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【技术分享】GD32台阶流水灯项目之软件BUG排查与解决

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2729|7
 楼主| blust5 发表于 2023-8-15 15:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
BUG, UG, 流水灯, 软件
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书接上回，之前写了两篇关于台阶流水灯项目的帖子，里面介绍了项目背景和硬件相关内容，以及流水灯运行逻辑处理过程。
2034064db244e9ceb2.png
链接：
【技术分享】GD32台阶流水灯项目之硬件问题与改善
https://bbs.21ic.com/icview-3319996-1-1.html?fromuser=blust5

【技术分享】GD32台阶流水灯项目之亮灯流程完善
https://bbs.21ic.com/icview-3320762-1-1.html?fromuser=blust5

实物照片：
2032664db24965c391.png


台阶流水灯的运行逻辑已经在上篇文章中介绍完毕，这里介绍一下其他内容。
程序参数的设定。
程序参数最开始是准备通过按键进行参数设定，设定完毕之后保存在FLASH里。后面考虑到流水灯的灯数量偏多，于是考虑自动检测灯的数量来进行参数设定，减少人员操作次数。
那么怎么自动检测灯的数量呢？可以通过驱动电流的大小来确定灯的数量。由于不同流水灯带可能会在同样灯数量的情况下具有不同的电流值，因此不能以电流的绝对值来判断，需要用相对值来判断。
于是在台阶灯和扶手流水灯的驱动接口的GND上串接一个0.5R的电阻，通过AD采样其两端电压来确认电流情况。
4661564db24c699469.png
接口处电路。
1894964db24cdc5f2f.png
信号放大与采样电路。
通过上述电路，将电流信号转换为电压信号，并经过放大之后连到单片机的AD口上，通过AD采样进行数值采样。
复制
  1. // ADC功能初始化
    

  2. void adc_gpio_config(void)
    

  3. {
    

  4.     /* enable the GPIO clock */
    

  5.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    

  6.     /* ADCCLK = PCLK2/6 */
    

  7.     rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV6);
    

  8.     /* enable ADC clock */
    

  9.     rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC);
    


  10. 

  11.     gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3);
    

  12. }
    


  13. 

  14. void adc_config(void)
    

  15. {
    

  16.     /* ADC channel length config */
    

  17.     adc_channel_length_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, 1);
    

  18.     /* ADC external trigger source config */
    

  19.     adc_external_trigger_source_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE);
    

  20.     /* ADC external trigger enable */
    

  21.     adc_external_trigger_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);
    

  22.     /* ADC data alignment config */
    

  23.     adc_data_alignment_config(ADC_DATAALIGN_RIGHT);
    

  24.     /* ADC special function config */
    

  25.     adc_special_function_config(ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
    

  26.     /* ADC oversample mode config */
    

  27.     adc_oversample_mode_config(ADC_OVERSAMPLING_ALL_CONVERT, ADC_OVERSAMPLING_SHIFT_4B, ADC_OVERSAMPLING_RATIO_MUL16);
    

  28.     /* ADC oversample mode enable */
    

  29.     adc_oversample_mode_enable();
    

  30.     /* enable ADC interface */
    

  31.     adc_enable();
    

  32.     delay_1ms(1);
    

  33.     /* ADC calibration and reset calibration */
    

  34.     adc_calibration_enable();
    

  35. }
    


  36. 

  37. void adc_init(void)
    

  38. {
    

  39.     adc_gpio_config();
    

  40.     adc_config();
    

  41. }
复制
  1. // ADC采样函数
    

  2. uint16_t ADC_Read(uint8_t channel)
    

  3. {
    

  4.     uint16_t adcValue = 0;
    


  5. 

  6.     // 配置ADC通道转换顺序，采样时间为55.5个时钟周期
    

  7.     adc_regular_channel_config(0, channel, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
    

  8.     // 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换
    

  9.     adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL);
    


  10. 

  11.     while(!adc_flag_get(ADC_FLAG_EOC));                       // 等待采样完成
    

  12.     adc_flag_clear(ADC_FLAG_EOC);                             // 清除结束标志
    


  13. 

