基于面向?qū)ο蠛秃唵喂S模式，設(shè)計一個通用的 LED 顯示模塊

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師，關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！

源碼：https://gitee.com/embediot/led_module

發(fā)光二極管（LED），是科學(xué)物理世界最重要的發(fā)明之一，三原色RGB-LED燈有一段經(jīng)典的發(fā)展歷史，具體可以在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)資料進(jìn)行了解，特別是得益于藍(lán)色 LED 燈的發(fā)明創(chuàng)造，才能有今天如此繽紛多彩的世界。

點亮一顆LED燈，可以說是每一位嵌入式初學(xué)者入門必學(xué)的首要內(nèi)容，點亮一顆LED之所以成為入門經(jīng)典，是因為點燈這個過程，可以讓每一位初學(xué)者對嵌入式開發(fā)的軟件環(huán)境搭建，開發(fā)板硬件基礎(chǔ)，固件編譯和燒錄，等等環(huán)節(jié)，有一個概念性的認(rèn)識。

如果在物理電路的角度進(jìn)行分析，就是讓這顆LED燈珠的陽極和陰極有一定的電壓差，LED燈就會被點亮，而對于MCU芯片來說，就是某個驅(qū)動引腳對外輸出高低電平，讓這顆LED燈點亮或者熄滅。

大道至簡，簡單的高低電平翻轉(zhuǎn)就可以讓一顆LED燈不斷亮滅交替，N 顆不同顏色的LED燈進(jìn)行排列組合，再配合產(chǎn)品經(jīng)理給它們賦予的色彩意義，一個繽紛的幻彩世界就這樣出現(xiàn)在我們的面前。

嵌入式軟件入門學(xué)習(xí)點燈，一般都是告訴我們?nèi)绾伟褵酎c亮，然而，在復(fù)雜的產(chǎn)品邏輯背后，多種顏色的LED燈配合不同的亮滅周期，會為產(chǎn)品帶來不同的功能含義，這已經(jīng)不是簡單的高低電平所能夠處理的了。

上一篇文章，我們基于面向?qū)ο蠛?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1473503.html">狀態(tài)機(jī)的思想，設(shè)計了一個通用的單片機(jī)按鍵檢測模塊，關(guān)于上一篇文章的內(nèi)容，可以點擊以下鏈接。

基于狀態(tài)機(jī)和面向?qū)ο蟮乃枷?，設(shè)計一個通用的按鍵檢測模塊。

本篇文章，我們基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，配合簡單工廠設(shè)計模式，編寫一個單片機(jī)通用的LED顯示模塊，模塊盡可能遵循“設(shè)備”與“驅(qū)動”分離原則，模塊內(nèi)部做到高內(nèi)聚，并且面向接口編程，為應(yīng)用層提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。

以下是模塊的具體設(shè)計過程。

1、通用的單片機(jī)LED顯示模塊，主要是把LED引腳相關(guān)的驅(qū)動接口抽象出來，因為不同的LED效果，會有不同的驅(qū)動方式，比如MCU引腳電平翻轉(zhuǎn)驅(qū)動，PWM驅(qū)動，LED芯片驅(qū)動，等等，整個模塊的源碼文件，如下圖所示。

2、先看一下led_driver.h文件，在這里文件里面，主要是聲明了一個枚舉變量，有多少個物理LED燈就有多少個編號，這個編號是操作驅(qū)動層的索引值，因此LED_MAX_NUM通常表示物理LED燈珠的總數(shù)。同時還聲明了一個顏色值結(jié)構(gòu)體以及一些LED驅(qū)動接口，如下圖所示。

3、不同的LED顯示功能，需要對接不同的LED驅(qū)動程序，比如，如果只需要簡單的LED亮滅翻轉(zhuǎn)，可以只采用簡單的引腳驅(qū)動，如果需要進(jìn)行調(diào)光或者色彩控制，則可以選擇使用PWM調(diào)光，或者使用自帶LED驅(qū)動芯片的燈珠，如WS2812B。

