學(xué)習(xí)數(shù)碼管，面向通用接口編程的基礎(chǔ)

周立功教授新書《面向AMetal框架與接口的編程（上）》，對AMetal框架進行了詳細介紹，通過閱讀這本書，你可以學(xué)到高度復(fù)用的軟件設(shè)計原則和面向接口編程的開發(fā)思想，聚焦自己的“核心域”，改變自己的編程思維，實現(xiàn)企業(yè)和個人的共同進步。經(jīng)周立功教授授權(quán)，即日起，致遠電子公眾號將對該書內(nèi)容進行連載，愿共勉之。

第七章為面向通用接口的編程，本文內(nèi)容為7.6 數(shù)碼管。

7.6 數(shù)碼管

>>> 7.6.1 通用數(shù)碼管接口

AMetal 提供了一套通用數(shù)碼管接口，詳見表7.7。

表7.7 數(shù)碼管通用接口（am_digitron_disp.h）

1． 設(shè)置段碼解碼函數(shù)

數(shù)碼管的各個段可以組合顯示出多種圖形，使用該函數(shù)可以自定義字符的解碼函數(shù)，其函數(shù)原型為：

其中，id 表示設(shè)置數(shù)碼管顯示器的編號，這里的id 指的是顯示器的編號，而不是數(shù)碼管的位索引。一般情況下，僅只有一個數(shù)碼管顯示器，比如，MiniPort-View 顯示器，其包含兩位數(shù)碼管，僅只有一個數(shù)碼管顯示器時，id 為0。

pfn_decode 為函數(shù)指針，其指向的函數(shù)即為設(shè)置的解碼函數(shù)，解碼函數(shù)的參數(shù)為uint16_t類型的字符，返回值為uint16_t 類型的編碼。

絕大部分情況下，對于8 段數(shù)碼管，如字符'0' ~ '9'等都是有默認編碼的，為此，AMetal提供了默認的8 段數(shù)碼管解碼函數(shù)，可以支持常見的字符'0' ~ '9'以及 'A' 、'B'、 'C' 、'D'、'E'、 'F'等的字符的解碼。其在am_digitron_disp.h 文件中聲明：

如無特殊需求，直接將該函數(shù)作為pfn_decode 的實參傳遞，范例程序詳見程序清單7.40。

程序清單7.40 am_digitron_disp_decode_set()范例程序

若由于應(yīng)用特殊需求，要求字符使用自定義的特殊編碼，如要使字符'O'的編碼為 0xFC，則可以自定義如下解碼函數(shù)：

然后將該函數(shù)作為pfn_decode 的實參傳遞即可：

2． 設(shè)置數(shù)碼管閃爍

該函數(shù)可以指定數(shù)碼管顯示器的某一位數(shù)碼管閃爍，其函數(shù)原型為：

其中，id 為數(shù)碼管顯示器編號；index 為數(shù)碼管索引，如MiniPort-View 有兩位數(shù)碼管，則兩個數(shù)碼管的索引分別為 0 和1；blink 表示該位是否閃爍，若其值為AM_TRUE，則閃爍，反之，則不閃爍，默認情況下，所有數(shù)碼管均處于未閃爍狀態(tài)。如設(shè)置1 號數(shù)碼管閃爍的范例程序詳見程序清單7.41。

程序清單7.41 am_digitron_disp_blink_set()范例程序

3． 顯示指定的段碼圖形

該函數(shù)用于不經(jīng)過解碼函數(shù)解碼，直接顯示段碼指定的圖形，可以靈活的顯示任意特殊圖形，其函數(shù)原型為：

其中，id 為數(shù)碼管顯示器編號；index 為數(shù)碼管索引；seg 為顯示的段碼。如在8 段數(shù)碼管上顯示字符'-'，即需要g 段點亮，對應(yīng)的段碼為0x02（即：0000 0010），范例程序詳見程序清單7.42。

程序清單7.42 am_digitron_disp_at()范例程序

4． 顯示單個字符

該函數(shù)用于在指定位置顯示一個字符，字符經(jīng)過解碼函數(shù)解碼后顯示，若解碼函數(shù)不支持該字符，則不顯示任何內(nèi)容，其函數(shù)原型為：

其中，id 為數(shù)碼管顯示器編號，index 為數(shù)碼管索引，ch 為顯示的字符。比如，顯示字符'H'的范例程序詳見程序清單7.43。

程序清單7.43 am_digitron_disp_char_at()范例程序

5． 顯示字符串

該函數(shù)用于從指定位置開始顯示一個字符串，其函數(shù)原型為：

其中，id 為數(shù)碼管顯示器編號，index 為顯示字符串的數(shù)碼管起始索引，即從該索引指定的數(shù)碼管開始顯示字符串，len 指定顯示的長度，p_str 指向需要顯示的字符串。

