第05章按键控制显示

约 2919 字大约 10 分钟

2026-01-26

5.1 公共层

5.1.1 调试模块

代码

从定位器项目中移植即可！

App_Debug.h

#ifndef __COM_DEBUG_H__
#define __COM_DEBUG_H__

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "usart.h"

// 定义开启调试模式
#define DEBUG_MODE 1

#if DEBUG_MODE == 1

#define PRE_FILENAME (strrchr(__FILE__, '/') ? (strrchr(__FILE__, '/') + 1) : __FILE__)
#define FILENAME (strrchr(PRE_FILENAME, '\\') ? (strrchr(PRE_FILENAME, '\\') + 1) : PRE_FILENAME)
#define DEBUG_PRINTF(fmt, ...) printf("[%s:%d]" fmt, FILENAME, __LINE__, ##__VA_ARGS__)
#define DEBUG_PRINTLN(fmt, ...) printf("[%s:%d]" fmt "\n", FILENAME, __LINE__, ##__VA_ARGS__)

#else

#define DEBUG_PRINTF(fmt, ...)
#define DEBUG_PRINTLN(fmt, ...)

#endif

#endif /* __COM_DEBUG_H__ */

App_Debug.c

#include "Com_Debug.h"

// 重定义 fputc
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}

5.1.2 全局模块

代码

Com_Global.h

#ifndef __COM_GLOBAL_H__
#define __COM_GLOBAL_H__

#include <stdint.h>
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

// 宏定义：最大的目标角度
#define MAX_TARGET_ANGLE 7200.0f
// 宏定义：最小的目标角度
#define MIN_TARGET_ANGLE -7200.0f
// 宏定义：每次角度变化的步长
#define ANGLE_STEP 20.0f

// 宏定义：最大的目标速度
#define MAX_TARGET_SPEED 200.0f
// 宏定义：最小的目标速度
#define MIN_TARGET_SPEED 0.0f
// 宏定义：每次速度变化的步长
#define SPEED_STEP 10.0f

// 宏定义：Modbus ID 最大值
#define MAX_MODBUS_ID 247
// 宏定义：Modbus ID 最小值
#define MIN_MODBUS_ID 1
// 宏定义：默认的 Modbus ID
#define DEFAULT_MODBUS_ID 1



// 宏定义：最大的页码
#define MAX_PAGE 2


// 声明全局变量
extern float g_target_angle;
extern float g_current_angle;
extern float g_target_speed;
extern float g_current_speed;
extern uint8_t g_modbus_id;
extern uint8_t g_current_page;

// 全局声明ModbusID管理任务的句柄
extern TaskHandle_t modubsid_task_handle;

#endif /* __COM_GLOBAL_H__ */

Com_Global.c

#include "Com_Global.h"

// 定义全局变量: 目标角度
float g_target_angle = 360.0f;
// 定义全局变量: 当前角度
float g_current_angle = 0.0f;

// 定义全局变量：目标速度，转速单位使用 转/分, RPM
float g_target_speed = 0.0f;
// 定义全局变量：当前速度，转速单位使用 转/分, RPM
float g_current_speed = 0.0f;

// 定义全局变量：Modbus ID （1~247）
uint8_t g_modbus_id = DEFAULT_MODBUS_ID;

// 定义全局变量：当前显示的页码(0~2)
uint8_t g_current_page = 0;

5.2 硬件结构层

5.2.1 OLED 模块

① 原理图

② CubeMX 设置

设置 I2C2：

③ 代码

下载 OLED驱动代码，放入硬件结构层目录中，里面包括 Int_OLED.h、Int_OLED.c、Int_font.h 三个文件。

5.2.2 按键模块

① 原理图

② CubeMX 设置

设置4个按键对应的引脚为上拉输入模式:

③ 代码

Int_key.h

#ifndef __INT_KEY_H__
#define __INT_KEY_H__

#include "gpio.h"

/**
 * @brief 检测按键否被触发
 * 
 * @return uint8_t 0 表示没有按键被按下；1表示SW1被按下；2表示SW2被按下；3表示SW3被按下；4表示SW4被按下
 */
uint8_t Int_Key_IsDetect(void);

#endif /* __INT_KEY_H__ */

Int_Key.c

#include "Int_Key.h"