4、對于不同的LED驅(qū)動程序（led_drv_pin/ led_drv_pwm/ led_drv_ws2812b），都包含了led_driver的抽象接口，我們以led_drv_ws2812b 為例，來描述一下這個架構(gòu)，其他兩個驅(qū)動程序同樣也可以作為參考。

5、在led_drv_ws2812b.h文件里面，聲明了一個led_drv_ws2812b_t結(jié)構(gòu)體里面，這個結(jié)構(gòu)體主要是包含了led_driver_t驅(qū)動接口，同時也包含了ws2812b燈珠的某些特定參數(shù)，比如亮度參數(shù)，顏色值參數(shù)，以及對外提供一些必要的操作接口，等等，具體代碼如下圖所示。

6、在led_drv_ws2812b.c文件里面，主要是對led_driver_t接口的實現(xiàn)，包括MCU驅(qū)動引腳的初始化配置，以及ws2812b的時序控制，然后根據(jù)這些接口，分別填充led_driver_t結(jié)構(gòu)體里面的各個成員接口，代碼如下圖所示。

7、在源文件的led_drv_ws2812b_create里面，主要是用上面的函數(shù)，填充led_drv_ws2812b結(jié)構(gòu)體對象，記住這個對象，很重要，會被外部的led_module進(jìn)行調(diào)用，具體實現(xiàn)代碼如下圖所示。

8、完成了LED驅(qū)動程序設(shè)計后，再來考慮一下LED模塊的設(shè)計，在led_module.h文件里面，聲明一個LED模塊結(jié)構(gòu)體，led_module_t，在這個結(jié)構(gòu)體里面，定義了一個led_drv驅(qū)動程序接口，并且對外提供了模塊初始化接口，模塊啟動接口，模塊狀態(tài)機(jī)處理接口，等等。同時還提供了一個配置信息結(jié)構(gòu)體，led_module_cfg_t，主要用來對led_module進(jìn)行參數(shù)配置的，具體代碼實現(xiàn)如下圖所示。

9、在led_module.c文件里面，_init()函數(shù)主要是初始化模塊的驅(qū)動程序接口，_start()函數(shù)主要是用來啟動狀態(tài)機(jī)，_handler()函數(shù)主要是用來進(jìn)行狀態(tài)機(jī)管理（待完善），然后使用led_module_create()函數(shù)，創(chuàng)建一個LED模塊實例，具體代碼如下圖所示。

10、對于led_module_create() 函數(shù)主要是對外部接口進(jìn)行賦值初始化，并且使用簡單工廠設(shè)計模式，根據(jù)應(yīng)用層不同的配置（通過cfg配置信息判斷），從而選擇不同的驅(qū)動程序，對于應(yīng)用層來說，其LED驅(qū)動接口都是一致的（面向接口編程），這樣就可以完全做到“設(shè)備”與“驅(qū)動”分離，提高程序模塊化的內(nèi)聚程度。

11、在應(yīng)用層main.c文件，調(diào)用led_module的時候，一般先定義一個led_module_cfg配置信息結(jié)構(gòu)體，然后調(diào)用led_module_create函數(shù)創(chuàng)建一個led模塊實例，然后調(diào)用init()函數(shù)接口對模塊進(jìn)行初始化，隨后調(diào)用start接口啟動模塊，最后調(diào)用handler()接口，周期調(diào)用LED模塊的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行處理，代碼如下圖所示。

12、美中不足的是，目前這個LED顯示模塊的狀態(tài)機(jī)還在完善當(dāng)中，現(xiàn)在只是簡單地在狀態(tài)機(jī)處理函數(shù)_handler()里面翻轉(zhuǎn)LED燈，用來驗證驅(qū)動接口的可行性，感興趣的同學(xué)可以下載模塊源碼，對狀態(tài)機(jī)進(jìn)行完善，或者持續(xù)關(guān)注該模塊的源碼倉庫。