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# DTU LED 项目
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基于 STM32F103ZE 的数据传输单元（DTU）项目，集成了 LCD 显示、按键控制、RS485 Modbus 通信等功能。
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## 📋 项目简介
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本项目是一个完整的 DTU 设备固件，实现了屏幕显示、按键交互、远程通信等核心功能。设备通过 RS485 接口与上位机进行 Modbus RTU 协议通信，支持图片传输、按键上报、状态监控等功能。
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## 🎯 主要功能
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- **LCD 显示**：160×160 像素黑白 LCD，UC1698U 控制器，支持图形和文本显示
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- **按键控制**：基于 MultiButton 库的按键检测，支持多种按键事件
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- **RS485 通信**：Modbus RTU 协议，DMA 接收模式，波特率 700000
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- **LED 指示**：系统运行状态指示灯
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- **看门狗保护**：独立看门狗（IWDG）防止系统死机
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- **Flash 存储**：支持 BMP 图片数据存储到 Flash（扇区 126，地址 0x0803F000）
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- **定时器管理**：5ms 周期定时器，用于系统任务调度
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## 🔧 硬件平台
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- **MCU**：STM32F103ZE（Cortex-M3，512KB Flash，64KB RAM）
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- **系统时钟**：72MHz（PLL 倍频）
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- **LCD**：160×160 像素，UC1698U 控制器
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- **通信接口**：RS485（USART2，TX=PA2，RX=PA3，DE=PA1）
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- **按键**：支持多按键输入（具体引脚见 `Drivers/BSP/KEY/key.c`）
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- **LED**：系统运行指示灯
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## 📁 项目结构
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LED/
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├── Drivers/ # 驱动层
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│ ├── BSP/ # 板级支持包
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│ │ ├── 160160D/ # LCD 显示驱动
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│ │ ├── KEY/ # 按键驱动（MultiButton）
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│ │ ├── LED/ # LED 驱动
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│ │ ├── RS485/ # RS485 通信驱动
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│ │ ├── WDOG/ # 看门狗驱动
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│ │ └── TIM/ # 定时器驱动
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│ ├── CMSIS/ # CMSIS 核心文件
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│ ├── STM32F1xx_HAL_Driver/ # STM32 HAL 库
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│ └── SYSTEM/ # 系统核心驱动
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│ ├── sys/ # 系统配置（时钟、中断等）
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│ ├── delay/ # 延时函数
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│ └── usart/ # 串口驱动（调试用）
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├── Middlewares/ # 中间件层
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│ └── Modbus/ # Modbus RTU 协议实现
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│ ├── MODBUS.c/h # Modbus 主处理
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│ └── CRC16.c/h # CRC16 校验
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├── Users/ # 用户应用层
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│ ├── main.c # 主程序入口
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│ ├── File_Handle.c # Flash 文件处理
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│ └── config.h # 配置文件
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├── Projects/ # 工程文件
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│ └── MDK-ARM/ # Keil MDK-ARM 工程
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├── Output/ # 编译输出（仅保留 .hex）
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└── readme.md # 本文件
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## 🚀 快速开始
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### 开发环境要求
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- **IDE**：Keil MDK-ARM V5.06 或更高版本
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- **编译器**：ARM Compiler 5/6
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- **调试器**：ST-Link、J-Link 等
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- **Pack**：Keil.STM32F1xx_DFP.2.4.1 或更高版本
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### 编译步骤
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1. 打开 `Projects/MDK-ARM/atk_f103.uvprojx` 工程文件
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2. 选择目标设备：`STM32F103ZE`
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3. 编译工程（F7 或 Project → Build Target）
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4. 编译成功后，`Output/` 目录下会生成 `DTU.hex` 文件
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### 烧录程序
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1. 连接 ST-Link 或其他调试器到目标板
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2. 在 Keil 中点击 Download（F8）或使用外部烧录工具
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3. 烧录 `Output/DTU.hex` 文件到 MCU
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## 📡 通信协议
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### Modbus RTU 配置
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- **协议**：Modbus RTU
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- **主站地址**：0x01
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- **波特率**：700000
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- **数据位**：8
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- **停止位**：1
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- **校验位**：无
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- **接收模式**：DMA ReceiveToIdle（不定长帧接收）
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### 通信功能
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- **实时数据上报**：定时上报系统状态
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- **按键事件上报**：按键按下时上报按键值
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- **图片传输**：接收并显示远程发送的 BMP 图片数据
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- **屏幕刷新**：支持远程刷新屏幕显示内容
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## 🔄 工作流程
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本项目核心功能是**按键检测上报**和**图像接收显示**，主要逻辑在 `MODBUS.c` 文件中实现。
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### 系统整体架构
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┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌─────────────┐
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│ 定时器 │ 5ms中断 │ 按键驱动 │ 检测按键 │ 主循环 │
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│ (5ms周期) │────────>│ (MultiButton)│────────>│ (main.c) │