/**
 * @brief 检测按键否被触发
 *
 * @return uint8_t 0 表示没有按键被按下；1表示SW1被按下；2表示SW2被按下；3表示SW3被按下；4表示SW4被按下
 */
uint8_t Int_Key_IsDetect(void)
{
    // 检测SW1是否被按下，对应的引脚是低电平
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW1_GPIO_Port, KEY_SW1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 延时用于消抖
        HAL_Delay(10);
        // 再次检测SW1对应的引脚是否还是低电平
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW1_GPIO_Port, KEY_SW1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            // 等待按键抬起，如果SW1引脚是低电平就一直循环，直到引脚获取到高电平
            while (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW1_GPIO_Port, KEY_SW1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
                ;
            return 1;
        }
    }

    // 检测SW2是否被按下，对应的引脚是低电平
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW2_GPIO_Port, KEY_SW2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 延时用于消抖
        HAL_Delay(10);
        // 再次检测SW2对应的引脚是否还是低电平
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW2_GPIO_Port, KEY_SW2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            // 等待按键抬起，如果SW2引脚是低电平就一直循环，直到引脚获取到高电平
            while (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW2_GPIO_Port, KEY_SW2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
                ;
            return 2;
        }
    }

    // 检测SW3是否被按下，对应的引脚是低电平
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW3_GPIO_Port, KEY_SW3_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 延时用于消抖
        HAL_Delay(10);
        // 再次检测SW3对应的引脚是否还是低电平
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW3_GPIO_Port, KEY_SW3_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            // 等待按键抬起，如果SW3引脚是低电平就一直循环，直到引脚获取到高电平
            while (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW3_GPIO_Port, KEY_SW3_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
                ;
            return 3;
        }
    }

    // 检测SW4是否被按下，对应的引脚是低电平
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW4_GPIO_Port, KEY_SW4_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 延时用于消抖
        HAL_Delay(10);
        // 再次检测SW4对应的引脚是否还是低电平
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW4_GPIO_Port, KEY_SW4_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            // 等待按键抬起，如果SW4引脚是低电平就一直循环，直到引脚获取到高电平
            while (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_SW4_GPIO_Port, KEY_SW4_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
                ;
            return 4;
        }
    }

    return 0;
}

5.2.3 EEPROM 模块

① M24C02 介绍

② 原理图

③ CubeMX 设置

与 OLED 共同使用 I2C2:

④ 代码

从过去相关案例中复制，或者直接下载 EEPROM驱动代码，放入硬件结构层目录中，里面包括 Int_EEPROM.h、Int_EEPROM.c 两个文件。

5.3 应用层

5.3.1 显示应用

① 需求描述

第 1 页 (g_current_page 为 0) 显示效果：

 尚硅谷电机项目
Tar Agl:     0.0
Cur Agl:	 0.0

第 2 页 (g_current_page 为 1) 显示效果：

 尚硅谷电机项目
Tar Spd:     0.0
Cur Spd:	 0.0

第 3 页 (g_current_page 为 2) 显示效果：

 尚硅谷电机项目

Modbus ID:	   1

② 代码

App_Display.h

#ifndef __APP_DISPLAY_H__
#define __APP_DISPLAY_H__

#include <stdio.h>
#include "Com_Global.h"
#include "Int_OLED.h"

/**
 * @brief 初始化显示模块
 * 
 */
void App_Display_Init(void);

/**
 * @brief 更新显示,需要被轮询调用
 * 
 */
void App_Display_Update(void);


#endif /* __APP_DISPLAY_H__ */

App_Display.c

#include "App_Display.h"

// 定义字符串作为第二行显示的内容
uint8_t second_line[17] = {0};
// 定义字符串作为第三行显示的内容
uint8_t third_line[17] = {0};

// 静态函数：显示目标角度和当前角度
static void App_Display_ShowAngle(void)
{
    // 显示第二行：目标角度
    sprintf((char *)second_line, "Tar Agl:%8.1f", g_target_angle);
    Int_OLED_ShowString(0, 16, second_line, 16, 1);

    // 显示第三行：当前角度
    sprintf((char *)third_line, "Cur Agl:%8.1f", g_current_angle);
    Int_OLED_ShowString(0, 32, third_line, 16, 1);
}

