STM32 物联网智能家居 (五) 设备子系统之点亮LED灯

一、设计思路

对于LED灯控制，我们可以设想一下LED灯的功能。首先就是灯的开关、亮度、颜色，主要大概就是这三个功能。我们如何将这三个功能抽象出来呢，无论底层的LED设备是什么，都可以用这个结构体抽象出来。

如下面所示，控制LED设备肯定需要初始化函数，控制LED设备亮灭，目前设置LED灯的颜色需要三色灯，目前不支持，控制LED灯的亮灭，可以通过给出不同占空比的PWM波进行控制亮度，目前该项目没有考虑。

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typedef struct LEDDevice {
	int which;

	/* 初始化LED设备, 成功则返回0 */
	int (*Init)(struct LEDDevice *ptLEDDevice);

	/* 控制LED设备, iStatus取值: 1-亮,0-灭 */
	int (*Control)(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iStatus);

	/* 未实现 */
	void (*SetColor)(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iColor);

	/* 未实现 */
	void (*SetBrightness)(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iBrightness);
}LEDDevice, *PLEDDevice;

下面我们把LED设备分为四层，如下图：

二、设备层

在设备层，里面有LED设备的结构体，里面列举了支持的所有的LED设备，支持白、蓝和绿灯，支持LED初始化和LED控制，如下图所示：

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static LEDDevice g_tLEDDevices[] = {
	{LED_WHITE, 0, LEDDeviceInit, LEDDeviceControl},
	{LED_BLUE,  0, LEDDeviceInit, LEDDeviceControl},
	{LED_GREEN, 0, LEDDeviceInit, LEDDeviceControl},
};

下面是设备层的函数：LEDDeviceInit()，LEDDeviceControl()，GetLEDDevice()。

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/**********************************************************************
 * 函数名称： KAL_LEDDeviceInit
 * 功能描述： 设备层的LED初始化函数
 * 输入参数： ptLEDDevice-哪个LED设备
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 0-成功
 ***********************************************************************/
static int LEDDeviceInit(struct LEDDevice *ptLEDDevice)
{
	return KAL_LEDDeviceInit(ptLEDDevice);
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： LEDDeviceControl
 * 功能描述： 设备层的LED控制函数
 * 输入参数： ptLEDDevice-哪个LED设备
 * 输入参数： iStatus, 1-亮, 0-灭
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 0-成功
 ***********************************************************************/
static int LEDDeviceControl(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iStatus)
{
	return KAL_LEDDeviceControl(ptLEDDevice, iStatus);
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： GetLEDDevice
 * 功能描述： 获取LED设备
 * 输入参数： which-哪个LED设备
 *            取值有: LED_WHITE,LED_BLUE或LED_GREEN
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 成功-LEDDevice指针, 失败-NULL
 ***********************************************************************/
PLEDDevice GetLEDDevice(int which)
{
	if (which >= LED_WHITE && which <= LED_GREEN)
		return &g_tLEDDevices[which];
	else
		return NULL;
}

三、内核抽象层

在内核抽象层，我们的程序通过宏定义，可以在编译的时候设置宏来选择适用操作系统，目前分为裸机、FreeRTOS、RT-Thread。

下面是设备层的函数：KAL_OLEDDeviceInit()，OLEDDeviceFlush()，GetLEDDevice()。

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/**********************************************************************
 * 函数名称： KAL_LEDDeviceInit
 * 功能描述： 内核抽象层的LED初始化函数, 内核不一样时请修改此函数
 * 输入参数： ptLEDDevice-哪个LED设备
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 0-成功
 ***********************************************************************/
int KAL_LEDDeviceInit(struct LEDDevice *ptLEDDevice)
{	
	/* 对于裸机 */
    #if defined (CONFIG_NOOS)
		return CAL_LEDDeviceInit(ptLEDDevice);
	/* 对于RT-Thread */
    #elif defined (CONFIG_FREERTOS)
		return FreeRTOS_LEDDeviceInit(ptLEDDevice);
	/* 对于Linux */
    #elif defined (CONFIG_RTTHREAD)
    	return RTThread_LEDDeviceInit(ptLEDDevice);
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： KAL_LEDDeviceControl
 * 功能描述： 内核抽象层的LED控制函数, 内核不一样时请修改此函数
 * 输入参数： ptLEDDevice-哪个LED设备
 * 输入参数： iStatus, 1-亮, 0-灭
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 0-成功
 ***********************************************************************/
int KAL_LEDDeviceControl(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iStatus)
{
	/* 对于裸机 */
    #if defined (CONFIG_NOOS)
		return CAL_LEDDeviceControl(ptLEDDevice, iStatus);
	/* 对于RT-Thread */
    #elif defined (CONFIG_FREERTOS)
		return FreeRTOS_LEDDeviceControl(ptLEDDevice, iStatus);
	/* 对于Linux */
    #elif defined (CONFIG_RTTHREAD)
    	return RTThread_LEDDeviceControl(ptLEDDevice, iStatus);
    
