CIE 机器人五级实操：答案显示器项目学习笔记

一、项目概述

我们要制作一个基于 ESP32 主控板的答案显示器，利用 8x8 LED 点阵显示 “√”（正确）、“×”（错误），通过按键 A 和按键 B 控制显示内容，还能展示特定的外侧点亮图案，用到 Arduino C/C++ 编程，不用外部库 。

二、硬件准备

• ESP32 主控板：整个装置的 “大脑”，负责运行程序、处理按键信号和控制点阵显示 。
• 2 个按键模块（按键 A、按键 B）：输入设备，用来触发不同显示状态 。
• 8x8 LED 点阵：显示设备，呈现 “√”“×” 以及外侧点亮等图案 。
• 74HC595 移位寄存器：辅助控制点阵显示，处理数据传输，也可用分立器件在面包板搭建等效电路 。

三、程序编写步骤（Arduino 环境）

（一）引脚与变量定义

// 点阵屏控制引脚定义，LPin 是锁存引脚，控制数据是否输出到点阵；CPin 是时钟引脚，配合数据传输；DPin 是数据引脚，传输显示数据
const int LPin = 13, CPin = 14, DPin = 15; 
byte Rowdata, COLdata;  // 存储行、列数据，控制点阵哪一行、哪一列的灯亮灭
// 图案定义（8x8 点阵 ）
// 正确图案（“√” ），每个字节代表一行的点亮情况，通过二进制位控制对应列的 LED 亮灭
byte dui[8] = {0x01, 0x03, 0x06, 0x84, 0xCC, 0x78, 0x38, 0x10}; 
// 错误图案（“×” ），同理，不同字节组合出 “×” 形状
byte cuo[8] = {0x00, 0x42, 0x24, 0x18, 0x18, 0x24, 0x42, 0x00}; 
// 最外侧四边点亮、中间熄灭的图案，让点阵边缘灯亮，中间不亮
byte wai[8] = {0xFF, 0x81, 0x81, 0x81, 0x81, 0x81, 0x81, 0xFF}; 
// 全熄灭图案，让点阵所有灯都不亮
byte ximie[8] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; 
// 按键 A、B 连接的引脚，设置为输入，检测按键是否按下
const int apin = 4, bpin = 25; 

（二）setup 函数（初始化操作）

void setup() {
  // 配置点阵控制引脚为输出模式，让这些引脚能向外发送电信号控制移位寄存器和点阵
  pinMode(LPin, OUTPUT);
  pinMode(CPin, OUTPUT);
  pinMode(DPin, OUTPUT);
  // 初始状态设置，先把锁存引脚置低，让数据能输入到移位寄存器；时钟引脚也置低，准备后续数据传输
  digitalWrite(LPin, LOW);
  digitalWrite(CPin, LOW);
  // 初始化串口通信（波特率 115200 ），方便调试时输出信息，比如查看按键状态、程序运行情况
  Serial.begin(115200); 
  // 配置按键引脚为输入模式，用来检测按键的电平变化（按下时电平会变）
  pinMode(apin, INPUT);
  pinMode(bpin, INPUT);

  // 程序启动后，先显示最外侧四边点亮图案，直到按下按键 A 或 B 
  while (1) {
    displayImages(wai);  // 调用显示函数，展示外侧点亮图案
    // 检测按键 A 或 B 是否按下（按下时引脚电平变低，这里假设按键按下是低电平，要和实际电路一致哦 ）
    if (digitalRead(apin) == LOW || digitalRead(bpin) == LOW) { 
      delay(500);  // 延时消抖，避免按键按下瞬间的抖动误判
      break;  // 按下了就跳出循环，进入工作状态
    }
  }
}

（三）loop 函数（循环检测与控制）

void loop() {
  // 检测按键 A 按下（低电平）、按键 B 没按下（高电平），显示正确图案 “√”
  if (digitalRead(apin) == LOW && digitalRead(bpin) == HIGH) { 
    displayImages(dui);
  } 
  // 检测按键 B 按下、按键 A 没按下，显示错误图案 “×”
  else if (digitalRead(apin) == HIGH && digitalRead(bpin) == LOW) { 
    displayImages(cuo);
  } 
  // 检测按键 A 和 B 都按下，显示外侧点亮图案
  else if (digitalRead(apin) == LOW && digitalRead(bpin) == LOW) { 
    displayImages(wai); 
  } 
  // 按键都没按下，显示全熄灭图案（黑屏）
  else { 
    displayImages(ximie);
  }
}

（四）显示函数 displayImages

// 点阵屏显示函数：逐行输出图案数据，参数 imgs[] 是要显示的图案数据（一行行的字节）
void displayImages(byte imgs[]) { 
  for (int row = 0; row < 8; row++) {  // 遍历 8 行，逐行显示
    // 生成行数据：每次只点亮一行（通过位运算 0b1 << row 实现，比如 row=0 时，就是 00000001，对应第一行点亮 ）
    Rowdata = 0b1 << row; 
    // 列数据：对图案数据取反（根据硬件电路决定是否需要取反，不同电路连接可能有差异，保证亮灭正确就行 ）
    COLdata = ~imgs[row]; 
    matrixDisplay();  // 调用核心显示函数，把行、列数据输出到点阵
    delay(1);  // 短暂延时，让显示稳定，避免闪烁太厉害
  }
}

（五）核心显示函数 matrixDisplay

// 矩阵显示核心函数：通过移位寄存器输出数据，把行和列的数据发送出去，控制点阵点亮
void matrixDisplay() { 
  // 先发送列数据到移位寄存器，MSBFIRST 表示高位先传，按照数据传输协议把列数据送过去
  shiftOut(DPin, CPin, MSBFIRST, COLdata); 
  // 再发送行数据到移位寄存器，确定哪一行要根据列数据亮灯
  shiftOut(DPin, CPin, MSBFIRST, Rowdata); 
  // 锁存引脚置低，将移位寄存器里的数据更新到点阵屏，让对应的 LED 点亮
  digitalWrite(LPin, LOW); 
  // 锁存引脚置高，准备下一次数据传输，这样下次新数据来的时候能正确更新
  digitalWrite(LPin, HIGH); 
}

四、功能实现验证

1. 通电启动：刚给装置通电，点阵会显示最外侧四边亮、中间灭的图案，符合任务要求 (1) 。
2. 进入工作状态：第一次按下按键 A 或者 B 后，点阵会变黑（显示全熄灭图案），进入工作状态，满足任务 (2) 。
3. 单独按 A：工作状态下只按 A，点阵显示 “√”，完成任务 (3) 。
4. 单独按 B：工作状态下只按 B，点阵显示 “×”，达成任务 (4) 。
5. A 和 B 都按：工作状态下同时按 A 和 B，点阵回到最外侧四边亮、中间灭的图案，实现任务 (5) 。

五、文件提交

1. 把写好的程序文件（.ino 等相关文件）放到一个文件夹里 。
2. 将文件夹压缩成 “rar” 或者 “zip” 格式，命名为 “DJKS5_身份证号”（比如你身份证号是 123456789，就叫 DJKS5_123456789 ），确保大小 5M 以下 。
3. 考试时通过 “上传附件” 按钮提交压缩包 。

这样，整个答案显示器项目从硬件准备、程序编写到功能验证和文件提交，就都清楚啦，动手做的时候按照步骤来，多调试就能实现效果哟！