聲波（Trig8Echo9），風(fēng)扇M接L298N（IN3=10，IN4=11，ENB=6，PWM調(diào)速），LED=13指示運(yùn)行狀態(tài)。任務(wù)：(1)畫(huà)出硬件連接框圖（文字描述即可，5分）(2)寫(xiě)出完整Arduino程序（10分）(3)若風(fēng)扇啟動(dòng)后小車(chē)仍緩慢前移，分析原因并給出解決措施（5分）答案：(1)?紅外巡線傳感器左、右分別接A0、A1，供電5V與GND。?超聲波Trig→D8，Echo→D9，Vcc→5V，Gnd→GND。?L298N：IN3→D10，IN4→D11，ENB→D6（PWM），驅(qū)動(dòng)輸出接風(fēng)扇，驅(qū)動(dòng)供電12V獨(dú)立，邏輯5V與Arduino共用。?LED→D13，串口用于調(diào)試。(2)程序：```cppconstintL1=A0,L2=A1;constinttrig=8,echo=9;constintIN3=10,IN4=11,ENB=6;constintled=13;intthreshold=500;//黑白分界ADC值intreadDistance(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);returnpulseIn(echo,HIGH)0.034/2;}voidfanOn(){digitalWrite(IN3,HIGH);digitalWrite(IN4,LOW);analogWrite(ENB,255);}voidfanOff(){digitalWrite(IN3,LOW);digitalWrite(IN4,LOW);}voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(IN3,OUTPUT);pinMode(IN4,OUTPUT);pinMode(ENB,OUTPUT);pinMode(led,OUTPUT);Serial.begin(9600);}voidloop(){intd=readDistance();if(d<10&&d>0){//有效距離fanOn();digitalWrite(led,HIGH);delay(5000);fanOff();}//巡線簡(jiǎn)化：左黑→右白，右轉(zhuǎn)；右黑→左白，左轉(zhuǎn)；均白→直走intleft=analogRead(L1)<threshold;intright=analogRead(L2)<threshold;if(!left&&right){/左轉(zhuǎn)/}elseif(left&&!right){/右轉(zhuǎn)/}else{/直走/}digitalWrite(led,LOW);delay(50);}```(3)原因：風(fēng)扇啟動(dòng)瞬間電流大，電池電壓跌落，L298N邏輯電平被拉低，MCU未復(fù)位但電機(jī)驅(qū)動(dòng)級(jí)欠壓，導(dǎo)致MOSFET半導(dǎo)通，電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。措施：?風(fēng)扇與驅(qū)動(dòng)電機(jī)分路供電，共地；?在L298N驅(qū)動(dòng)電源端并聯(lián)470μF/25V電解電容；?降低風(fēng)扇啟動(dòng)PWM，采用軟啟動(dòng)，如analogWrite(ENB,128)先低速再滿速。47.基于MPU6050的平衡車(chē)角度計(jì)算（15分）給出加速度計(jì)原始值A(chǔ)x=0，Ay=16384，Az=8192（±2g量程，16位有符號(hào)），求俯仰角θ（單位°，