README.md · 网易云大侠/test_pen

# 多功能测试笔
## 1.文件构成

GUI --- LCD驱动和UI

FreeRtos --- RTOS系统

USER --- 底层驱动和app

![文件构成](H:\open_project\Multifunction_test_pen\Doc\.png\文件构成.bmp)

## 2.GPIO初始化

### 2.1开机电源

```c
#define PW_PORT CW_GPIOF
#define PW_PIN GPIO_PIN_7
```

### 2.2LED

```c
#define LED_PORT CW_GPIOA
#define LED_GREEN_PIN GPIO_PIN_10
#define LED_RED_PIN GPIO_PIN_11
#define LED_LIGHT_PIN GPIO_PIN_15
```

### 2.3按键

```c
#define KEY_PORT CW_GPIOB
#define KEY1_PIN GPIO_PIN_3
#define KEY2_PIN GPIO_PIN_9
#define KEY3_PIN GPIO_PIN_7
#define KEY4_PIN GPIO_PIN_5
#define KEY5_PIN GPIO_PIN_6
```

### 2.4模拟开关

```c
#define ASW_PORT CW_GPIOB
#define ASW1_PIN GPIO_PIN_10
#define ASW2_PIN GPIO_PIN_11
#define ASW3_PIN GPIO_PIN_2
#define ASW4_PIN GPIO_PIN_0
```

### 2.5电流源开关

```c
#define CS_CT_PORT CW_GPIOB
#define CS_CT_PIN GPIO_PIN_1
```

### 2.6初始化默认状态

关闭电流源开关;

绿色led点亮,开机指示;

红色led熄灭;

照明led熄灭;

开机情况下,模拟电子开关全低;

```c
    if (GPIO_ReadPin(KEY_PORT, KEY1_PIN) == GPIO_Pin_RESET)
    {
        GPIO_WritePin(PW_PORT, PW_PIN, GPIO_Pin_SET);         // 开机
        GPIO_WritePin(CS_CT_PORT, CS_CT_PIN, GPIO_Pin_RESET); // cs_ct
        GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_RED_PIN, GPIO_Pin_SET);
        GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_LIGHT_PIN, GPIO_Pin_RESET); // 关闭照明灯
        ASW1_LOW();
        ASW2_LOW();
        ASW3_LOW();
        ASW4_LOW();
        GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_GREEN_PIN, GPIO_Pin_RESET);
    }
```

## 3.ADC初始化

ADC使用到两个通道别测量电池电压和测试笔尖电压。

ADC配置为连续采样，采用定时器触发dma传输ADC采集数据。

### 3.1ADC配置

ADC通道0采集的是笔尖电压，ADC通道1采集的是电池电压。

```c
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure = {0};
    ADC_SerialChTypeDef ADC_SerialChStructure = {0};

__RCC_ADC_CLK_ENABLE();
    ADC_InitStructure.ADC_AccEn = ADC_AccDisable;         // ADC 累加功能不开启
    ADC_InitStructure.ADC_Align = ADC_AlignRight;         // 采样结果右对齐，即结果存于 bit11~bit0
    ADC_InitStructure.ADC_ClkDiv = ADC_Clk_Div32;         // ADC 的 采 样 时 钟 为 PCLK 的 32 分 频， 即ADCCLK=2MHz
    ADC_InitStructure.ADC_DMAEn = ADC_DmaEnable;          // ADC 转换完成触发 DMA
    ADC_InitStructure.ADC_InBufEn = ADC_BufDisable;       // 高速采样，ADC 内部电压跟随器不使能
    ADC_InitStructure.ADC_OpMode = ADC_SingleChOneMode;   // 单次单通道采样模式
    ADC_InitStructure.ADC_SampleTime = ADC_SampTime10Clk; // 设置为 10 个采样周期，须根据实际况调整
    ADC_InitStructure.ADC_TsEn = ADC_TsDisable;           // 内部温度传感器禁止
    ADC_InitStructure.ADC_VrefSel = ADC_Vref_BGR2p5;      // 采样参考电压选择为 2.5v

ADC_SerialChStructure.ADC_Sqr0Chmux = ADC_SqrCh0;
    ADC_SerialChStructure.ADC_Sqr1Chmux = ADC_SqrCh1;
    ADC_SerialChStructure.ADC_SqrEns = ADC_SqrEns01;
    ADC_SerialChStructure.ADC_InitStruct = ADC_InitStructure;

/* 序列通道连续采样模式 */
    ADC_SerialChContinuousModeCfg(&ADC_SerialChStructure);

adc_dma_config();
    ADC_Enable();// 启用 ADC
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ENABLE);
```