// 静态函数：显示目标速度和当前速度
static void App_Display_ShowSpeed(void)
{
    // 显示第二行：目标速度
    sprintf((char *)second_line, "Tar Spd:%8.1f", g_target_speed);
    Int_OLED_ShowString(0, 16, second_line, 16, 1);

    // 显示第三行：当前速度
    sprintf((char *)third_line, "Cur Spd:%8.1f", g_current_speed);
    Int_OLED_ShowString(0, 32, third_line, 16, 1);
}

// 静态函数：显示Modbus ID
static void App_Display_ShowModbusID(void)
{
    // 显示第二行：全部是空格
    memset(second_line, ' ', 16);
    second_line[16] = '\0';
    Int_OLED_ShowString(0, 16, second_line, 16, 1);

    // 显示第三行：Modbus ID
    sprintf((char *)third_line, "Modbus ID:%6d", g_modbus_id);
    Int_OLED_ShowString(0, 32, third_line, 16, 1);
}


/**
 * @brief 初始化显示模块
 *
 */
void App_Display_Init(void)
{

    // 初始化OLED显示屏
    Int_OLED_Init();
    // 显示中文的项目标题, 标题前空半格
    for (uint8_t i = 0; i < 7; i++)
    {
        Int_OLED_ShowChinese(i * 16 + 8, 0, i, 16, 1);
    }
    // // 刷新显示（向现实模块发送数据）
    // Int_OLED_Refresh();
}

/**
 * @brief 更新显示,需要被轮询调用
 *
 */
void App_Display_Update(void)
{
    // 根据页码显示内容
    switch (g_current_page)
    {
    case 0:
        // 显示第一页内容：目标角度和当前角度
        App_Display_ShowAngle();
        break;
    case 1:
        // 显示第二页内容：目标速度和当前速度
        App_Display_ShowSpeed();
        break;
    case 2:
        // 显示第三页内容：Modbus ID
        App_Display_ShowModbusID();
        break;
    default:
        break;
    }

    // 刷新显示（向现实模块发送数据）
    Int_OLED_Refresh();

}

5.3.2 按键控制应用

① 需求描述

按键	KEY_SW1	KEY_SW2	KEY_SW3	KEY_SW4
第一页角度	目标角度+20	目标角度-20	电机启动	翻译
第二页速度	目标转速+10	目标转速-10	电机启动	翻页
第三页 Modbus ID	ModbusID + 1	Modbus ID -1	电机启动	翻页

② 代码

App_KeyControl.h

#ifndef __APP_KEYCONTROL_H__
#define __APP_KEYCONTROL_H__

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

#include "Com_Global.h"
#include "Com_Debug.h"
#include "Int_Key.h"
#include "Int_Motor.h"

/**
 * @brief 按键控制，需要被轮询调用
 * 
 */
void App_KeyControl_Run(void);

#endif /* __APP_KEYCONTROL_H__ */

App_KeyControl.c

#include "App_KeyControl.h"

/**
 * @brief 按键控制，需要被轮询调用
 * 
 */
void App_KeyControl_Run(void)
{
    // 检测按键
    switch (Int_Key_IsDetect())
    {
    case 1:
        // 检测到SW1，加操作
        DEBUG_PRINTLN("SW1 pressed");
        // 如果是第0页，目标角度增加
        if (g_current_page == 0)
        {
            g_target_angle += 20.0f;
            if (g_target_angle > MAX_TARGET_ANGLE)
            {
                g_target_angle = MAX_TARGET_ANGLE;
            }
        }
        // 如果是第1页，目标速度增加
        else if (g_current_page == 1)
        {
            g_target_speed += 10.0f;
            if (g_target_speed > MAX_TARGET_SPEED)
            {
                g_target_speed = MAX_TARGET_SPEED;
            }
        }
        // 如果是第2页，Modbus ID 增加
        else if (g_current_page == 2)
        {
            g_modbus_id++;
            if (g_modbus_id > MAX_MODBUS_ID)
            {
                g_modbus_id = MAX_MODBUS_ID;
            }
            // 向ModbusID管理任务发送通知
            xTaskNotifyGive(modubsid_task_handle);
        }
        break;