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└─────────────┘ └──────────────┘ └──────┬──────┘
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│──────────────────────│
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│ RS485_Process
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▼
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┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌─────────────┐
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│ RS485 │ DMA接收 │ MODBUS.c │ 处理数据 │ LCD显示 │
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│ (USART2) │────────>│ (主处理) │────────>│ (160160D) │
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└─────────────┘ └──────┬───────┘ └─────────────┘
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│
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┌─────────────┼─────────────┐
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│ 发送命令 │ │ 解析数据控制
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▼ │ ▼
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┌─────────────┐ │ ┌─────────────┐
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│ 上位机 │ │ │ LED │
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│ (138端) │ │ │ (状态指示) │
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└─────────────┘ │ └─────────────┘
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│
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**说明**：`MODBUS.c` 接收 RS485 数据后解析；普通图片帧中的 `info[0..3]` 为 LED 状态，经 `LED_Printf()` 更新灯状态；LOGO 图片不含 LED 控制。
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### 按键检测与上报流程
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#### 1. 按键检测流程
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定时器中断 (5ms)
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├─> Button_Ticks() // MultiButton 库扫描按键
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└─> 检测到按键按下
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├─> Key_ProcessCallback() // 按键回调函数
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│ │
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│ ├─> BackLight_ON() // 打开背光
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│ ├─> KeyRun_Disp(1) // 显示按键指示
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│ └─> keyStatus = key_type // 更新按键状态
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│
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└─> 主循环检测 keyStatus
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│
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└─> RS485_Process(keyStatus, ConnectFlg)
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#### 2. 按键上报流程
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RS485_Process() 函数
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├─> 检测到按键 (key != KEY_NONE)
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│ │
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│ └─> 保存到 key_bk（静态变量，保持状态）
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│
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├─> 检查发送条件
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│ │
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│ ├─> CMD_ACK == SET // 上次命令已应答
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│ └─> ACK_OverTime == SET // 或应答超时
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│
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└─> 满足条件时发送按键命令
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│
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├─> RefreshScreen(KEY_CMD, key_bk)
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│ │
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│ ├─> RS485_RefreshScreenCMD(0x03, KEY_CMD, key)
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│ │ │
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│ │ ├─> 构建命令帧（6字节）：
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│ │ │ [0] = 0x01 (从站地址)
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│ │ │ [1] = 0x03 (功能码)
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│ │ │ [2] = 0x00 (KEY_CMD)
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│ │ │ [3] = key (按键值)
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│ │ │ [4-5] = CRC16校验
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│ │ │
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│ │ └─> RS485_SendBuff() 发送
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│ │
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│ └─> 重置轮询状态
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│
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└─> key_bk = KEY_NONE // 清除按键备份
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```
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**按键命令帧格式**（6字节）：
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┌──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┐
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│ 0x01 │ 0x03 │ 0x00 │ key │ CRC │ CRC │
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│地址 │功能码 │按键 │按键值 │ 高 │ 低 │
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└──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘
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### 图像接收与显示流程
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#### 1. 数据接收流程
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RS485 DMA 接收 (ReceiveToIdle)
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├─> 接收到一帧数据（3208字节）
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│ │
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│ └─> HAL_UARTEx_RxEventCallback()
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│ │
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│ ├─> RS485REG.NewMessageFlag = SET
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│ └─> 重新启动 DMA 接收
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│
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└─> 主循环检测 NewMessageFlag
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│
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└─> RS485_Process() 处理新消息
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#### 2. 数据解析与显示流程
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RS485_Process() 检测到新消息
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│
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├─> NewMessageFlag == SET
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│ │
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│ ├─> ConnectFlg = 1 // 设置连接标志
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│ │
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│ ├─> CRC 校验
