普冉PY32系列(十一) 基於PY32F002A的6+1通道遙控小車II - 控制篇

来源:https://www.cnblogs.com/milton/archive/2023/11/22/17843032.html
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目錄 普冉PY32系列(一) PY32F0系列32位Cortex M0+ MCU簡介 普冉PY32系列(二) Ubuntu GCC Toolchain和VSCode開發環境 普冉PY32系列(三) PY32F002A資源實測 - 這個型號不簡單 普冉PY32系列(四) PY32F002A/003/0 ...


目錄

基於PY32F002A的6+1通道遙控小車II - 控制篇

這篇繼續介紹6+1通道遙控小車的控制端, 關於遙控手柄的硬體和軟體設計的說明

PCB實物

正面

在嘉立創下單了PCB, 收到的是這個樣子的.

  • PCB中二極體的位置稍微偏上, 存在與螺絲短接的風險, 在新的PCB設計中已經將其下移.
  • 無線模塊的天線沒有覆漆, 在LCEDA中不知道怎麼修改. PCB做出來是焊盤的效果(上錫了), 不影響使用.

背面

因為空間限制, PY32F002A和74HC595/165都放到了背面

分割後的各個模塊

遙控面板成品

遙控面板的焊接過程運氣不錯, 從貼片到接插件都是一次成功, 沒有返工.

正面

  • 空間限制, 只比一張名片稍微大點, 佈局比較局促.
  • LCD因為是裸片沒有托板, 和背光板一起是用熱熔膠直接固定在PCB上的.

LCD試車, 顯示沒問題

背面

  • 正面基本上全是接插件, 如果PY32F002A放到這面, 將來萬一燒壞更換非常麻煩, 所以貼片元件都放到了背面
  • 電源介面用的是XH2.54
  • LCD背光擔心電流過大, 補焊串了一顆1KR的電阻

LCD控制界面

這是最終的LCD控制界面

  • 上面兩道橫桿代表旋鈕的模擬量
  • 中間和下方的四道橫桿代表搖桿的模擬量
  • 兩邊的6個數字代表了模擬量的數值, 都是8bit, 從0 - 255
  • 下方的8個方格代表了8個開關量, 高亮(黑)代表按鍵按下(低電壓), 正常(白)代表按鍵鬆開(高電壓)

軟體設計

整體結構

因為只考慮發送, 所以控制端的流程較為簡單, 做一個大迴圈肯定可行, 採集數據 -> 發送數據 -> 採集數據 -> 發送數據. 如果要提升大迴圈的效率, 因為LCD顯示和無線發送共用SPI, 需要保留在大迴圈, ADC可以用定時器觸發做成DMA, 節省出ADC的時間.

最終使用的執行流程是

  • 使用一個uint8_t pad_state[8]存儲6+1通道的數據
  • ADC使用定時器觸發, 通過DMA存儲轉換結果到6個雙位元組記憶體地址, ADC DMA轉換完成後
    • 將結果轉為8bit, 存入 pad_state,
    • 收集74HC165的按鍵狀態, 合成一個byte 也存入pad_state
    • 計算CRC並存至 pad_state 最後一個位元組
  • 外層大迴圈讀取 pad_state
    • 更新LCD顯示
    • 通過無線發送數據

主迴圈

int main(void)
{
  // ...

  /* Infinite loop */
  while(1)
  {
    // 更新LCD顯示
    DRV_Display_Update(pad_state);
    // 發送
    wireless_tx++;
    if (XL2400_Tx(pad_state, XL2400_PLOAD_WIDTH) == 0x20)
    {
      wireless_tx_succ++;
    }
    // 每 255 次發送, 列印一次成功次數, 用於標識成功率
    if (wireless_tx == 0xFF)
    {
      wireless_state[10] = wireless_tx_succ;
      DEBUG_PRINTF("TX_SUCC: %02X\r\n", wireless_tx_succ);
      wireless_tx = 0;
      wireless_tx_succ = 0;
    }
    // 延遲可以調節
    LL_mDelay(20);
  }
}

DMA中斷

void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
  uint8_t crc = 0;
  if (LL_DMA_IsActiveFlag_TC1(DMA1) == 1)
  {
    LL_DMA_ClearFlag_TC1(DMA1);
    // 轉換DMA讀數為uint8_t並存入pad_state
    for (uint8_t i = 0; i < 6; i++)
    {
      pad_state[i] = (uint8_t)(*(adc_dma_data + i) >> 4);
      crc += pad_state[i];
    }
    // 從 74HC165 讀取按鍵狀態
    pad_state[6] = HC165_Read();
    // 存入CRC結果
    pad_state[7] = crc + pad_state[6];
  }
}