    case 2:
        // 检测到SW2，减操作
        DEBUG_PRINTLN("SW2 pressed");
        // 如果是第0页，目标角度减少
        if (g_current_page == 0)
        {
            g_target_angle -= 20.0f;
            if (g_target_angle < MIN_TARGET_ANGLE)
            {
                g_target_angle = MIN_TARGET_ANGLE;
            }
        }
        // 如果是第1页，目标速度减少
        else if (g_current_page == 1)
        {
            g_target_speed -= 10.0f;
            if (g_target_speed < MIN_TARGET_SPEED)
            {
                g_target_speed = MIN_TARGET_SPEED;
            }
        }
        // 如果是第2页，Modbus ID 减少
        else if (g_current_page == 2)
        {
            g_modbus_id--;
            if (g_modbus_id < MIN_MODBUS_ID)
            {
                g_modbus_id = MIN_MODBUS_ID;
            }
            // 向ModbusID管理任务发送通知
            xTaskNotifyGive(modubsid_task_handle);
        }

        break;

    case 3:
        // 检测到SW3，启动操作
        DEBUG_PRINTLN("SW3 pressed");
        break;

    case 4:
        // 检测到SW4，换页操作
        DEBUG_PRINTLN("SW4 pressed");
        g_current_page++;
        if (g_current_page > MAX_PAGE)
        {
            g_current_page = 0;
        }
        break;

    default:
        break;
    }
}

5.3.3 Modbus应用

① 需求分析

1. 修改 Modbus ID 后，存入EEPROM中
2. 上电后先获取 EEPROM 中的 Modbus ID，赋值给全局变量 g_modbus_id

② 代码

App_Modbus.h

#ifndef __APP_MODUBS_H__
#define __APP_MODUBS_H__

#include "Com_Debug.h"
#include "Com_Global.h"
#include "Int_EEPROM.h"

// 宏定义：Modubs ID的存储地址
#define MODUBS_ID_EEPROM_ADDR 0x00

/**
 * @brief 设置Modubs ID
 * 
 */
void App_Modubs_SetID(void);

/**
 * @brief 获取Modubs ID
 * 
 */
void App_Modubs_GetID(void);

#endif /* __APP_MODUBS_H__ */

App_Modubs.c

#include "App_Modubs.h"

/**
 * @brief 设置Modubs ID
 * 
 */
void App_Modubs_SetID(void)
{
    // 将 Modbus ID 写入EEPROM
    Int_EEPROM_WriteData(MODUBS_ID_EEPROM_ADDR, &g_modbus_id, 1);
}

/**
 * @brief 获取Modubs ID
 * 
 */
void App_Modubs_GetID(void)
{
    // 从 EEPROM 中读取 Modbus ID
    Int_EEPROM_ReadData(MODUBS_ID_EEPROM_ADDR, &g_modbus_id, 1);
    // 检查 Modbus ID 是否有效
    if (g_modbus_id < MIN_MODBUS_ID || g_modbus_id > MAX_MODBUS_ID)
    {
        // 如果 ID 无效，设置为默认值
        g_modbus_id = DEFAULT_MODBUS_ID;
    }
}

5.3.4 任务控制应用

代码

App_Task.h

#ifndef __APP_TASK_H__
#define __APP_TASK_H__

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

#include "Com_Debug.h"

#include "App_Display.h"
#include "App_KeyControl.h"
#include "App_Modubs.h"

/**
 * @brief 启动 FreeRTOS 任务管理
 * 
 */
void App_Task_Start(void);

#endif /* __APP_TASK_H__ */

App_Task.c

#include "App_Task.h"

// 显示任务 ------------------------------------
// 显示任务函数的原型
void disaply_task_callback(void *pvParameters);
// 显示任务名称
#define DISPLAY_TASK_NAME "display_task"
// 显示任务堆栈大小
#define DISPLAY_TASK_STACK_SIZE 512
// 显示任务的优先级
#define DISPLAY_TASK_PRIORITY 1
// 任务1的句柄
TaskHandle_t display_task_handle;