### 3.2DMA配置

ADC_ResultBuff数组存储笔尖电压数据。

BAT_ADC_ResultBuff数组存储电池电压数据。

```c
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct = {0};
    __RCC_DMA_CLK_ENABLE();
    DMA_InitStruct.DMA_DstAddress = (uint32_t)&ADC_ResultBuff;      // 目标地址
    DMA_InitStruct.DMA_DstInc = DMA_DstAddress_Increase;            // 目标地址递增
    DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_MODE_BULK;                        // BULK 传输模式
    DMA_InitStruct.DMA_SrcAddress = (uint32_t)&CW_ADC->RESULT0;     // 源地址： ADC 的结果寄存器
    DMA_InitStruct.DMA_SrcInc = DMA_SrcAddress_Fix;                 // 源地址固定
    DMA_InitStruct.DMA_TransferCnt = 0x6;                           // DMA 传输次数
    DMA_InitStruct.DMA_TransferWidth = DMA_TRANSFER_WIDTH_16BIT;    // 数据位宽 16bit
    DMA_InitStruct.HardTrigSource = DMA_HardTrig_ADC_TRANSCOMPLETE; // ADC 转换完成硬触发
    DMA_InitStruct.TrigMode = DMA_HardTrig;                         // 硬触发模式
    DMA_Init(CW_DMACHANNEL1, &DMA_InitStruct);
    DMA_Cmd(CW_DMACHANNEL1, ENABLE);

DMA_InitStruct.DMA_DstAddress = (uint32_t)BAT_ADC_ResultBuff;   // 目标地址
    DMA_InitStruct.DMA_DstInc = DMA_DstAddress_Increase;            // 目标地址递增
    DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_MODE_BULK;                        // BULK 传输模式
    DMA_InitStruct.DMA_SrcAddress = (uint32_t)&CW_ADC->RESULT1;     // 源地址
    DMA_InitStruct.DMA_SrcInc = DMA_SrcAddress_Fix;                 // 源地址固定
    DMA_InitStruct.DMA_TransferCnt = 0x6;                           // DMA 传输次数
    DMA_InitStruct.DMA_TransferWidth = DMA_TRANSFER_WIDTH_16BIT;    // 数据位宽 16bit
    DMA_InitStruct.HardTrigSource = DMA_HardTrig_ADC_TRANSCOMPLETE; // ADC 转换完成硬触发
    DMA_InitStruct.TrigMode = DMA_HardTrig;                         // 硬触发模式
    DMA_Init(CW_DMACHANNEL2, &DMA_InitStruct);
    DMA_Cmd(CW_DMACHANNEL2, ENABLE);
```

### 3.3DMA连续采集

由于CW32没有自动重载DMA模式,需要手动检测DMA传输完成,然后重新配置DMA。

```
void wait_dma_complete(void)
{
    // 等待DMA传输完成
    if (DMA_GetITStatus(DMA_IT_TC1) == SET)
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA_IT_TC1|DMA_IT_TC2);
        adc_dma_config();
    }
}
```
### 3.4笔尖电压计算

1. 将笔尖采集的ADC值去掉最大最小值,计算出均值。
2. 根据ADC分辨率和ADC基准电压计算出电压值
3. 计算电压值进行滑动平均算法
4. 滑动平均电压*档位系数 = 最终电压

```
uint16_t pen_volt(void)
{
    uint32_t sum = 0;
    uint16_t val;
    uint32_t len = sizeof(ADC_ResultBuff) / 2;
    uint16_t max = 0;
    uint16_t min = 0xffff;
    int i;
    for ( i = 0; i < len; i++)
    {
        sum += ADC_ResultBuff[i];
        if(ADC_ResultBuff[i] > max)
        {
            max = ADC_ResultBuff[i];
        }
        if(ADC_ResultBuff[i] < min)
        {
            min = ADC_ResultBuff[i];
        }
    }
    sum -= max + min;
    sum = sum / (len - 2);

val = sum * 2500 / 4095;
    val = dynamic_mean(pen_cahe, val, &len_cahe[1]);
    return val;
}
```