無線通訊

無線部分使用的是硬體SPI驅動的 XL2400, 代碼可以參考
https://github.com/IOsetting/py32f0-template/tree/main/Examples/PY32F0xx/LL/SPI/XL2400_Wireless

傳輸的數據格式為固定長度8位元組

#define XL2400_PLOAD_WIDTH       8   // Payload width

其中位元組[0, 5]為6個ADC採集的數值結果, 位元組[6]為74HC165採集的按鍵結果, 位元組[7]為CRC校驗.

收發的地址是固定的(將來需要改進)

const uint8_t TX_ADDRESS[5] = {0x11,0x33,0x33,0x33,0x11};
const uint8_t RX_ADDRESS[5] = {0x33,0x55,0x33,0x44,0x33};

輸入採集

ADC採集

DMA初始化

void MSP_DMA_Config(void)
{
  LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_DMA1);
  LL_APB1_GRP2_EnableClock(LL_APB1_GRP2_PERIPH_SYSCFG);

  // Remap ADC to LL_DMA_CHANNEL_1
  LL_SYSCFG_SetDMARemap_CH1(LL_SYSCFG_DMA_MAP_ADC);
  // Transfer from peripheral to memory
  LL_DMA_SetDataTransferDirection(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_DIRECTION_PERIPH_TO_MEMORY);
  // Set priority
  LL_DMA_SetChannelPriorityLevel(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_PRIORITY_HIGH);
  // Circular mode
  LL_DMA_SetMode(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_MODE_CIRCULAR);
  // Peripheral address no increment
  LL_DMA_SetPeriphIncMode(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_PERIPH_NOINCREMENT);
  // Memory address increment
  LL_DMA_SetMemoryIncMode(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_MEMORY_INCREMENT);
  // Peripheral data alignment : 16bit
  LL_DMA_SetPeriphSize(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_PDATAALIGN_HALFWORD);
  // Memory data alignment : 16bit
  LL_DMA_SetMemorySize(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, LL_DMA_MDATAALIGN_HALFWORD);
  // Data length
  LL_DMA_SetDataLength(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, 6);
  // Sorce and target address
  LL_DMA_ConfigAddresses(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1, (uint32_t)&ADC1->DR, (uint32_t)adc_dma_data, LL_DMA_GetDataTransferDirection(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1));
  // Enable DMA channel 1
  LL_DMA_EnableChannel(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1);
  // Enable transfer-complete interrupt
  LL_DMA_EnableIT_TC(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_1);

  NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 0);
  NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn);
}

ADC初始化

void MSP_ADC_Init(void)
{
  __IO uint32_t backup_setting_adc_dma_transfer = 0;

  LL_APB1_GRP2_EnableClock(LL_APB1_GRP2_PERIPH_ADC1);

  LL_ADC_Reset(ADC1);
  // Calibrate start
  if (LL_ADC_IsEnabled(ADC1) == 0)
  {
    /* Backup current settings */
    backup_setting_adc_dma_transfer = LL_ADC_REG_GetDMATransfer(ADC1);
    /* Turn off DMA when calibrating */
    LL_ADC_REG_SetDMATransfer(ADC1, LL_ADC_REG_DMA_TRANSFER_NONE);
    LL_ADC_StartCalibration(ADC1);

    while (LL_ADC_IsCalibrationOnGoing(ADC1) != 0);

    /* Delay 1ms(>= 4 ADC clocks) before re-enable ADC */
    LL_mDelay(1);
    /* Apply saved settings */
    LL_ADC_REG_SetDMATransfer(ADC1, backup_setting_adc_dma_transfer);
  }
  // Calibrate end

  /* PA0 ~ PA5 as ADC input */
  LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_0, LL_GPIO_MODE_ANALOG);
  LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_1, LL_GPIO_MODE_ANALOG);
  LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_2, LL_GPIO_MODE_ANALOG);
  LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_3, LL_GPIO_MODE_ANALOG);
  LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_4, LL_GPIO_MODE_ANALOG);
  LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_5, LL_GPIO_MODE_ANALOG);
  /* Set ADC channel and clock source when ADEN=0, set other configurations when ADSTART=0 */
  LL_ADC_SetCommonPathInternalCh(__LL_ADC_COMMON_INSTANCE(ADC1), LL_ADC_PATH_INTERNAL_NONE);

