蓝桥杯青少年创意编程大赛树莓派模拟题四：“绚丽彩灯”

牟晓东

本文以模拟题“绚丽彩灯”为例，进行题目解析。

第四题“绚丽彩灯”（难度系数4，30个计分点）：

每逢节日，可以看到商场各地都挂着绚丽的彩灯，它们通过颜色变换，可以实现各种各样的绚丽效果，现制作一些绚丽的彩灯效果。

硬件准备：

1个按键模块【接入25#引脚】，1个数码管【接入IIC接口】，灯带（60颗灯珠）【接入18#引脚】，杜邦线若干。

编程实现：

（1）程序开始时，数码管只有最后一位显示0，灯带熄灭;

（2）当按键每被按一次时，数码管最后一位显示的数字都在之前的基础上加1，当数码管最后一位显示4时，再按一次，数码管显示1，如此重复1-4的显示;

（3）当数码管显示1的时候，灯带前面30个灯亮红色，后面30个灯亮蓝色;

（4）当数码管显示2的时候，灯带以红色和蓝色交叉显示，最前面为红色;

（5）当数码管显示3的时候，灯带以红色和蓝色交叉显示，每隔0.5秒，红色和蓝色位置交换一次;

（6）当数码管显示4的时候，灯带从中间位置向两边同时每隔0.1秒各点亮一个灯珠，向前点亮灯珠的颜色为红色，向后点亮灯珠的颜色为蓝色;

（7）如此循环。

判断标准：

2分：实现“编程实现”中的（1）;

5分：实现“编程实现”中的（2）;

5分：实现“编程实现”中的（3）;

5分：实现“编程实现”中的（4）;

5分：实现“编程实现”中的（5）;

5分：实现“编程实现”中的（6）;

3分：完全符合题意。

1.审清题意，抓住关键点

“绚丽彩灯”的考点有分支选择结构的嵌套、按键模块的循环计数和灯带的初始化设置及各种效果的实现。此外，还要注意数码管的初始化和显示控制方法。

（1）分支选择结构的最“内层”嵌套是匹配按键模块的1-4按下次数，对应控制数码管最低位（3号）显示该数字，以及灯带的一种显示效果。

（2）按键模块的按下次数最大值为4，必须使用条件语句判断其是否超出范围，当该值大于4时需要使用赋值语句重新将其值改写为1，进行下一次的循环。

（3）灯带的60颗灯珠编号为0-59，每颗灯珠均可独立控制其显示颜色（也可用RGB值来控制）;当数码管分别显示1-4时，对应灯带的四种显示效果中多次提到“前30、后30”、“中间位置”，编程时注意分别使用0-29和30-59来区分前后两大组灯珠。

2.实验器材的安装

按照题目要求，首先将按键模块接入25#引脚;灯带需要接入18#引脚，注意灯带的三根异色引线的标注，通常是红色为+5V（电源正极）、白色为GND、绿色为Din（数字信号输入），对应扩展板18#引脚的VCC、GND和D（数字端）;由于灯带接入18#引脚占用了IIC接口Up列一侧的空间，因此数码管必须要旋转180度，接至IIC接口Down列对角线位置;最后，给树莓派接通电源，启动操作系统（如图1）。

3.编程实现“绚丽彩灯”

（1）进入平台编程环境

登录古德微机器人平台切换至“积木”编程区。

（2）编写“初始化数码管”函数

建立函数“初始化数码管”，先关闭0-3号数码管，再设置亮度为1（对四个数码管均有效）;最后设置3号数码管显示“0”（不显示点），实现题目中（1）对数码管“只有最后一位显示0”的显示要求（如图2）。

（3）编写“初始化灯带”函数

灯带的初始化操作需要先使用“设置GPIO18可控制灯带60个灯并设置亮度为50”语句;然后构建一个循环结构，控制变量i从0增至59（步长为1），依次设置每个灯珠的颜色为黑色，实现题目中（1）对灯带“熄灭”的要求（黑色即“熄灭”）。特别要注意的是，最后必须添加一条“灯带刷新显示”语句，否则之前对灯带的设置控制均是无效的（如图3）。

（4）构建循环结构中的多分支选择嵌套结构

在主程序中分别调用“初始化数码管”和“初始化灯带”函数后，建立变量“数字”并赋值为0，用来存储按键次数（数字1-4）;接着建立“重复当真”的循环结构，进行外层分支选择的判断，条件为是否从25号按键获取到“按下”动作;然后，将变量“数字”进行“自增1”赋值运算，并且通过一个“如果…执行…”语句设置其运算规律（大于4时重新“回归”为1）;通过“设置3号数码管显示‘数字，并显示点‘0”语句，将变量數字的值根据变化（1、2、3、4）均在数码管的最低位上显示输出。

建立“如果…执行…否则如果…执行……”四分支选择结构，准备实现题目中（3）-（6）所要求的灯带四种显示效果：

①当数字为1时，为了实现“前面30个灯亮红色、后面30个灯亮蓝色”（注意二者应该是同步进行的）效果，应该只建立一个循环结构来控制两组灯珠;如果是两个循环结构来分别控制两组灯珠的话，效果就变成了先亮一组30个、再亮另一组30个。控制变量i从初值0自增至终值29（步长为1），前30个灯珠设置为亮红色;后30个灯珠的序号是在前30个的基础上对应“加30”，即“i+30”，设置为亮蓝色。切记：最后一定要添加一条“灯带刷新显示”语句（下同），控制灯带发光。

②当数字为2时，为了实现“以红色和蓝色交叉显示且最前面为红色”效果，同样是只建立一个循环结构，注意变量i的取值范围是从0至59，步长设置为2（实现奇偶数灯珠的“交叉”控制）;排序为奇数的灯珠（编号为i）发光颜色设置为红色，偶数灯珠（编号为“i+1”）发光颜色设置为蓝色。

③当数字为3时，为了实现“以红色和蓝色交叉显示，每隔0.5秒，红色和蓝色位置交换一次”效果，需要建立两个循环结构;相当于重复执行了两次“数字为2时”的操作：先奇数灯珠发红光、偶数灯珠发蓝光，完成后停顿0.5秒，再奇数灯珠发蓝光、偶数灯珠发红光。

④当数字为4时，为了实现“从中间位置向两边同时每隔0.1秒各点亮一个灯珠，向前点亮灯珠的颜色为红色，向后点亮灯珠的颜色为蓝色”效果，同样是使用一个循环结构，注意变量i的取值范围是从29至0（“每隔1”：步长为-1），第一组是从第29个灯珠向前发红光，第二组是从第30个灯珠向后发蓝光——特别要注意该组的编号构建规则算式是“59-i”（如图4）。

（5）其他细节

不管是主程序循环结构的最后，还是各分支选择结构的最后（个别的还有中间位置），都需要考虑是否应该添加等待语句，作用同样是防止循环过多和过快地占用系统资源。

4.运行程序，检测“绚丽彩灯”

在平台编程环境中点击“连接设备”，正常的话再点击“运行”按钮，对照题目进行多次测试，不断按下按键，数码管重复显示1、2、3、4，同时灯带也进行亮红灯和蓝灯等不同效果的对应显示，实现了题目要求。

最后将程序按照要求保存为“04.txt”，下载并上传至考试系统中即可。