### 3.5电池电量测量

BAT_ADC_ResultBuff数组存储的是电池采集的ADC值。

1.计算BAT_ADC_ResultBuff数组的平均值,去掉最大最小值,防止数据突变。

2.将计算的平均值

```c
uint16_t get_bat_val(void)
{
    uint32_t sum = 0;
    uint16_t bat_val;
    uint32_t len = sizeof(BAT_ADC_ResultBuff) / 2;
    uint16_t max = 0;
    uint16_t min = 0xffff;
    int i;
    for ( i = 0; i < len; i++)
    {
        sum += BAT_ADC_ResultBuff[i];
        if(BAT_ADC_ResultBuff[i] > max)
        {
            max = BAT_ADC_ResultBuff[i];
        }
        if(BAT_ADC_ResultBuff[i] < min)
        {
            min = BAT_ADC_ResultBuff[i];
        }
    }
    sum -= max + min;
    sum = sum / (len - 2);
    sum = dynamic_mean(bat_cahe,sum,len_cahe);
    // sum -= 30;
    bat_val = sum * 2500 * 2 /4095;
    return bat_val;
}
```

## 4.pwm初始化

GTIM3_CH4连接的是无源蜂鸣器，蜂鸣器的额定频率为4k，GTIM3_CH4配置为4K，真占空比50%即可。

GTIM1_CH1是控制PWM输出和DC输出，默认配置为20K,占空比90%;

```
    GTIM_InitTypeDef GTIM_InitStruct;
    pwm_gpio_init();
    __RCC_GTIM1_CLK_ENABLE();

GTIM_InitStruct.Mode = GTIM_MODE_TIME;
    GTIM_InitStruct.OneShotMode = GTIM_COUNT_CONTINUE;
    GTIM_InitStruct.Prescaler = GTIM_PRESCALER_DIV16; // DCLK = PCLK / 16 = 64MHz/16 = 4MHz
    GTIM_InitStruct.ReloadValue = Period - 1;
    GTIM_InitStruct.ToggleOutState = DISABLE;

GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM1, &GTIM_InitStruct);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM1, GTIM_CHANNEL1, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_HIGH);
    GTIM_SetCompare3(CW_GTIM1, PosWidth);
    GTIM_ITConfig(CW_GTIM1, GTIM_IT_OV, ENABLE);

GTIM_Cmd(CW_GTIM1, ENABLE);
    __RCC_GTIM3_CLK_ENABLE();

GTIM_InitStruct.Mode = GTIM_MODE_TIME;
    GTIM_InitStruct.OneShotMode = GTIM_COUNT_CONTINUE;
    GTIM_InitStruct.Prescaler = GTIM_PRESCALER_DIV16; // DCLK = PCLK / 16 = 64MHz/16 = 4MHz
    GTIM_InitStruct.ReloadValue = fm_Period - 1;
    GTIM_InitStruct.ToggleOutState = DISABLE;

GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM3, &GTIM_InitStruct);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM3, GTIM_CHANNEL4, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_HIGH);
    GTIM_SetCompare3(CW_GTIM3, fm_PosWidth);
    GTIM_ITConfig(CW_GTIM3, GTIM_IT_OV, ENABLE);
    
    GTIM_Cmd(CW_GTIM3, ENABLE);
    
    NVIC_EnableIRQ(GTIM1_IRQn);
    NVIC_EnableIRQ(GTIM3_IRQn);
```

### 4.1占空比调节

占空比修改在PWM中断里面修改,只需要改变PosWidth值。

```
void GTIM1_IRQHandler(void)
{
    static uint16_t TimeCnt = 0;
    GTIM_ClearITPendingBit(CW_GTIM1, GTIM_IT_OV);
    if (TimeCnt++ >= 100)
    {
        TimeCnt = 0;
        GTIM_SetCompare1(CW_GTIM1, PosWidth);
    }
    /* USER CODE END */
}
```

### 4.2频率调节

在PWM输出模式下是需要调节输出频率，调节代码如下：

```
void set_pwm_hz(uint32_t hz_val)
{
    Period = 4000000 / hz_val;
    GTIM_SetReloadValue(CW_GTIM1, Period);
}
```

GTIM_SetReloadValue函数就是设置pwm的频率。

## 5.显示屏驱动

LCD显示屏采用的是SPI通信.

