单片机“花式点灯”实现方法

strongerHuang 2023-01-15 08:20

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作者 | strongerHuang

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有初学者问了这样的问题：单片机真正开发产品和学习的时候有什么差别，平时学的LED、ADC这些东西，在实际项目中会用到吗？

虽然技术更新迭代很快，但有很多基本的技术，仍然在实际项目中会用到，今天就拿LED为例来说说吧。

LED有哪些作用

别小看LED，它在实际生活中应用很广泛的。

首先就是以LED为光源的项目，比如呼吸灯、广告灯、LED显示屏等，这类控制LED亮灭（闪烁），或者亮度渐变。

再次就是LED背光灯，像液晶背光灯、按键背光灯等，这种也是需要控制LED变化的。我之前做过有按键的项目，按键背光灯需要渐变、配合音效控制LED不同频率闪烁，目的就是为了达到更好的体验效果。

再再次，LED作为指示灯，电源指示灯、状态指示灯，这种就和接近初学者的学习时的LED灯，但这种却在项目中很常见。

拿状态指示灯来说，一个项目的LED状态指示灯可以直观明了的指示设备的运行状态，比如：运行、故障、待机、死机等常见状态。通过RGB，或者红黄绿不同颜色LED组合，可以实现更多状态的指示。

下面针对LED状态灯，说几点细节的内容。

LED状态灯实现

这里结合代码为大家分享一些项目中常见的LED状态灯的实现方法。

1.单色LED运行状态指示灯

通过闪烁（一亮一灭）指示设备运行的状态的指示灯，一个关键作用：设备有没有死机。

很多产品中都会用到，你买一个开发板，提供的综合例程也基本都有。

裸机情况下（一般状态机），在某一个状态实现LED闪烁：

int main(void){  //系统初始化  while(1)  {    //do something    switch(State)    {      case 状态1：        //do something      break;
      case 状态2：        //do something      break;      ·      ·      ·      case 状态灯：        ED_TOGGLE();  //LED闪烁      break;    }  }}

RTOS情况下，新建一个状态灯线程，在线程里面直接控制即可：

void StatusLight_Task(void *pvParameters){  static TickType_t xLastWakeTime;  //初始化  xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
  for(;;)  {    //do something
    LED_TOGGLE();                       //LED闪烁    vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 500);  }}

2.单色LED渐变

LED渐变在生活中其实也有一些场景在用，呼吸灯、键盘等，其实原来也很简单，就是控制LED亮度。

控制方法有很多，电压、PWM都能达到控制LED亮度的效果。当然，现在还有控制LED渐变的专有芯片。

但是，对于单片机项目来说，单片机自身就能实现，如果单独用一个芯片，就显得有点多余。

使用DAC输出模拟量可以实现，但如果多路就不现实，因此这种方法不常见。

常见的是PWM控制IO高低电平（从而控制电压），这种对于单片机来说有两种方法：

定时器硬件PWM
控制GPIO口高低电平

a.定时器硬件PWM

一个定时器输出PWM波形的同时，还需要一个定时器定时更新PWM输出占空比（修改亮度）。

b.控制GPIO口高低电平

这个方法就比较简单，控制IO口高低电平时间，只是这个时间需要结合整个项目业务逻辑（特别是裸机情况下），不能出现“卡机”情况。

当然，在RTOS情况下，业务逻辑就比较简单，单独一个线程：

LED_ON();vTaskDelay(TimesON);
LED_OFF();vTaskDelay(TimesOFF);

这里TimesON 和 TimesOFF是需要结合项目情况修改的变量（比如渐变时间）。

3.多色LED，多种运行状态

一个设备在没有显示屏指示状态的时候，通过LED指示状态也是一种方法，比如：红、黄、绿三色，分别常灭、常亮、闪烁三种状态。

这种相对第一种单色固定状态要复杂一点，但实现起来也不难，方法也有很多。

这里分享一些思路：创建一个线程，一个结构体，轮询各种LED状态，根据应用修改其各种状态，以及闪烁时间等。

LED状态结构体：

typedef struct{  uint8_t  Mode;                  //模式
  uint8_t  Status;                //当前状态  uint16_t OffTimes;              //灭时间  uint16_t OnTimes;               //亮时间(ms)  uint16_t Counter;               //计数(计时)
  void (*OffFun)(void);           //灭函数接口  void (*OnFun)(void);            //亮函数接口}SL_TypeDef;/* 状态灯 */

LED状态主线程：

void StatusLight_Task(void *pvParameters){  static TickType_t xLastWakeTime;  xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
  for(;;)  {    SL_Scan(&sSLG_Structure);      //红灯    SL_Scan(&sSLY_Structure);      //黄灯    SL_Scan(&sSLR_Structure);      //绿灯
    vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, SL_TASK_PERIOD);  }}

这里结构体也是方便统一管理，其中SL_Scan浏览（扫描）函数的参数通过传递结构体指针，是为了方便读取并修改其中变量。

当然，SL_Scan浏览函数具体实现，就与你应用有关：

static void SL_Scan(SL_TypeDef *SL_Struct){  /* 常灭模式 */  if(SL_MODE_OFF == SL_Struct->Mode)  {    SL_Struct->Status = SL_STATUS_OFF;           //状态置为"灭"    SL_Struct->OffFun();                         //灭灯  }  /* 常亮模式 */  else if(SL_MODE_ON == SL_Struct->Mode)  {    SL_Struct->Status = SL_STATUS_ON;            //状态置为"亮"    SL_Struct->OnFun();                          //亮灯  }  /* 闪烁模式 */  else if(SL_MODE_FLICKER == SL_Struct->Mode)  {    /* 在灭状态 */    if(SL_STATUS_OFF == SL_Struct->Status)    {      SL_Struct->Counter++;      if(SL_Struct->Counter >= SL_Struct->OffTimes)      {        SL_Struct->Counter = 0;        SL_Struct->OnFun();                      //亮灯        SL_Struct->Status = SL_STATUS_ON;        //状态置为"亮"      }    }    /* 在亮状态 */    else if(SL_STATUS_ON == SL_Struct->Status)    {      SL_Struct->Counter++;      if(SL_Struct->Counter >= SL_Struct->OnTimes)      {        SL_Struct->Counter = 0;        SL_Struct->OffFun();                     //灭灯        SL_Struct->Status = SL_STATUS_OFF;       //状态置为"灭"      }    }    else    {      SL_Struct->Status = SL_STATUS_OFF;         //状态置为"灭"    }  }  /* 未知模式 */  else  {    SL_Struct->Status = SL_STATUS_OFF;           //状态置为"灭"    SL_Struct->OffFun();                         //灭灯  }}

最后

以上的控制LED的状态，其实是一个项目中很小的一个模块，还有更复杂的LED实现和控制方法，相信做过这一块的同学就比较了解。

当然，LED在项目中是微不足道的一个模块，但要做到兼容项目，又方便移植、又可删减增加功能，其实也不是想象的那么简单。

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strongerHuang 作者黄工，高级嵌入式软件工程师，分享嵌入式软硬件、物联网、单片机、开发工具、电子等内容。

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