  LL_ADC_SetClock(ADC1, LL_ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2);
  LL_ADC_SetResolution(ADC1, LL_ADC_RESOLUTION_12B);
  LL_ADC_SetDataAlignment(ADC1, LL_ADC_DATA_ALIGN_RIGHT);
  LL_ADC_SetLowPowerMode(ADC1, LL_ADC_LP_MODE_NONE);
  LL_ADC_SetSamplingTimeCommonChannels(ADC1, LL_ADC_SAMPLINGTIME_41CYCLES_5);

  /* Set TIM1 as trigger source */
  LL_ADC_REG_SetTriggerSource(ADC1, LL_ADC_REG_TRIG_EXT_TIM1_TRGO);
  LL_ADC_REG_SetTriggerEdge(ADC1, LL_ADC_REG_TRIG_EXT_RISING);
  /* Single conversion mode (CONT = 0, DISCEN = 0), performs a single sequence of conversions, converting all the channels once */
  LL_ADC_REG_SetContinuousMode(ADC1, LL_ADC_REG_CONV_SINGLE);

  LL_ADC_REG_SetDMATransfer(ADC1, LL_ADC_REG_DMA_TRANSFER_UNLIMITED);
  LL_ADC_REG_SetOverrun(ADC1, LL_ADC_REG_OVR_DATA_OVERWRITTEN);
  /* Enable: each conversions in the sequence need to be triggerred separately */
  LL_ADC_REG_SetSequencerDiscont(ADC1, LL_ADC_REG_SEQ_DISCONT_DISABLE);
  /* Set channel 0/1/2/3/4/5 */
  LL_ADC_REG_SetSequencerChannels(ADC1, LL_ADC_CHANNEL_0 | LL_ADC_CHANNEL_1 | LL_ADC_CHANNEL_2 | LL_ADC_CHANNEL_3 | LL_ADC_CHANNEL_4 | LL_ADC_CHANNEL_5);

  LL_ADC_Enable(ADC1);

  // Start ADC regular conversion
  LL_ADC_REG_StartConversion(ADC1);
}

用於觸發ADC的TIM1定時器初始化

void MSP_TIM1_Init(void)
{
  LL_TIM_InitTypeDef TIM1CountInit = {0};

  // RCC_APBENR2_TIM1EN == LL_APB1_GRP2_PERIPH_TIM1 
  LL_APB1_GRP2_EnableClock(RCC_APBENR2_TIM1EN);
  
  TIM1CountInit.ClockDivision       = LL_TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  TIM1CountInit.CounterMode         = LL_TIM_COUNTERMODE_UP;
  // 系統時鐘48MHz, 預分頻8K, 預分頻後定時器時鐘為6KHz
  TIM1CountInit.Prescaler           = (SystemCoreClock / 6000) - 1;
  // 每600次計數一個周期, 每秒10個周期, 可以減小數值提高頻率
  TIM1CountInit.Autoreload          = 600 - 1;
  TIM1CountInit.RepetitionCounter   = 0;
  LL_TIM_Init(TIM1, &TIM1CountInit);
  /* Triggered by update */
  LL_TIM_SetTriggerOutput(TIM1, LL_TIM_TRGO_UPDATE);
  LL_TIM_EnableCounter(TIM1);
}

開關量採集

74HC165的狀態讀取

uint8_t HC165_Read(void)
{
    uint8_t i, data = 0;

    HC165_LD_LOW;  // Pull down LD to load parallel inputs
    HC165_LD_HIGH; // Pull up to inhibit parallel loading

    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        data = data << 1;
        HC165_SCK_LOW;
        HC165_NOP; // NOP to ensure reading correct value
        if (HC165_DATA_READ)
        {
            data |= 0x01;
        }
        HC165_SCK_HIGH;
    }
    return data;
}

74HC165的示例代碼, 可以參考 https://github.com/IOsetting/py32f0-template/tree/main/Examples/PY32F0xx/LL/GPIO/74HC165_8bit_Parallel_In_Serial_Out