SPI和GPIO初始化:

```c
	RCC_AHBPeriphClk_Enable(RCC_AHB_PERIPH_GPIOA | RCC_AHB_PERIPH_GPIOB | RCC_AHB_PERIPH_GPIOF, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // 命名结构体

GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;								// 不配置中断
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;						// 推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15; //
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;						// 引脚速度设置高速
	GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;				// 不配置中断
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;		// 推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9; //
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;		// 引脚速度设置高速
	GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStruct);

//---------blk----------
	GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;			// 不配置中断
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_6;			//
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;	// 引脚速度设置高速
	GPIO_Init(CW_GPIOF, &GPIO_InitStruct);

// spi init
	RCC_APBPeriphClk_Enable2(RCC_APB2_PERIPH_SPI1, ENABLE);
	PB12_AFx_SPI1CS();
	PB13_AFx_SPI1SCK();
	// PB14_AFx_SPI1MISO();
	PB15_AFx_SPI1MOSI();

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure = {0};

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_TxOnly;	   // 单发送模式
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;					   // 主机模式
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;				   // 帧数据长度为8bit
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;						   // 时钟空闲电平为高
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;					   // 第二个边沿采样
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;						   // 片选信号由SSI寄存器控制
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; // 波特率为PCLK的4分频
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;				   // 最高有效位 MSB 收发在前
	SPI_InitStructure.SPI_Speed = SPI_Speed_High;					   // 高速SPI
	SPI_Init(CW_SPI1, &SPI_InitStructure);

SPI_Cmd(CW_SPI1, ENABLE);
```

## 6.测试笔模式

模式真值表如下所示:

| 控制脚\模式 | 电平测量10x | 电平测量1x | PWM输出 | 直流输出 | 通断/二极管检测 |
| ----------- | ----------- | ---------- | ------- | -------- | --------------- |
| ASW1        | L           | L          | H       | L        | L               |
| ASW2        | L           | H          | L       | L        | L(1x档为H)      |
| ASW3        | L           | L          | H       | H        | L               |
| ASW4        | L           | L          | L       | L        | H               |

## 7.RTOS

RTOS使用的是FreeRTOS。移植参考freertos例子里面的M0内核工程

本项目任务一个开启了四个如下：

```c
    //创建任务
    xTaskCreate(task_1,"task1",40,NULL,0,NULL);
    xTaskCreate(task_2,"task2",120,NULL,1,NULL);
    xTaskCreate(task_3, "task3", 40, NULL, 0, NULL);
    xTaskCreate(show_task,"show",120,NULL,2,NULL);
```

### 7.1关机任务

任务一是检测长按关机键

```c
void task_1(void *msg)
{
    while (1)
    {
        /* code */
        scan_shutdown();
        vTaskDelay(10);
    }
    
}
```

### 7.2控制任务

任务二功能:

* 按键扫描
* UI控制函数
* 检测dma完成

```c
void task_2(void *msg)
{
    while (1)
    {
        /* code */
        wait_dma_complete();
        key_msk = key_scan();
        run_control(key_msk);
        vTaskDelay(10);
    }
}
```

### 7.3显示任务

显示任务执行的是UI窗口函数

```c
void show_task(void *msg)
{
    while (1)
    {
        run_window(0);
        vTaskDelay(10);
    }
}
```

### 7.4自动档位任务

自动调节测试档位任务x1或x10

```c
void task_3(void *msg)
{
    while (1)
    {
        /* code */
        auto_multiple();
        vTaskDelay(1);
    }
}
```

#### 7.4.1自动档位检测

在x1档位下,最大测量电压为2400mv,超过就切换x10档位(档位切换看第6章)

在x10档位下,电压是缩小了10倍,检测到电压值为240以下,就切换为x1档。

```c
/**
 * @brief 设置倍数
 * 
 * @return uint8_t 返回0是10x档
 */
void auto_multiple(void)
{
    uint16_t volt = pen_volt();
    static uint16_t cnt;
    if (auto_disable == 0)
    {
        if (pen_gears == 10)
        {
            // x10档是否切换x1
            if (volt < 240)
            {
                cnt++;
                if (cnt > 5)
                {
                    set_multiple_xn(1);
                    cnt = 0;
                }
            }
            else
            {
                cnt = 0;
            }
        }
        else
        {
            if (volt >= 2400)
            {
                cnt++;
                if (cnt > 5)
                {
                    // 10x
                    set_multiple_xn(10);
                    cnt = 0;
                }
            }
            else
            {
                cnt = 0;
            }
        }
    }
}
```

## 8.UI

UI界面主要由界面显示和控制两部分组成.