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│ │ │
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│ │ ├─> 校验通过
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│ │ │ │
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│ │ │ ├─> 提取数据：
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│ │ │ │ Picture[3200] = DR[0:3199] // 图片数据
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│ │ │ │ info[8] = DR[3200:3207] // 命令信息
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│ │ │ │
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│ │ │ ├─> 解析 info：
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│ │ │ │
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│ │ │ │ info[4-5] = 图片类型标识
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│ │ │ │
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│ │ │ └─> 判断图片类型
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│ │ │ │
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│ │ │ ├─> LOGO 图片 (info[4]==0x89 && info[5]==0x45)
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│ │ │ │ │─>info[0-1] = 图片宽度 (16位)
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│ │ │ │ │─>info[2-3] = 图片高度 (16位)
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│ │ │ │ ├─> 复制到 logo 结构体
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│ │ │ │ ├─> BMP_SAVE2False() // 保存到 Flash
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│ │ │ │ ├─> ClearScreen() // 清屏
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│ │ │ │ ├─> LOGO_Printf() // 显示 LOGO
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│ │ │ │ └─> delay_ms(2000) // 延时 2 秒
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│ │ │ │
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│ │ │ └─> 普通图片
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│ │ │ │─>info[0-3] = LED 状态
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│ │ │ ├─> LED_Printf(LED_BUFF) // 更新 LED 状态
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│ │ │ └─> ScreenPrintf(Picture) // 显示图片
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│ │ │
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│ │ └─> 校验失败
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│ │ │
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│ │ ├─> CRC_ERR_COUNT++
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│ │ └─> 连续 3 次错误 → RS485_DMA_init() 重新初始化
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│ │
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│ └─> 清除标志并设置 CMD_ACK = SET
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│
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└─> 继续处理其他任务
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**接收数据帧格式**（3208字节）：
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┌─────────────────────┬──────────────────┐
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│ Picture[3200] │ info[8] │
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│ 图片点阵数据 │ 命令信息 │
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└─────────────────────┴──────────────────┘
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│ │
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│ ├─> info[0-1]: 宽度
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│ ├─> info[2-3]: 高度
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│ ├─> info[4-5]: 类型标识
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│ └─> info[6-7]: LED状态(普通图片)
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│
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└─> 3200 字节 BMP 点阵数据
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### 实时数据轮询流程
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定时器中断 (5ms)
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└─> Process_Count()
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│
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├─> RT_count++ // 实时轮询计数递增
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└─> ACK_count++ (如果 ACK_COUNT_ABLE == SET)
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│
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└─> 主循环检查
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│
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├─> RT_count > 55 (约 275ms)
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│ │
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│ └─> RefreshScreen(RT_CMD, 0) // 发送实时刷新命令
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│
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└─> ACK_count > 40 (约 200ms)
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│
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└─> ACK_OverTime = SET // 应答超时
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│
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└─> 连续 5 次超时 → 重新初始化 RS485
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```
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### 完整工作流程图
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```
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 系统初始化 │
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│ - HAL_Init() │
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│ - RS485_DMA_init() // 启动 DMA 接收 │
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│ - Process_Init() // 初始化轮询状态 │
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│ - NL_LOGO_Printf() // 显示 Flash 中的 LOGO │
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└──────────────────────┬──────────────────────────────────────┘
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│
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▼
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┌──────────────────────────────┐
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│ 主循环 (while(1)) │
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└──────────────┬───────────────┘
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│
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┌──────────────┴───────────────┐
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│ │
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▼ ▼
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┌───────────────┐ ┌───────────────┐
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│ 定时器中断 │ │ RS485_Process│
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│ (5ms周期) │ │ (主处理) │
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└───────┬───────┘ └───────┬───────┘
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│ │
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├─> Button_Ticks() ├─> 检查新消息