實際顯示的長度是len 和字符串長度的較小值，若數(shù)碼管位數(shù)不夠，則多余字符不顯示。如顯示字符"HELLO"的范例程序詳見程序清單7.44。

程序清單7.44 am_digitron_disp_str()范例程序

若使用的是MiniPort-View，由于只存在兩個數(shù)碼管，因此最終只會顯示"HE"。

通常情況下，需要顯示一些數(shù)字，如顯示變量的值，此時，可以先將變量通過格式化字符串函數(shù)輸出到字符串緩沖區(qū)中，然后再使用am_digitron_disp_str()函數(shù)顯示該字符串。比如，顯示一個變量i 的值，范例程序詳見程序清單7.45。

程序清單7.45 使用am_digitron_disp_str()顯示整數(shù)變量值的范例程序

其中，am_snprintf()與標(biāo)準(zhǔn)C 函數(shù)snprintf()函數(shù)功能相同，均用于格式化字符串到指定的緩沖區(qū)中，其函數(shù)原型為（am_vdebug.h）：

其與am_kprintf()函數(shù)的區(qū)別是，am_kprintf()將信息直接通過調(diào)試串口打印輸出，而am_snprintf()函數(shù)將信息輸出到大小為sz 的buf 緩沖區(qū)中。

6． 顯示清屏

該函數(shù)用于顯示清屏，清除數(shù)碼管顯示器中的所有內(nèi)容，其函數(shù)原型為：

其中，id 為數(shù)碼管顯示器編號，范例程序詳見程序清單7.46。

程序清單7.46 am_digitron_disp_clr()范例程序

基于數(shù)碼管通用接口，可以編寫一個簡易的60s 倒計時程序，當(dāng)?shù)褂嫊r還剩5s 時，數(shù)碼管閃爍。基于模塊化編程思想，將應(yīng)用程序存放到app_digitron_count_down.c 文件中，并將其接口聲明到app_digitron_count_down.h 文件中，詳見程序清單7.47 和程序清單7.48。

程序清單7.47 倒計時應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)（app_digitron_count_down.c）

程序清單7.48 倒計時應(yīng)用程序接口聲明（app_digitron_count_down.h）

由此可見，要使用此應(yīng)用程序，只需在調(diào)用其入口函數(shù)app_digitron_count_down()時，指定應(yīng)用程序所使用的數(shù)碼管顯示器編號即可。應(yīng)用程序與具體MCU、數(shù)碼管驅(qū)動方式無關(guān)，可以在任何AMetal 平臺上運行。

顯然，要使應(yīng)用程序可以使用通用操作數(shù)接口操作數(shù)碼管，就需要為具體的數(shù)碼管提供相應(yīng)的驅(qū)動。AMetal 提供了MiniPort-View 的驅(qū)動，用戶可以直接使用。

>>> 7.6.2 數(shù)碼管驅(qū)動

AMetal 數(shù)碼管驅(qū)動提供了一個初始化函數(shù)，使用該函數(shù)初始化一個數(shù)碼管實例后，即可使用通用數(shù)碼管接口操作數(shù)碼管。其函數(shù)原型為：

其中，p_dev 為指向am_digitron_scan_gpio_dev_t 類型實例的指針，p_info 為指向am_digitron_scan_gpio_info_t 類型實例信息的指針。

1. 實例

定義am_digitron_scan_gpio_dev_t 類型（am_digitron_scan_gpio.h）實例如下：

其中，miniport_view 為用戶自定義的實例，其地址作為p_dev 的實參傳遞。

2. 實例信息

實例信息主要描述與數(shù)碼管相關(guān)的信息，比如，使用的GPIO 引腳號、數(shù)碼管個數(shù)等以及本實例對應(yīng)的顯示器編號（通用接口即可使用該顯示器編號操作該數(shù)碼管實例）等。其類型am_digitron_scan_gpio_info_t 的定義（am_digitron_scan_gpio.h）如下：

