开关电源实验，会将一系列开关拓扑实验的测试过程分享在这个工程里

简介：此工程收集我的开关电源实验，会将一系列开关拓扑实验的测试过程分享在这个工程里，并会不断更新，详细的计算会放在专门的工程里，详细的原理放在文章里。
我将为您详细阐述针对您开关电源实验项目最适合的代码设计架构，并提供相应的C代码示例。考虑到您项目的目标是构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台，用于收集、分析和展示开关电源拓扑实验数据，我们需要采用一种结构化的、模块化的设计方法。
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代码设计架构：分层架构与模块化设计

针对嵌入式系统，尤其是实验性质的项目，一个清晰的分层架构能够极大地提高代码的可维护性、可读性和可扩展性。我推荐采用分层架构，并结合模块化设计的思想。这种架构将系统划分为不同的层次，每一层负责特定的功能，层与层之间通过明确定义的接口进行交互。

分层架构设计：

1. 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer):

   • 目的: 隔离硬件差异，提供统一的硬件访问接口，使得上层软件无需关心底层硬件的具体细节。
   • 功能:
     • 初始化和配置 MCU (微控制器) 的各种外设，如 ADC (模数转换器)、DAC (数模转换器)、PWM (脉冲宽度调制)、GPIO (通用输入输出端口)、定时器、串口 (UART)、SPI、I2C 等。
     • 提供统一的 API (应用程序编程接口) 来访问这些外设，例如 HAL_ADC_Read(), HAL_PWM_SetDutyCycle(), HAL_GPIO_Write(), HAL_Timer_Start(), HAL_UART_Transmit() 等。
   • 优点: 提高代码的可移植性。当更换 MCU 或硬件平台时，只需修改 HAL 层，上层应用代码无需改动。
   • 示例: 定义 ADC 读取、PWM 控制、GPIO 控制等函数的接口，并在不同的 MCU 平台上实现这些接口。

2. 设备驱动层 (Device Driver Layer):

   • 目的: 基于 HAL 层，为具体的硬件设备提供更高级别的驱动接口，例如电压传感器驱动、电流传感器驱动、PWM 控制器驱动、数据采集模块驱动等。
   • 功能:
     • 封装具体的硬件设备操作，例如读取电压传感器的值，设置 PWM 控制器的输出波形，控制数据采集模块的工作模式。
     • 可以包含一些基本的信号处理和数据转换功能，例如将 ADC 读取的原始数据转换为电压值、电流值等物理量。
     • 提供设备相关的配置和控制接口，例如配置 ADC 的采样率、PWM 的频率、数据采集模块的通道选择等。
   • 优点: 提高代码的模块化程度，使得上层应用可以更方便地使用硬件设备，而无需深入了解硬件细节。
   • 示例: 实现电压传感器驱动，提供 VoltageSensor_Init(), VoltageSensor_ReadVoltage(), VoltageSensor_SetCalibration() 等函数。

3. 控制逻辑层 (Control Logic Layer):

   • 目的: 实现开关电源拓扑的控制算法、实验流程管理、数据处理和分析等核心逻辑。
   • 功能:
     • 实现各种开关电源拓扑的控制算法，例如 PWM 控制、电流模式控制、电压模式控制、PID 控制等。
     • 管理实验流程，例如实验参数配置、数据采集、数据存储、数据分析、结果展示等。
     • 实现数据处理和分析功能，例如滤波、平均、峰值检测、频率分析等。
     • 实现故障检测和保护功能，例如过压保护、过流保护、过温保护等。
   • 优点: 将控制逻辑与硬件操作和应用逻辑分离，使得代码结构更清晰，易于理解和维护。
   • 示例: 实现 Buck 拓扑的 PWM 控制逻辑，包括电压反馈环路、电流限制环路、PWM 占空比计算等。

4. 应用层 (Application Layer):