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├─> Process_Count() │ (NewMessageFlag)
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└─> 其他任务 │
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├─> CRC 校验
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│
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├─> 解析数据
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│ ├─> LOGO 图片 → 保存 Flash + 显示
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│ └─> 普通图片 → 显示图片 + LED
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│
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├─> 检查按键上报
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│ └─> 发送按键命令 (KEY_CMD)
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│
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└─> 检查定时刷新
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└─> 发送实时命令 (RT_CMD)
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```
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### 关键数据结构
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#### RS485_POLL_TYPE（轮询状态）
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```c
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typedef struct {
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volatile uint8_t RT_count; // 实时命令计数（0-55，约275ms）
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volatile uint16_t CMD_ACK; // 命令应答标志（SET=可发送）
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volatile uint8_t ACK_COUNT_ABLE; // 应答计时使能
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volatile uint8_t ACK_count; // 应答等待计数（0-40，约200ms）
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volatile uint8_t ACK_OverTime; // 本次应答超时标志
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volatile uint8_t ACK_OverTimeCnt; // 连续超时次数（0-5）
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} RS485_POLL_TYPE;
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```
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#### logo_type（LOGO 图片数据）
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```c
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typedef struct {
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uint8_t bmpdata[3200]; // BMP 点阵数据
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uint32_t biWidth; // 图片宽度（像素）
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||
uint32_t biHeight; // 图片高度（像素）
|
||
} logo_type;
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```
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### 关键时间参数
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| 参数 | 值 | 说明 |
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|------|-----|------|
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| 定时器周期 | 5ms | 系统基础时钟周期 |
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| 实时轮询周期 | 55×5ms = 275ms | 定时发送实时刷新命令 |
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| 应答超时时间 | 40×5ms = 200ms | 等待应答的最大时间 |
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| 连续超时上限 | 5 次 | 超过则重新初始化 RS485 |
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| CRC 错误上限 | 3 次 | 连续错误则重新初始化 RS485 |
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| LOGO 显示时间 | 2000ms | LOGO 图片显示持续时间 |
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### 错误处理机制
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1. **CRC 校验失败**：
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- 累计错误计数 `CRC_ERR_COUNT`
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- 连续 3 次错误 → 重新初始化 RS485 DMA 接收
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2. **应答超时**：
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- 发送命令后启动应答计时（`ACK_COUNT_ABLE = SET`）
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- 200ms 内未收到应答 → 设置超时标志
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||
- 连续 5 次超时 → 清除连接标志，重新初始化 RS485
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3. **通信恢复**：
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||
- 重新初始化后，`CMD_ACK = SET`，允许重新发送命令
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||
- 系统自动恢复通信流程
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## 🔌 引脚分配
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以下引脚定义与 `led.c`、`key.c`、`rs485.c`、`160160D.C` 中的配置一致。
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### LED 灯（共 20 个）
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所有 LED 均为**低电平有效**（输出低电平点亮，高电平熄灭）。推挽输出，上拉，高速。
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| LED ID | 宏/用途 | 端口 | 引脚 | 说明 |
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|--------|-------------|------|-------|--------------|
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| 0 | `LED_POW` | PC | PC8 | 电源指示灯 |
|
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| 1 | `LED_RUN` | PC | PC9 | 运行指示灯 |
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| 2 | — | PA | PA9 | 通用 LED |
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| 3 | — | PA | PA11 | 通用 LED |
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| 4 | — | PA | PA15 | 通用 LED |
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||
| 5 | — | PC | PC11 | 通用 LED |
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||
| 6 | — | PD | PD0 | 通用 LED |
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||
| 7 | — | PD | PD2 | 通用 LED |
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| 8 | — | PD | PD4 | 通用 LED |
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||
| 9 | — | PD | PD6 | 通用 LED |
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||
| 10 | — | PC | PC7 | 通用 LED |
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||
| 11 | — | PA | PA8 | 通用 LED |
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| 12 | — | PA | PA10 | 通用 LED |
|
||
| 13 | — | PA | PA12 | 通用 LED |
|
||
| 14 | — | PC | PC10 | 通用 LED |
|
||
| 15 | — | PC | PC12 | 通用 LED |
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||
| 16 | — | PD | PD1 | 通用 LED |
|
||
| 17 | — | PD | PD3 | 通用 LED |
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||
| 18 | — | PD | PD5 | 通用 LED |
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||
| 19 | — | PD | PD7 | 通用 LED |
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||
|
||
- **代码位置**：`Drivers/BSP/LED/led.c` 中 `led_config[]` 数组。
|
||
- **API**：`LED_On(id)` / `LED_Off(id)` / `LED_Toggle(id)`；电源灯 `LED_POW(x)`，运行灯 `LED_Toggle(LED_RUN)`。
|
||
|
||
### 按键（共 8 个）
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||
按键为**输入**，无上拉/下拉（由外部电路决定）。按下为低电平，释放为高电平。
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||
|
||
| 按键类型 | 端口 | 引脚 | 说明 |
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||