}

四、芯片抽象层

下面是芯片抽象层，这里只展示裸机的程序。

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/**********************************************************************
 * 函数名称： CAL_LEDDeviceInit
 * 功能描述： 芯片抽象层的LED初始化函数, 芯片函数不一样时请修改此函数
 * 输入参数： ptLEDDevice-哪个LED设备
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 0-成功
 ***********************************************************************/
int CAL_LEDDeviceInit(struct LEDDevice *ptLEDDevice)
{	
	/* 对于hal */
	/* 已经在MX_GPIO_Init初始化了引脚 */
	return 0;
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： CAL_LEDDeviceControl
 * 功能描述： 芯片抽象层的LED控制函数, 芯片函数不一样时请修改此函数
 * 输入参数： ptLEDDevice-哪个LED设备
 * 输入参数： iStatus, 1-亮, 0-灭
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 0-成功
 ***********************************************************************/
int CAL_LEDDeviceControl(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iStatus)
{
	/* 对于hal */
	return HAL_LEDDeviceControl(ptLEDDevice, iStatus);
}

五、硬件抽象层

硬件抽象层用switch case函数，根据上层传递过来的LED结构体类型和控制状态，来不断切换LED的亮灭。

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/*
 *  函数名：int HAL_LEDDeviceControl(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iStatus)
 *  输入参数：ptLEDDevice-哪个LED
 *  输入参数：iStatus-LED状态, 1-亮, 0-灭
 *  输出参数：无
 *  返回值：0-成功, -1: 失败
 */
int HAL_LEDDeviceControl(struct LEDDevice *ptLEDDevice, int iStatus)
{
	if (!ptLEDDevice)
		return -1;
	
	switch (ptLEDDevice->which)
	{
		case LED_WHITE: 
		{
		    HAL_GPIO_WritePin(WHITE_GPIO_Port, WHITE_Pin, !iStatus);
			break;
		}

		case LED_BLUE: 
		{
		    HAL_GPIO_WritePin(BLUE_GPIO_Port, BLUE_Pin, !iStatus);
			break;
		}

		case LED_GREEN: 
		{
		    HAL_GPIO_WritePin(GREEN_GPIO_Port, GREEN_Pin, !iStatus);
			break;
		}

		default:
			return -1;
	}

	return 0;
	
}

六、测试代码

下面编写测试代码，让每个LED灯间隔500ms不断的亮灭。

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/**********************************************************************
 * 函数名称： led_test
 * 功能描述： 设备系统LED设备单元测试函数
 * 输入参数： 无
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 ***********************************************************************/
void led_test(void)
{
	PLEDDevice p1 = GetLEDDevice(LED_WHITE);
	PLEDDevice p2 = GetLEDDevice(LED_BLUE);
	PLEDDevice p3 = GetLEDDevice(LED_GREEN);

	p1->Init(p1);
	p2->Init(p2);
	p3->Init(p3);

	while (1)
	{
		p1->Control(p1, 1);
		p2->Control(p2, 1);
		p3->Control(p3, 1);

		KAL_Delay(500);

		p1->Control(p1, 0);
		p2->Control(p2, 0);
		p3->Control(p3, 0);
		
		KAL_Delay(500);
		
	}
}

在main.c函数中调用，led_test()函数：

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int main(void)
{
    HAL_Init();  // 初始化HAL库，设置系统相关的中断和时钟。
    SystemClock_Config();  // 配置系统时钟，使芯片工作在目标频率。
    MX_GPIO_Init();  // 初始化GPIO外设，为输入输出做准备。
    MX_USART1_UART_Init();  // 初始化USART1，用于调试信息输出。
    MX_USART3_UART_Init();  // 初始化USART3，用于串口通信。
    
    ring_buffer_init(&test_buffer); // 初始化环形Buffer缓冲区。
    EnableDebugIRQ();

    printf("Hello World!\r\n");  // 打印调试信息，确认系统启动成功。

    while (1)
    {
        //input_test();  // 进入输入测试循环，处理输入事件。
        led_test();  // 进入LED测试循环
    }
}

六、实操演示

下面将程序下载开发板里面，下面展示效果：

设备子系统之点亮LED视频

七、往期文章

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