  14.     adcValue = adc_regular_data_read();                         // 读取ADC数据
    

  15.     return adcValue;
    

  16. }

配合亮灯驱动函数，从1开始逐颗增加亮灯数量，然后采样ADC，确认ADC值是否变化超过一定值。如果有变化一定值，则确认有新的灯亮起，否则认为已亮起所有灯，数量不再变化，由此确认灯的数量。
自动检测灯的数量的同时，数码管进行“-”的跑马显示，防止被误认为死机状态。
复制
  1. void led_num_init()
    

  2. {
    

  3.     static uint8_t com = 0;
    

  4.     uint16_t i, cycle;
    

  5.     uint16_t prev_adc1=0, prev_adc2=0, now_adc1=0, now_adc2=0;
    


  6. 

  7.     gpio_bit_set(LED_ABC_PORT,LED_A_PIN|LED_B_PIN|LED_C_PIN);
    

  8.     gpio_bit_set(LED_D_DP_PORT,LED_D_PIN|LED_E_PIN|LED_F_PIN|LED_DP_PIN);
    

  9.     gpio_bit_reset(LED_D_DP_PORT, LED_G_PIN);
    


  10. 

  11.     para_data[DATA_STEP_NUM] = 0;
    

  12.     para_data[DATA_COLOR_NUM] = 0;
    


  13. 

  14.     for(cycle=1; cycle<STEP_NUM_MAX*2; cycle++)
    

  15.     {
    

  16.         gpio_bit_set(LED_COM_PORT,LED_COM1_PIN|LED_COM2_PIN|LED_COM3_PIN|LED_COM4_PIN);
    

  17.         switch(com)
    

  18.         {
    

  19.         case 0:
    

  20.             gpio_bit_reset(LED_COM_PORT,LED_COM1_PIN);
    

  21.             break;
    

  22.         case 1:
    

  23.             gpio_bit_reset(LED_COM_PORT,LED_COM2_PIN);
    

  24.             break;
    

  25.         case 2:
    

  26.             gpio_bit_reset(LED_COM_PORT,LED_COM3_PIN);
    

  27.             break;
    

  28.         case 3:
    

  29.             gpio_bit_reset(LED_COM_PORT,LED_COM4_PIN);
    

  30.             break;
    

  31.         default:
    

  32.             com = 0;
    

  33.             gpio_bit_reset(LED_COM_PORT,LED_COM1_PIN);
    

  34.             break;
    

  35.         }
    

  36.         com ++;
    


  37. 

  38.         for(i=0; i<STEP_NUM_MAX; i++)
    

  39.         {
    

  40.             if(i < cycle)
    

  41.             {
    

  42.                 ws_step_set1(0xFFFFFF);
    

  43.             }
    

  44.             else
    

  45.             {
    

  46.                 ws_step_set1(0);
    

  47.             }
    

  48.         }
    

  49.         ws_step_reset();
    


  50. 

  51.         for(i=0; i<STEP_NUM_MAX*2; i++)
    

  52.         {
    

  53.             if(i < cycle)
    

  54.             {
    

  55.                 ws_color1_set1(0xFFFFFF);
    

  56.             }
    

  57.             else
    

  58.             {
    

  59.                 ws_color1_set1(0);
    

  60.             }
    

  61.         }
    

  62.         ws_color1_reset();
    

  63.         for(i=0; i<STEP_NUM_MAX*2; i++)
    

  64.         {
    

  65.             if(i < cycle)
    

  66.             {
    

  67.                 ws_color2_set1(0xFFFFFF);
    

  68.             }
    

  69.             else
    

  70.             {
    

  71.                 ws_color2_set1(0);
    

  72.             }
    

  73.         }
    

  74.         ws_color2_reset();
    


  75. 

  76.         delay_1ms(300);
    

  77.         now_adc1 = ADC_Read(STEP_LED_ADC);
    

  78.         now_adc2 = ADC_Read(COLOR_LED_ADC);
    

  79.         if((now_adc1 > prev_adc1)&&(now_adc1 - prev_adc1 > 20))
    

  80.         {
    

  81.             para_data[DATA_STEP_NUM] = cycle;
    

  82.         }
    

  83.         if((now_adc2 > prev_adc2)&&(now_adc2 - prev_adc2 > 10))
    

  84.         {
    

  85.             para_data[DATA_COLOR_NUM] = cycle;
    

  86.         }
    

  87.         prev_adc1 = now_adc1;
    

  88.         prev_adc2 = now_adc2;
    


  89. 

  90.         if((cycle > para_data[DATA_STEP_NUM])&&(cycle > para_data[DATA_COLOR_NUM]))
    

  91.         {
    

  92.             break;
    

  93.         }
    

  94.     }
    


  95. 