其中，scan_info 是數(shù)碼管動態(tài)掃描相關(guān)的信息，包含了掃描頻率、掃描方式和緩存的定義等；base_info 是數(shù)碼管基礎(chǔ)信息，如數(shù)碼管個數(shù)、段碼位數(shù)等；p_seg_pins 指向存放各個段對應(yīng)引腳號的數(shù)組，p_com_pins 指向存放各個位選對應(yīng)引腳號的數(shù)組。若使用AM824-Core 開發(fā)板與MiniPort-View 直接連接，其段碼引腳為PIO0_8 ~ PIO0_15，位選引腳分別為PIO0_17 和PIO0_23。分別定義存放段碼引腳號和位選引腳號的數(shù)組：

g_digitron_seg_pins 數(shù)組的地址即可作為p_seg_pins 的值；g_digitron_com_pins 數(shù)組的地址即可作為p_com_pins 的值。

scan_info 成員的類型am_digitron_scan_devinfo_t 定義（am_digitron_scan.h）如下：

其中，devinfo 是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼管設(shè)備的信息，其僅包含顯示器ID 號，其類型定義（am_digitron_dev.h）如下：

當(dāng)前只連接了單個數(shù)碼管實例，因此，將id 設(shè)置為0，在使用數(shù)碼管通用接口時，將顯示器id 參數(shù)賦值為0 即可操作此處初始化的數(shù)碼管實例。

scan_freq 指定掃描的頻率，通常情況下，為避免看到閃爍現(xiàn)象，將頻率設(shè)置為50Hz。blink_on_time 和blink_off_time 分別指定了數(shù)碼管閃爍時，數(shù)碼管點亮的時間和熄滅的時間，以此可以達到調(diào)節(jié)閃爍效果的作用。通常情況下，數(shù)碼管以1Hz 頻率閃爍，點亮和熄滅的時間分別設(shè)置為500ms。

p_disp_buf 指向數(shù)碼管的顯存，顯存的類型為uint8_t，顯存的大小與數(shù)碼管個數(shù)相同。對于MiniPort-View，共計有兩個數(shù)碼管，因此大小為2 的顯存定義如下：

g_disp_buf 數(shù)組的地址即可作為p_disp_buf 的值。

p_scan_buf 指向數(shù)碼管的掃描緩存，用于存儲單次掃描到的數(shù)碼管的段碼，對于8 段數(shù)碼管，其緩存的類型為uint8_t ，緩存的大小與單次掃描的數(shù)碼管個數(shù)相同， 對于MiniPort-View，一次只能掃描一個數(shù)碼管，因此掃描緩存的大小為1，掃描緩存可定義如下：

g_scan_buf 數(shù)組的地址即可作為p_scan_buf 的值。

base_info 成員的類型am_digitron_base_info_t 定義（am_digitron_base.h）如下：

其中，num_segment 表示數(shù)碼管的段數(shù)，對于MiniPort-View，其數(shù)碼管為8 段數(shù)碼管，因此num_segment 的值為8。num_rows 和num_cols 分別表示數(shù)碼管的行數(shù)和列數(shù)，對于MiniPort-View，其數(shù)碼管的排布方式為 1×2，即單行兩個數(shù)碼管，因此num_rows 和num_cols的值分別為1 和2。

如表7.8 所示為數(shù)碼管掃描方式，scan_mode 表示數(shù)碼管的掃描方式，可選的掃描方式有行掃描或列掃描方式，掃描方式是由硬件決定的，對于MiniPort-View，其僅單行兩個數(shù)碼管，橫向的兩個數(shù)碼管共用段碼引腳，因此，只能使用列掃描方式，即一次掃描一列（一個數(shù)碼管），scan_mode 的值為AM_DIGITRON_SCAN_MODE_COL。

表7.8 數(shù)碼管掃描方式

seg_active_low 表示驅(qū)動段點亮的有效電平是否為低電平，由于MiniPort-View 使用的是共陽數(shù)碼管，因此，段的驅(qū)動電平為低電平，seg_active_low 的值為AM_TRUE。

com_active_low 表示驅(qū)動位選有效的電平是否為低電平，雖然共陽數(shù)碼管的公共端是高

電平有效，但由于添加了三極管驅(qū)動電路，三極管是GPIO 輸出低電平時導(dǎo)通，進而使數(shù)碼管公共端為高電平。因此驅(qū)動位選有效的同樣是低電平，com_active_low 的值為AM_TRUE。基于以上信息，實例信息定義如下：

基于實例和實例信息，即可完成MiniPort-View 數(shù)碼管的初始化：

當(dāng)完成初始化后，可使用通用數(shù)碼管接口操作顯示器編號為0 的數(shù)碼管設(shè)備。為了便于配置數(shù)碼管（修改實例信息）?；谀K化編程思想，將初始化相關(guān)的實例、實例信息等的定義存放到數(shù)碼管的配置文件中，通過頭文件引出實例初始化函數(shù)接口，源文件和頭文件的程序范例分別詳見程序清單7.49 和程序清單7.50。