   • 目的: 提供用户界面 (如果需要)、实验配置、数据展示、日志记录等应用层功能。
   • 功能:
     • 提供简单的命令行界面或图形用户界面 (如果系统资源允许) 用于实验配置和控制。
     • 实现实验数据的实时显示或图形化展示，例如电压波形、电流波形、功率曲线等。
     • 实现实验数据的存储和日志记录功能，方便后续分析和回顾。
     • 提供系统状态监控和错误信息显示功能。
   • 优点: 将用户交互和应用逻辑与核心控制逻辑分离，使得系统更易于使用和扩展。
   • 示例: 实现一个简单的命令行界面，允许用户配置实验参数 (例如输入电压、输出电压、负载电阻)、启动实验、停止实验、查看实验数据等。

模块化设计：

在每一层内部，进一步采用模块化设计，将功能分解为更小的、独立的模块。例如：

• HAL 层模块: ADC 模块、PWM 模块、GPIO 模块、Timer 模块、UART 模块、SPI 模块、I2C 模块等。
• 设备驱动层模块: 电压传感器驱动模块、电流传感器驱动模块、PWM 控制器驱动模块、数据采集模块驱动模块等。
• 控制逻辑层模块: Buck 控制模块、Boost 控制模块、Flyback 控制模块、PID 控制模块、数据处理模块、故障检测模块等。
• 应用层模块: 命令行界面模块、数据展示模块、日志记录模块、配置管理模块等。

代码实现 (C 代码示例 - 框架结构和关键模块):

为了满足 3000 行代码的要求，我将提供一个相对详细的代码框架和关键模块的实现示例。请注意，这只是一个框架，具体实现需要根据您的硬件平台和实验需求进行调整和完善。

1. HAL 层 (Hardware Abstraction Layer)

hal.h (头文件):

#ifndef HAL_H
#define HAL_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 定义 GPIO 相关操作
typedef enum {
   
    GPIO_PIN_RESET = 0,
    GPIO_PIN_SET   = 1
} GPIO_PinState;

typedef enum {
   
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
    GPIO_MODE_ANALOG
} GPIO_ModeTypeDef;

typedef enum {
   
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULLUP,
    GPIO_PULLDOWN
} GPIO_PullTypeDef;

typedef struct {
   
    uint32_t Pin;           // GPIO 引脚
    GPIO_ModeTypeDef Mode;   // GPIO 模式 (输入/输出/模拟)
    GPIO_PullTypeDef Pull;   // 上拉/下拉/无
} GPIO_InitTypeDef;

void HAL_GPIO_Init(GPIO_InitTypeDef *GPIO_InitStruct);
void HAL_GPIO_WritePin(uint32_t Pin, GPIO_PinState PinState);
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(uint32_t Pin);

// 定义 ADC 相关操作
typedef struct {
   
    uint32_t Channel;       // ADC 通道
    uint32_t Resolution;    // ADC 分辨率
    uint32_t SamplingTime;  // ADC 采样时间
} ADC_InitTypeDef;

void HAL_ADC_Init(ADC_InitTypeDef *ADC_InitStruct);
uint32_t HAL_ADC_ReadChannel(uint32_t Channel);

// 定义 PWM 相关操作
typedef struct {
   
    uint32_t Channel;       // PWM 通道
    uint32_t Frequency;     // PWM 频率
    float DutyCycle;        // PWM 占空比 (0.0 - 1.0)
} PWM_InitTypeDef;

void HAL_PWM_Init(PWM_InitTypeDef *PWM_InitStruct);
void HAL_PWM_SetDutyCycle(uint32_t Channel, float DutyCycle);
void HAL_PWM_Start(uint32_t Channel);
void HAL_PWM_Stop(uint32_t Channel);

// 定义 UART 相关操作
typedef struct {
   
    uint32_t BaudRate;      // 波特率
    uint32_t WordLength;    // 数据位长度
    uint32_t StopBits;      // 停止位
    uint32_t Parity;        // 校验位
} UART_InitTypeDef