代码仓库：https://github.com/Atropine33333/HRTTest
HRT 硬件组 2026 秋季招新试题的双题实现（两题共用一块外设扩展板）：
- 题目 A：智能状态机小夜灯（三色 LED + 双按键 + 状态机 + 三击呼吸灯加分项）
- 题目 B：串口调速风扇 + NTC 温度上报（HEX）协议 + 图形化上位机）
| 按键 | 操作 | 功能 |
|---|---|---|
| KEY1（PA0） | 单击（按住 < 300ms） | 颜色循环：红 → 蓝 → 黄 |
| 双击（抬起间隔 < 300ms） | 进入/退出 0.5s 亮 + 0.5s 灭 闪烁 | |
| 三击（加分项） | 进入/退出呼吸灯：红 → 蓝 → 黄 → 三灯一起，每段一个完整呼吸 2s | |
| 四击 | 进入/退出跑马灯：亮度波在红/蓝/黄之间错开 1/3 周期流动 | |
| 长按（≥ 1s） | 点亮 / 关闭（任何模式直接生效） | |
| KEY1+KEY2 | 同时长按 ≥ 1s | 进入/退出"温度显示"：<25℃ 黄灯、25~40℃ 蓝灯、≥40℃ 红灯（阈值可由上位机修改） |
| KEY2（PA1） | 单击 | 进入/退出报警：三灯全亮并屏蔽 KEY1，退出后恢复原灯效 |
- 按键识别：软件状态机（消抖 20ms）+ 连续点击计数窗口，无
delay死等； - 按压时长 300ms ~ 1s 之间不产生任何事件，长按触发后不再产生单击/双击；
- 呼吸亮度查 100 点升余弦表（20ms 步进），硬件 PWM（TIM2_CH2 / TIM3_CH1 / TIM3_CH2），运行时不做三角函数运算。
- 协议：
AA 55 | 命令 | 数据 | XOR 校验（校验 = 命令字与数据区异或，不收帧头），大端； - 命令：
0x01设占空比、0x02查温度、0x03查占空比、0x04查灯效状态（扩展）； - 上报：每 500ms 自动上报
0x81（温度 0.1℃ + 占空比）；灯效状态变化时主动上报0x84（扩展）； - 占空比：16 位
0~65535线性映射到定时器 ARR，PWM 96kHz（96MHz / 1000）； - 温度：NTC 10k/B=3950 + 10k 分压，ADC 8 点滑动平均，-20 ~ 80℃ 限幅；
- 风扇启动/升速带 100% 冲速（默认 300ms），越过低压起转死区；
- 温度闭环（板载）：
0x07切换手动/自动，自动时 30℃ 以下停转、30~60℃ 按 30%~100% 线性映射、60℃ 以上满速； - 摩尔斯电码灯：
0x06帧携带"长度 + 文本"，蓝灯按点/划闪出（单位 120ms，支持 A-Z / 0-9 / 空格）。
- 核心板：STM32F411CEU6 Black Pill（25MHz 晶振，HSE→PLL→96MHz）；
- 外设板：自绘 PCB（嘉立创 EDA），原理图 / PCB / Gerber 见
../HRT_Test_HDWare。
| 功能 | 引脚 | 说明 |
|---|---|---|
| LED 红/蓝/黄 | PB3 / PB4 / PB5 | 串 470Ω，共地 |
| KEY1 / KEY2 | PA0 / PA1 | 10k 上拉 + 100nF 硬件消抖 |
| 风扇 PWM | PA8（TIM1_CH1） | 串 100Ω → AO3400 栅极（原理图含栅极 10k 下拉，实物板现状见下方说明） |
| NTC 采样 | PA2（ADC1_IN2） | 10k 分压，对地 100nF |
| 串口 | PA9 / PA10（USART1） | 115200 8N1，接 USB-TTL（3.3V） |
硬件现状与改动说明（重要）：
打样版本（V1.0）的 R2 接在了 MOSFET 源极与 PGND 之间，源极没有直接接地，风扇电流被 10 kΩ 挡住而无法转动（完整排查过程见 docs/排错报告.md 案例 3）。最终处理与现状：
- 实物板：把 R2 短接为 0 Ω（两端堆锡或焊细铜丝），源极直接落地，风扇恢复正常（100% 时端电压 4.96 V，满转）；
- 代价：实物板没有栅极下拉电阻（R2 被当成了接地跳线）。本项目里 PA8 在上电后很快被配置为推挽输出，实测功能一切正常；仅在"芯片复位、GPIO 尚未初始化"的窗口内栅极悬空，属于理论隐患，不影响交付功能；
- 不再重新打板：原理图已按修正方案更新（R2 移到栅极做下拉、源极直接接地），PCB / Gerber 保留打样版本 V1.0 作为记录，与实物板"R2 短接"的状态对应。后续若再打板，直接按修正后的原理图即可（另：实物 PCB 上存在而原理图尚未画入的 R9（GND–PGND 单点连接），下次打板一并补齐）；
- 风扇 5V 供电与板子共地；
VIN排针不要接 12V（它与核心板 5V 相连）。
Core/Inc, Core/Src 应用代码
main.c 主循环调度 + 灯效模式状态机
key_task.c/.h 按键状态机（消抖/单击/双击/三击/长按）
led.c/.h 常亮/闪烁的 GPIO 点灯
breath.c/.h 呼吸灯：TIM2/TIM3 硬件 PWM + 亮度查表
temp_sensor.c/.h ADC + NTC 温度换算
fan_control.c/.h PWM 占空比 + 冲速启动
protocol.c/.h HEX 帧解析/发送（含错误恢复）
Drivers/ STM32F4 HAL + CMSIS
cmake/, CMakeLists.txt CMake + Ninja 构建
SerialGUI.py 上位机：实时曲线 + 自动映射 + 日志（Tkinter + pyserial + matplotlib）