程序清單7.49 數(shù)碼管實例初始化函數(shù)實現(xiàn)（am_hwconf_miniport_view.c）

程序清單7.50 數(shù)碼管實例初始化函數(shù)聲明（am_hwconf_miniport_view.h）

后續(xù)只需使用無參數(shù)的實例初始化函數(shù)，即可執(zhí)行以下語句完成數(shù)碼管實例的初始化：

當(dāng)完成初始化后，可使用通用數(shù)碼管接口操作顯示器編號為0 的數(shù)碼管設(shè)備，運行如程序清單7.47 所示的倒計時程序，檢驗?zāi)芊襁_到預(yù)期的效果，主程序詳見程序清單7.51。

程序清單7.51 運行倒計時應(yīng)用程序的主程序

>>> 7.6.3 數(shù)碼管驅(qū)動（HC595 輸出段碼）

當(dāng)GPIO 資源不足時，則可以在AM824-Core 與MiniPort-View 之間增加MiniPort-595，使用HC595 驅(qū)動數(shù)碼管的段碼，達到節(jié)省引腳的目的。

顯然，在前面的數(shù)碼管驅(qū)動中，8 位段碼是直接由GPIO 輸出的，若改由HC595 輸出段碼，則使用的驅(qū)動也需要發(fā)生相應(yīng)的改變。AMetal 提供了使用HC595 輸出段碼的數(shù)碼管驅(qū)動，僅包含一個初始化函數(shù)，使用該函數(shù)初始化一個數(shù)碼管實例后，即可使用通用數(shù)碼管接口操作數(shù)碼管。其函數(shù)原型為：

• p_dev 為指向am_digitron_scan_hc595_gpio_dev_t 類型實例的指針；

• p_info 為指向am_digitron_scan_hc595_gpio_info_t 類型實例信息的指針。

1. 實例

am_digitron_scan_hc595_gpio_dev_t 類型（am_digitron_scan_hc595_gpio.h）實例的定義

如下：

其中，miniport_view_595 為用戶自定義的實例，其地址作為p_dev 的實參傳遞。

2. 實例信息

實例信息主要描述與數(shù)碼管相關(guān)的信息，比如，使用的位選GPIO 引腳號、數(shù)碼管個數(shù)等以及本實例對應(yīng)的顯示器編號（通用接口即可使用該顯示器編號操作該數(shù)碼管實例）等。

其類型am_digitron_scan_hc595_gpio_info_t 的定義（am_digitron_scan_hc595_gpio.h）如下：

將其與GPIO 輸出段碼的數(shù)碼管實例信息相比（am_digitron_scan_gpio_info_t）可以發(fā)現(xiàn)，其僅僅少了一個數(shù)據(jù)成員p_seg_pins，其它信息都是完全一樣的。這是由于當(dāng)使用595輸出段碼時，不再需要使用GPIO 輸出段碼，因此，也就不用指定段碼引腳?；诖?，只需要從GPIO 輸出段碼的數(shù)碼管實例信息中去掉段碼引腳，即可得到HC595 輸出段碼的數(shù)碼管實例信息：

3. HC595 句柄handle

若使用Miniport-595 輸出碼段，則應(yīng)通過MiniPort-595 的實例初始化函數(shù)獲得HC595的句柄。即：

HC595 句柄即可直接作為handle 的實參傳遞。

基于實例、實例信息和HC595 句柄，可以完成數(shù)碼管實例的初始化。比如：

當(dāng)完成初始化后，可使用通用數(shù)碼管接口操作顯示器編號為0 的數(shù)碼管設(shè)備?；谀K化編程思想，將初始化相關(guān)的實例、實例信息等的定義存放到數(shù)碼管的配置文件中，將相關(guān)內(nèi)容新增到am_hwconf_miniport_view.c 文件中，同時,將實例初始化函數(shù)的聲明新增到am_hwconf_miniport_view.h 文件中，詳見程序清單7.52 和程序清單7.53。

程序清單7.52 數(shù)碼管實例初始化函數(shù)實現(xiàn)（am_hwconf_miniport_view.c）

程序清單7.53 am_hwconf_miniport_view.h 文件更新

后續(xù)只需使用無參數(shù)的實例初始化函數(shù)，即可執(zhí)行以下語句完成數(shù)碼管實例的初始化：

當(dāng)完成初始化后，可調(diào)用通用數(shù)碼管接口操作顯示器編號為0 的數(shù)碼管，運行如程序清單7.47 所示的倒計時程序，檢驗?zāi)芊襁_到預(yù)期的效果，主程序詳見程序清單7.54。

程序清單7.54 運行倒計時應(yīng)用程序的主程序