LCD顯示

PY32F002A驅動ST7567的示例代碼可以參考 Examples/PY32F0xx/LL/SPI/ST7567_128x64LCD, 但是這個示例, 包括GitHub上可以搜到的其它示例, 都是使用 128 x 8 的記憶體作為顯示緩存, 通過讀寫這塊緩存再將緩存內容寫入 ST7567 實現的顯示內容更新. 這種方式可以實現非常靈活的顯示, 缺點就是需要占用1KB的記憶體. 對於STM32F103這類有16KB或20KB記憶體的控制器, 1KB記憶體不算什麼, 但是 PY32F002A 只有4KB記憶體, 1KB就值得考慮一下了. 因為遙控部分的數顯, 顯示格式相對固定, page之間可以相互獨立, 沒有相互交疊的部分, 啟動後只需要顯示滑動條和讀數, 因此完全可以採用直接輸出的方式.

換成直接輸出後就變成這樣的顯示函數了, 定製LCD顯示是比較費時費事的一步.

移動游標到坐標

void ST7567_SetCursor(uint8_t page, uint8_t column)
{
    ST7567_WriteCommand(ST7567_SET_PAGE_ADDRESS | (page & ST7567_SET_PAGE_ADDRESS_MASK));
    ST7567_WriteCommand(ST7567_SET_COLUMN_ADDRESS_MSB | ((column + ST7567_X_OFFSET) >> 4));
    ST7567_WriteCommand(ST7567_SET_COLUMN_ADDRESS_LSB | ((column + ST7567_X_OFFSET) & 0x0F));
}

指定寬度和偏移量, 填入固定內容

static void DRV_DrawRepeat(uint8_t symbol, uint8_t width, uint8_t offset, uint8_t colorInvert)
{
  symbol = symbol << offset;
  symbol = colorInvert? ~symbol : symbol;
  ST7567_TransmitRepeat(symbol, width);
}

畫出橫條

static void DRV_DrawHorizBar(uint8_t page, uint8_t column, uint8_t size)
{
  ST7567_SetCursor(page, column);
  DRV_DrawRepeat(0x7E, 1, 0, 0);
  DRV_DrawRepeat(0x42, size, 0, 0);
  DRV_DrawRepeat(0x7E, 1, 0, 0);
}

在橫條中畫出高亮滑塊

static void DRV_DrawHorizBarCursor(uint8_t page, uint8_t column, uint8_t value, uint8_t barWidth, uint8_t cursorWidth, uint8_t direction)
{
  value = direction? value : 255 - value;
  ST7567_SetCursor(page, column + 1);
  DRV_DrawRepeat(0x42, barWidth, 0, 0);
  ST7567_SetCursor(page, column + 1 + (value * (barWidth - cursorWidth) / 255));
  DRV_DrawRepeat(0x7E, cursorWidth, 0, 0);
}

畫出豎條和豎條游標的方法更複雜, 這裡就不貼代碼了.

在main函數的while迴圈中, 每次會更新LCD顯示

void DRV_Display_Update(uint8_t *state)
{
  // 更新按鍵顯示
  DRV_DrawKeyState(*(state + 6));
  // 更新4個橫條的顯示
  DRV_DrawHorizBarCursor(0, 10, *(state + 4), 50, 4, 0);
  DRV_DrawHorizBarCursor(0, 65, *(state + 5), 50, 4, 1);
  DRV_DrawHorizBarCursor(7,  0, *(state + 1), 60, 4, 0);
  DRV_DrawHorizBarCursor(7, 65, *(state + 2), 60, 4, 1);
  // 更新2個豎條顯示, 因為豎條處於多個page, 每次更新顯示都需要全部重繪
  DRV_DrawVertiBar(0, 1, 52);
  DRV_DrawVertiBarCursor(0, 1, 52, *(state + 0), 4, 0);
  DRV_DrawVertiBar(121, 1, 52);
  DRV_DrawVertiBarCursor(121, 1, 52, *(state + 3), 4, 1);
  // 輸出6個模擬通道的數值(0 ~ 255)
  DRV_DrawNumber(1, 10, *(state + 4));
  DRV_DrawNumber(1, 100, *(state + 5));

  DRV_DrawNumber(4, 10, *(state + 0));
  DRV_DrawNumber(4, 100, *(state + 3));

  DRV_DrawNumber(5, 10, *(state + 1));
  DRV_DrawNumber(5, 100, *(state + 2));
}

用直接寫入的方式, 在不開JLink RTT 的情況下, 整機記憶體只需要不到400個位元組, 資源節約效果明顯.


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