![UI构成](H:\open_project\Multifunction_test_pen\Doc\.png\UI构成.bmp)

### 8.1界面显示

界面显示包含了显示内容和功能检测.

![UI界面](H:\open_project\Multifunction_test_pen\Doc\.png\UI界面.bmp)

### 8.2控制

控制部分分为菜单控制和每个二级菜单控制.

![](H:\open_project\Multifunction_test_pen\Doc\.png\UI控制1.bmp)

![](H:\open_project\Multifunction_test_pen\Doc\.png\UI控制2.bmp)

### 8.3可调参数范围

| 参数名        | 最小值 | 最大值     |
| ------------- | ------ | ---------- |
| TTL高电平阈值 | 0mV    | 18000mV    |
| TTL低电平阈值 | 0mV    | 2000mV     |
| PWM占空比     | 0%     | 100%       |
| PWM周期       | 0      | 100.999khz |
| DC输出电压    | 600mV  | 5800mV     |
| On/Off电阻值  | 0欧    | 200欧      |

### 8.4电池电量显示

根据电池的充放电曲线,将电池电量划分为三段:

第一段电压>3.9V

第二段3.7V < 电压 <3.9V

第三段3.5<电压<3.7V

电压在第一段,显示三格电量即满电

电压在第二段,显示二格电量

电压在第三段,显示一格电量

电压<3.5V就显示空电量,提示电量低自动关机

## 9.功能

### 9.1测量TTL电平

1. 根据第6章的模式，切换到TTL模式

2. 采集笔尖电压，显示电压值
3. 根据采集的电压值与阈值做判断，高于高电平阈值亮红灯，低于低电压阈值亮绿灯。
4. 控制任务里面可以设置高低电平阈值

### 9.2输出PWM

1. 根据第6章的模式，切换到PWM模式

2. 更改设置的频率和占空比调节GTIM1的参数(调节部分看第4章)
3. 控制任务里面可以设置PWM的频率和占空比

### 9.3DC输出

1. 根据第6章的模式，切换到DC OUT模式

2. 根据公式y = 0.0647x - 0.019(y是电量,x是占空比)计算出当前输出的电压值是多少,并显示出来。
3. 控制任务里面可以设置DC输出的电压值
4. 设置好电压值，根据公式x=(y+0.019) /0.0647(y是电量,x是占空比)计算出对应的占空比

### 9.4通断档测量

1. 根据第6章的模式，切换到通断模式。

2. 采集笔尖电压。
3. 计算电阻值，电流源的电流为2ma，根据欧姆定律计算。
4. 电阻补偿如下:

```c
    //分段电阻补偿
    if(test_r <4)
    {
        test_r = 0;
    }
    else if (test_r < 85)
    {
        test_r += 6;
    }
    else if (test_r < 106)
    {
        test_r += 5;
    }
    else if (test_r < 157)
    {
        test_r += 4;
    }
    else if (test_r < 177)
    {
        test_r += 3;
    }
```

5. 显示电阻值，电阻值最大为200欧，超过的话显示OL表示量程溢出。

6. 判断电阻值是否小于电阻阈值，小于则亮绿灯，蜂鸣器响。

### 9.5二极管档测量

1. 根据第6章的模式，切换到二极管模式

2. 采集笔尖电压。
3. 电压补偿，电压值大于2500mv时补偿-50mv，显示补偿后的电压值。

### 9.6校准

校准主要是电压采集校准。

1. 根据第6章的模式，切换到TTL模式，x1档位

2. 采集100次ADC数据，做平均值，记录到flash（掉电后数据会保存）
3. 根据第6章的模式，切换到TTL模式，x10档位
4. 采集100次ADC数据，做平均值，记录到flash（掉电后数据会保存）
5. 校准完成，退回菜单界面

## 10.蓝牙

蓝牙模块使用的是串口通信，使用cw32官方代码里面的log.c和.h切换为UART2,波特率设置为115200即可。

log.c对接了fputc函数,就可以使用printf来输出串口数据。

在TTL模式下,调用以下函数,就可以对接PC上位。

vlote是电压值，在上位机就可以看到电压值的变化曲线。

```c
void ttl_volte_to_ble(uint16_t vlote)
{
    static uint16_t cnt = 0;
    cnt++;
    if (cnt >= 10)
    {
        cnt = 0;
        printf("vlote:%u\n", vlote);
    }
}
```

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