|-------------|------|-------|------------------------------|
|
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| `KEY_ENTER` | PD | PD12 | 确认键 |
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| `KEY_UP` | PD | PD11 | 上键 |
|
||
| `KEY_DOWN` | PD | PD10 | 下键 |
|
||
| `KEY_LEFT` | PD | PD13 | 左键 |
|
||
| `KEY_RIGHT` | PD | PD8 | 右键 |
|
||
| `KEY_ESC` | PB | PB15 | 取消键 |
|
||
| `KEY_ADD` | PB | PB3 | 加键（需禁用 JTAG，见下） |
|
||
| `KEY_RESET` | PD | PD15 | 复位键 |
|
||
|
||
- **代码位置**：`Drivers/BSP/KEY/key.c` 中 `key_configs[]` 数组。
|
||
- **JTAG 说明**：使用 PB3 时，`Key_Init()` 中会调用 `__HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NOJTAG()` 禁用 JTAG、保留 SWD，以释放 PA15、PB3、PB4 作 GPIO。调试请使用 SWD（PA13/PA14）。
|
||
|
||
### RS485 通信
|
||
|
||
| 信号 | 端口 | 引脚 | 说明 |
|
||
|------|------|-------|-------------------------------------|
|
||
| TX | PA | PA2 | USART2_TX |
|
||
| RX | PA | PA3 | USART2_RX |
|
||
| DE | PA | PA1 | 收发使能，低电平发送、高电平接收 |
|
||
|
||
### LCD 显示（160160D / UC1698U）
|
||
|
||
| 信号 | 端口 | 引脚 | 说明 |
|
||
|----------|------|---------|---------------------|
|
||
| 背光 | PB | PB0 | 背光控制 |
|
||
| RST | PB | PB10 | 复位 |
|
||
| CS | PB | PB11 | 片选 |
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| RD | PB | PB12 | 读使能 |
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| WR | PB | PB13 | 写使能 |
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| CD | PB | PB14 | 命令/数据选择 |
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| D0～D7 | PE | PE8～PE15 | 8 位并行数据总线 |
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## ⚙️ 系统配置
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### 时钟配置
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- **系统时钟**：72MHz
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- **AHB 时钟**：72MHz
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- **APB1 时钟**：36MHz
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- **APB2 时钟**：72MHz
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### 定时器配置
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- **定时器周期**：5ms
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- **中断优先级**：组 2，抢占优先级 1，子优先级 0
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### 看门狗配置
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- **类型**：独立看门狗（IWDG）
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- **喂狗周期**：5ms（在定时器中断中喂狗）
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### 系统保护
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- **自动复位**：系统运行时间超过 5000 秒（约 83 分钟）自动复位，防止长时间运行异常
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## 📝 代码规范
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本项目遵循以下代码规范：
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- **注释风格**：Doxygen 风格注释（`@file`、`@brief`、`@param`、`@retval` 等）
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- **命名规范**：驼峰命名法（函数、变量），宏定义全大写
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- **文件组织**：按功能模块划分，驱动层、中间件层、应用层分离
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## 🔍 主要模块说明
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### LCD 显示模块（160160D）
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- 驱动 UC1698U 控制器
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- 支持 4K 色（RGB444）和 64K 色（RGB565）
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- 提供字符显示、图形显示、LOGO 显示等功能
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### 按键模块（KEY）
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- 基于 MultiButton 库
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- 支持单击、长按、双击等事件
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- 按键事件通过回调函数处理
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### RS485 通信模块
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- DMA 接收模式（主工作模式）
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- 中断接收模式（错误恢复）
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- 支持不定长帧接收（ReceiveToIdle）
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### Modbus 模块
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- Modbus RTU 协议实现
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- 支持实时数据上报、按键上报
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- 支持图片数据传输和屏幕刷新
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### Flash 存储模块
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- BMP 图片数据存储（地址：0x0803F000）
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- 扇区大小：2KB
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- 支持读取和写入操作
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## 🐛 调试说明
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### 调试接口
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- **SWD 接口**：SWDIO、SWCLK（标准 STM32 SWD 接口）
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- **串口调试**：可通过 USART1 进行调试输出（如需要）
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### 常见问题
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1. **编译错误**：检查 Pack 是否安装正确，设备型号是否为 STM32F103ZE
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2. **烧录失败**：检查调试器连接，确认目标板供电正常
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3. **通信异常**：检查 RS485 接线，确认波特率配置正确
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4. **显示异常**：检查 LCD 接线，确认背光控制正常
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## 📄 许可证
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本项目由阜阳师范大学物电学院开发。
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## 👥 作者
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- **开发单位**：阜阳师范大学物电学院
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- **版本**：V0.1
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- **日期**：2026.1.19
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## 📚 参考资料
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- [STM32F103 参考手册](https://www.st.com/resource/en/reference_manual/rm0008-stm32f101xx-stm32f102xx-stm32f103xx-stm32f105xx-and-stm32f107xx-advanced-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics.pdf)
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- [Modbus RTU 协议规范](https://modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b3.pdf)
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- [UC1698U 数据手册](https://www.ultrachip.com.cn/)
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## 🔄 版本历史
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- **V0.1**（2026.1.19）
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- 初始版本
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- 实现 LCD 显示、按键控制、RS485 Modbus 通信等基础功能
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- 添加看门狗保护和系统自动复位功能
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**注意**：本项目仅供学习和研究使用。使用前请仔细阅读代码注释，确保硬件连接正确。
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