  96.     if((para_data[DATA_STEP_NUM] == 0)||(para_data[DATA_STEP_NUM] > STEP_NUM_MAX))
    

  97.     {
    

  98.         para_data[DATA_STEP_NUM] = 1;
    

  99.     }
    

  100.     if((para_data[DATA_COLOR_NUM] == 0)||(para_data[DATA_COLOR_NUM] > STEP_NUM_MAX*2))
    

  101.     {
    

  102.         para_data[DATA_COLOR_NUM] = 1;
    

  103.     }
    

  104. }

以上逻辑在原理上没有问题，但是在实际测试过程中发现，台阶灯由于单颗灯（单颗LED驱动芯片）对应的是一个灯条，因此有明显的电流变化，可以准确的测出数量；但是扶手流水灯在数量大道一定值后，基本上已经测不到电流变化情况了（硬件源头上已经无法测出，因此软件无法解决），因此所测数量偏小。
最终该方案被丢弃，返回最开始确定的直接通过按键设置灯的数量，但是增加了在设置灯数量时，同步亮起对应的灯，进行提示，方便人员观察设置是否准确，而不需要去一颗颗数出来数量之后再设置。
同时将灯的亮度参数设为隐藏参数，需同时长按1、3按键三秒以上才可进行修改。
复制
  1. void key_press_process()
    

  2. {
    

  3.     static uint8_t key_press_cnt = 0;
    


  4. 

  5.     if(key1_press_flag == 3)
    

  6.     {
    

  7.         key_press_cnt = 0;

以上是关于AD采样自动识别灯的数量方案的测试与最终丢弃过程。
在实际测试过程中还发现，在灯的数量达到一定数量以上之后，前面的灯点亮时，后面某一位置的灯可能会出现误点亮情况，所有灯都熄灭时也可能出现该现象。
开始以为灯带过长导致信号畸变，从而被LED驱动芯片误识别的原因。
后面想了一下，如果是误识别，不应该是在固定位置，而且信号是经过LED驱动芯片转发的，实际信号传输距离很短。
然后继续分析该异常情况出现的原因，认为可能是中断响应影响了LED驱动信号的时序。
LED驱动芯片时序如下图。
9067564db27fbed2da.png
一个数据位约需要1.5us时间，一颗LED驱动芯片需要24个数据位，约36us，当灯的数量达到28颗时，改变一次灯的状态所发出的驱动信号时间就是1008us，已经超过1ms了。
而GD32MCU使用的滴答定时器systick的中断间隔为1ms，因此当灯的数量超过28个以上时，在发送LED驱动信号的过程中就会出现被中断响应打断的情况。
由于LED驱动芯片识别数据位的时序已经到了100ns级别，中断响应花费的时间完全足以改变其状态，从而使其将0码误识别为1码，导致误亮灯。
而且误亮灯的位置基本上在第28-30颗灯的位置，也与该分析吻合。
于是最终确认出现该异常的原因为中断响应打断了LED驱动信号的发送进程，导致LED驱动芯片误识别驱动信号。
那么怎么解决呢？可以考虑在LED驱动信号发送过程中屏蔽中断。
但是在查看了芯片手册之后，发现GD32的滴答定时器systick中断无法屏蔽。
只能将systick的中断间隔更改为100ms（不足以误触发LED驱动信号的程度），同时另外开启一个普通定时器（这里使用Timer0），设定其定时间隔为1ms，用来代替之前systick的作用，用以给系统提供时间基准。并在发送LED驱动信号时关闭定时器的中断允许。
复制
  1. // 定时器初始化函数
    

  2. void timer_config(void)
    

  3. {
    

  4.     /* TIMER0CLK = SystemCoreClock / 72 = 1MHz */
    

  5.     timer_parameter_struct timer_initpara;
    


  6. 

  7.     rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER0);
    

  8.     timer_deinit(TIMER0);
    


  9. 

  10.     /* TIMER0 configuration */
    

  11.     timer_initpara.prescaler         = 71;
    

  12.     timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
    

  13.     timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
    

  14.     timer_initpara.period            = 1000;
    

  15.     timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
    

  16.     timer_initpara.repetitioncounter = 0;
    

  17.     timer_init(TIMER0,&timer_initpara);
    


  18. 