// 按键控制任务 ------------------------------------
// 按键控制任务函数的原型
void keycontrol_task_callback(void *pvParameters);
// 按键控制任务名称
#define KEYCONTROL_TASK_NAME "keycontrol_task"
// 按键控制任务堆栈大小
#define KEYCONTROL_TASK_STACK_SIZE 512
// 按键控制任务的优先级
#define KEYCONTROL_TASK_PRIORITY 2
// 任务2的句柄
TaskHandle_t keycontrol_task_handle;

// ModbusID管理任务 ------------------------------------
// ModbusID管理任务函数的原型
void modubsid_task_callback(void *pvParameters);
// ModbusID管理任务名称
#define MODUBSID_TASK_NAME "modubsid_task"
// ModbusID管理任务堆栈大小
#define MODUBSID_TASK_STACK_SIZE 512
// ModbusID管理任务的优先级
#define MODUBSID_TASK_PRIORITY 3
// 任务3的句柄
TaskHandle_t modubsid_task_handle;


/**
 * @brief 启动 FreeRTOS 任务管理
 *
 */
void App_Task_Start(void)
{
    // 进入临界区
    taskENTER_CRITICAL();

    // 创建显示任务
    xTaskCreate(disaply_task_callback, DISPLAY_TASK_NAME, DISPLAY_TASK_STACK_SIZE, NULL, DISPLAY_TASK_PRIORITY, &display_task_handle) == pdPASS ? printf("显示任务创建成功! \n") : printf("显示任务穿件失败! \n");
    // 创建按键控制任务
    xTaskCreate(keycontrol_task_callback, KEYCONTROL_TASK_NAME, KEYCONTROL_TASK_STACK_SIZE, NULL, KEYCONTROL_TASK_PRIORITY, &keycontrol_task_handle) == pdPASS ? printf("按键控制任务创建成功! \n") : printf("按键控制任务穿件失败! \n");
    // 创建ModbusID管理任务
    xTaskCreate(modubsid_task_callback, MODUBSID_TASK_NAME, MODUBSID_TASK_STACK_SIZE, NULL, MODUBSID_TASK_PRIORITY, &modubsid_task_handle) == pdPASS ? printf("ModbusID管理任务创建成功! \n") : printf("ModbusID管理任务穿件失败! \n");

    taskEXIT_CRITICAL();

    // 启动任务调度器 （ vTaskStartScheduler() 后面的代码不会被执行）
    printf("任务调度器启动... \n");
    vTaskStartScheduler();
}

// 显示任务函数的实现
void disaply_task_callback(void *pvParameters)
{
    printf("显示任务启动... \n");
    // 初始化显示模块
    App_Display_Init();

    while (1)
    {
        // 进入临界区，防止I2C通信被打断
        taskENTER_CRITICAL();
        // 更新显示
        App_Display_Update();
        // 退出临界区
        taskEXIT_CRITICAL();

        // 延时500ms
        vTaskDelay(100);
    }
}

// 按键控制任务函数的实现
void keycontrol_task_callback(void *pvParameters)
{
    printf("按键控制任务启动... \n");

    while (1)
    {
        // 检测按键
        App_KeyControl_Run();

        // 延时100ms
        vTaskDelay(100);
    }
}

// ModbusID管理任务函数的实现
void modubsid_task_callback(void *pvParameters)
{
    printf("ModbusID管理任务启动... \n");

    // // 将默认Modbus ID写入EEPROM； 只需要出厂的时候设置一次
    // App_Modubs_SetID();

    // 获取Modbus ID
    App_Modubs_GetID();

    while (1)
    {
        // 等待接收任务通知，接收不到一直阻塞
        ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY);
        // 保存Modbus ID
        App_Modubs_SetID();
    }
}

main.c

/* 代码省略 ...*/

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include "Com_Global.h"
#include "Com_Debug.h"

#include "Int_OLED.h"
#include "Int_Key.h"

#include "App_Task.h"

/* USER CODE END Includes */

/* 代码省略 ...*/


int main(void)
{

  /* 代码省略 ...*/

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  // 串口输出标题
  DEBUG_PRINTLN("Stepper Motor Project");

  // 启动 FreeRTOS 任务管理
  DEBUG_PRINTLN("启动FreeRTOS任务管理...");
  App_Task_Start();
 
  /* USER CODE END 2 */

  /* 代码省略 ...*/

}

/* 代码省略 ...*/

第05章 按键控制显示

第05章按键控制显示