SerialProbe.py 原始串口探针：绕过 GUI 直接看 HEX / 发指令
ProtocolTest.py 协议健壮性黑盒测试（坏校验/粘包/半包/压力）
docs/ 排错报告、人机协作报告、提交记录
package.py 一键打包提交物
工程用 CMake + Ninja + arm-none-eabi-gcc（STM32CubeCLT 1.22.0）构建，工具链路径在 CMakePresets.json / CMakeLists.txt 里（Windows）：
cmake --preset default
cmake --build build
产物：build/HRT_Test.elf，用 ST-Link / STM32CubeProgrammer 烧录即可。
python SerialGUI.py # 图形界面：串口连接、曲线、自动映射、日志保存
python SerialProbe.py COM3 # 只看原始帧（排查链路）
python SerialProbe.py COM3 --send # 每秒查询温度
python SerialProbe.py COM3 --duty 50 # 直接设 50% 占空比
python ProtocolTest.py COM3 # 协议健壮性测试（输出 PASS/FAIL）
GUI 说明：
- 温度 / 占空比 30s 实时曲线；
- Auto Mapping：设定温度区间与占空比区间（如 25℃→30%、60℃→100%），勾选后按上报温度自动下发
SET_DUTY，第三张图实时显示映射线与工作点； - Night Lamp 面板：实时显示灯效状态文字（solid/blink/breathe/temp/marquee、ON/OFF、ALARM），旁边可直接修改温度显示阈值（Apply 下发
0x08，Query 读回0x86）； - Morse Text：输入文字点 "Send Morse"，板子会用蓝灯把电码闪出来；
- 风扇控制默认用 GUI 的 Auto Mapping；板载温度闭环（
0x07）在固件里仍然可用，GUI 上的开关默认隐藏（SHOW_MCU_AUTO改True可显示）； - 日志区可保存为
serial_log_*.txt； - 若 MCU 开启了文本日志（见下），日志区不受影响（非帧字节会被自动跳过）。
| 方向 | 命令 | 数据 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 上位机 → MCU | 0x01 |
2B 占空比（大端） | 设 PWM，0x7FFF=50% |
0x02 |
— | 查询温度 → 0x82 |
|
0x03 |
— | 查询占空比 → 0x83 |
|
0x04 |
— | 查询灯效状态 → 0x84 |
|
0x05 |
— | 查询风扇模式 → 0x85 |
|
0x06 |
1B 长度 + N 字符 | 摩尔斯电码（N ≤ 16） | |
0x07 |
1B 模式 | 风扇 0=手动 / 1=温度闭环 → 0x85 |
|
0x08 |
2B + 2B（0.1℃） | 温度显示阈值：黄灯上限、蓝灯上限 → 0x86 |
|
0x09 |
— | 查询温度显示阈值 → 0x86 |
|
| MCU → 上位机 | 0x81 |
2B 温度 + 2B 占空比 | 每 500ms 主动上报 |
0x82 |
2B 温度（0.1℃） | 温度查询回复 | |
0x83 |
2B 占空比 | 占空比查询回复 | |
0x84 |
1B 模式 + 1B 颜色 + 1B 标志 + 1B 呼吸相位 | 灯效状态：模式 0/1/2/3/4=常亮/闪烁/呼吸/温度显示/跑马灯，颜色 0/1/2=红/蓝/黄，bit0=亮灭 bit1=报警，相位 0/1/2/3=红/蓝/黄/三灯一起（非呼吸时 0xFF），呼吸每换相位都会上报 | |
0x85 |
1B 模式 + 2B 目标占空比 | 风扇模式与目标值 | |
0x86 |
2B + 2B（0.1℃） | 温度显示阈值（修改成功后回读） |
文本状态日志：app_config.h 中 LED_STATE_TEXT_LOG = 1 时，灯效每次变化会额外发一行
[LED] mode=solid color=red on=1 alarm=0；呼吸模式下为 [LED] mode=breathe phase=yellow on=1 alarm=0，
便于串口助手直接观察状态机（非帧数据，不影响协议解析）。
| 现象 | 结论 |
|---|---|
| 复位/烧录后蓝灯微亮，LED 两端约 2.5V | PB4 是 JTAG NJTRST，芯片复位默认带内部上拉（~40kΩ），经 470Ω 注入约 20µA 电流。程序运行后 MX_GPIO_Init 配成推挽输出即消失，非故障 |
| 5V 风扇在 50% 占空比下不转 | 该风扇欠压保护阈值接近 5V，只能满速或停（详见排错报告第 3 条）；固件仍按标准映射输出 PWM，可用万用表在 PA8 观察平均电压 |
| 双击响应有约 300ms 延迟 | 为了让"单击/双击/三击"判定可靠，统一在 300ms 连续点击窗口结束后发事件（KEY_MULTI_CLICK_MS 可调） |
python package.py # 生成 dist/HRT_Test_提交包_YYYYMMDD/
# ├─ 源码/HRT_Test_src.zip
# ├─ 上位机/SerialGUI.py, SerialProbe.py, ProtocolTest.py
# ├─ 硬件资料/原理图.pdf, PCB.png, Gerber.zip
# └─ 报告/README.md, 排错报告.md, 人机协作报告.md
排错报告、人机协作报告与完整提交记录见 docs/。