  19.     /* auto-reload preload enable */
    

  20.     timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER0);
    

  21.     timer_interrupt_flag_clear(TIMER0, TIMER_INT_FLAG_UP);
    

  22.     timer_interrupt_enable(TIMER0, TIMER_INT_UP);
    

  23.     timer_enable(TIMER0);
    

  24. }
复制
  1. // 定时器中断处理函数
    

  2. void TIMER0_BRK_UP_TRG_COM_IRQHandler(void)
    

  3. {
    

  4.     static uint16_t time_cnt_ms = 0;
    

  5.     static uint8_t key_scan_cnt = 0;
    


  6. 

  7.     if(SET == timer_interrupt_flag_get(TIMER0, TIMER_INT_FLAG_UP))
    

  8.     {
    

  9.         timer_interrupt_flag_clear(TIMER0, TIMER_INT_FLAG_UP);
    


  10. 

  11.         key_scan_cnt ++;
    

  12.         if((key_scan_cnt%4)==0)
    

  13.         {
    

  14.             led_scan_flag = 1;
    

  15.         }
    

  16.         if((key_scan_cnt%10) == 0)
    

  17.         {
    

  18.             key_scan_flag = 1;
    

  19.         }
    

  20.         if(key_scan_cnt >= 20)
    

  21.         {
    

  22.             key_scan_cnt = 0;
    

  23.         }
    


  24. 

  25.         time_cnt_ms ++;
    

  26.         if(time_cnt_ms%20 == 0)
    

  27.         {
    

  28.             time_20ms_flag = 1;
    

  29.         }
    

  30.         if(time_cnt_ms%100 == 0)
    

  31.         {
    

  32.             time_100ms_flag = 1;
    

  33.         }
    

  34.         if(time_cnt_ms%500 == 0)
    

  35.         {
    

  36.             time_500ms_flag = 1;
    

  37.         }
    

  38.         if(time_cnt_ms >= 1000)
    

  39.         {
    

  40.             time_1s_flag = 1;
    

  41.             time_cnt_ms = 0;
    

  42.         }
    

  43.     }
    

  44. }

然后再所有驱动LED改变状态的位置按如下操作进行，在最终信号输出至IO口时，关闭中断。
复制
  1.     nvic_irq_disable(TIMER0_BRK_UP_TRG_COM_IRQn);  // 关闭定时器0中断
    

  2.     for(i=0; i<para_data[DATA_STEP_NUM]; i++)
    

  3.     {
    

  4.         if(led_state_1[i] + led_state_2[i] > 0)
    

  5.         {
    

  6.             ws_step_set1(step_light_data);
    

  7.         }
    

  8.         else
    

  9.         {
    

  10.             ws_step_set1(0);
    

  11.         }
    

  12.     }
    

  13.     ws_step_reset();
    

  14.     nvic_irq_enable(TIMER0_BRK_UP_TRG_COM_IRQn, 3);  // 开启定时器0中断

程序修改完之后，再次进行测试，异常现象排除，问题解决。
到这里，这个台阶流水灯项目已经完成了，功能也达到了预期。
详细代码放到附件里，供大家参考。

GD32E230_Waterfall_Light.zip (1.45 MB, 下载次数: 19)

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21小跑堂 打赏了 50.00 元 2023-08-18
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21小跑堂
自动检测灯珠数量不愧为一个好的想法，作者通过产生想法-理论推导-动手实践达到自己的目的，尽管过程曲折，还是通过探索完成了设计，点赞  发表于 2023-8-18 18:32

相关帖子
zhenykun 发表于 2023-8-15 20:43 | 显示全部楼层
这么大板子。。。
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 楼主| blust5 发表于 2023-8-16 08:15 | 显示全部楼层
zhenykun 发表于 2023-8-15 20:43
这么大板子。。。

板子是朋友画的 不是我画的。。。
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tpgf 发表于 2023-9-11 12:14 | 显示全部楼层
对于一个项目来说 如何排查软件上的问题呢
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heimaojingzhang 发表于 2023-9-11 13:06 | 显示全部楼层
可以只通过软件编程来排除逻辑上的错误码
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keaibukelian 发表于 2023-9-11 19:00 | 显示全部楼层
可以进行分段识别吗 这样就不用人工参与了
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Bowclad 发表于 2023-9-27 20:45 | 显示全部楼层
自动检测灯珠数量用电流估算准不准啊？
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