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单片机的工厂方法模式

news 2026/5/12 0:32:49

记录下单片机使用工厂方法模式
在STM32上使用简单工厂模式（Simple Factory Pattern）的示例，以传感器为例。
简单工厂模式：定义一个工厂类（或函数），根据传入的参数决定创建哪一种具体的产品对象。在嵌入式系统中，对象通常通过结构体和函数指针来模拟。

我们将以传感器为例：假设有多个传感器类型（比如温度传感器、湿度传感器），每个传感器有初始化、读取数据等方法。工厂根据传感器类型返回对应的传感器对象（结构体指针）。

需要提供：
1.传感器抽象接口（结构体，包含函数指针）
2.具体传感器实现（温度传感器、湿度传感器）
3.工厂函数：根据类型创建对应的传感器实例，并返回接口指针。

sensor.h

#ifndef__DRV_SENSOR_H#define__DRV_SENSOR_H#include<stdint.h>/* 传感器类型枚举 */typedefenum{SENSOR_DS18B20,SENSOR_DHT22,SENSOR_TYPE_MAX}SensorType_t;/* 传感器对象结构体（类似于抽象类） */typedefstruct{void(*Init)(void*pPrivate);// 初始化函数float(*Read)(void*pPrivate);// 读取数据函数void*pPrivate;// 私有数据（具体传感器需要的硬件信息）constchar*name;// 传感器名称}Sensor_t;/* 工厂函数：创建传感器对象（返回常量指针，避免外部修改） */constSensor_t*Sensor_Create(SensorType_t type);#endif

sensor.c

#include"drv_sensor.h"#include"drv_DHT22.h"#include"drv_DS18B20.h"/* DHT22 私有数据 */staticDHT22_Private_t dht22_priv={.port=GPIOB,.pin=GPIO_PIN_1};staticconstSensor_t dht22_sensor={.Init=DHT22_Init,.Read=DHT22_Read,.pPrivate=&dht22_priv,.name="DHT22"};/* 静态私有数据实例（假设使用固定的引脚：例如 GPIOA, GPIO_PIN_0） */staticDS18B20_Private_t ds18b20_priv={.port=GPIOA,.pin=GPIO_PIN_0};/* DS18B20 传感器对象 */staticconstSensor_t ds18b20_sensor={.Init=DS18B20_Init,.Read=DS18B20_Read,.pPrivate=&ds18b20_priv,.name="DS18B20"};/* 工厂函数：根据类型返回对应的传感器对象 */constSensor_t*Sensor_Create(SensorType_t type){switch(type){caseSENSOR_DS18B20:return&ds18b20_sensor;// 需要外部声明caseSENSOR_DHT22:return&dht22_sensor;default:returnNULL;}}

DS18B20.h

#ifndef__DRV_DS18B20_H#define__DRV_DS18B20_H#include<stdint.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include"stm32f4xx_hal.h"#include"drv_sensor.h"typedefstruct{GPIO_TypeDef*port;uint16_tpin;}DS18B20_Private_t;staticvoidDS18B20_DelayUs(uint32_tus);staticuint8_tDS18B20_Reset(void*pPrivate);staticvoidDS18B20_WriteByte(void*pPrivate,uint8_tdata);staticuint8_tDS18B20_ReadByte(void*pPrivate);voidDS18B20_Init(void*pPrivate);floatDS18B20_Read(void*pPrivate);#endif

DS18B20.c

#include"drv_DS18B20.h"/* 模拟单总线时序的函数（实际工程需精确延时） */staticvoidDS18B20_DelayUs(uint32_tus){// 简单循环延时，建议使用定时器或HAL_Delay微秒级实现for(uint32_ti=0;i<us*10;i++){__NOP();}}/* 复位脉冲和存在检测 */staticuint8_tDS18B20_Reset(void*pPrivate){DS18B20_Private_t*priv=(DS18B20_Private_t*)pPrivate;// 拉低总线 480usHAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_RESET);DS18B20_DelayUs(480);HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_SET);DS18B20_DelayUs(70);// 读取存在脉冲uint8_tpresence=HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin);DS18B20_DelayUs(410);returnpresence;}/* 写一个字节 */staticvoidDS18B20_WriteByte(void*pPrivate,uint8_tdata){DS18B20_Private_t*priv=(DS18B20_Private_t*)pPrivate;for(inti=0;i<8;i++){HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_RESET);DS18B20_DelayUs(2);if(data&0x01){HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_SET);}DS18B20_DelayUs(60);HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_SET);DS18B20_DelayUs(2);data>>=1;}}/* 读一个字节 */staticuint8_tDS18B20_ReadByte(void*pPrivate){DS18B20_Private_t*priv=(DS18B20_Private_t*)pPrivate;uint8_tdata=0;for(inti=0;i<8;i++){data>>=1;HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_RESET);DS18B20_DelayUs(2);HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_SET);DS18B20_DelayUs(2);if(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)){data|=0x80;}DS18B20_DelayUs(60);}returndata;}/* DS18B20 初始化函数（执行一次复位） */voidDS18B20_Init(void*pPrivate){// DS18B20_Reset(pPrivate);printf("DS18B20 Init is OK \n");}/* DS18B20 读取温度函数 */floatDS18B20_Read(void*pPrivate){// // 启动温度转换// DS18B20_Reset(pPrivate);// DS18B20_WriteByte(pPrivate, 0xCC); // 跳过ROM// DS18B20_WriteByte(pPrivate, 0x44); // 启动转换// // 等待转换完成（通常750ms，这里简化）// HAL_Delay(750);// // 读取暂存器// DS18B20_Reset(pPrivate);// DS18B20_WriteByte(pPrivate, 0xCC);// DS18B20_WriteByte(pPrivate, 0xBE);// uint8_t lsb = DS18B20_ReadByte(pPrivate);// uint8_t msb = DS18B20_ReadByte(pPrivate);// int16_t raw = (msb << 8) | lsb;// return raw * 0.0625f; // 12位精度，LSB=0.0625°Creturn10;}

DHT22.h

#ifndef__DRV_DHT22_H#define__DRV_DHT22_H#include<stdint.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include"stm32f4xx_hal.h"#include"drv_sensor.h"typedefstruct{GPIO_TypeDef*port;uint16_tpin;}DHT22_Private_t;staticvoidDHT22_DelayUs(uint32_tus);staticuint8_tDHT22_ReadData(void*pPrivate,int16_t*temp,int16_t*humi);voidDHT22_Init(void*pPrivate);floatDHT22_Read(void*pPrivate);#endif

DHT22.c

#include"drv_DHT22.h"/* 微秒延时（同DS18B20，可共用） */staticvoidDHT22_DelayUs(uint32_tus){for(uint32_ti=0;i<us*10;i++){__NOP();}}/* 读取DHT22数据，返回温度×10，湿度×10 */staticuint8_tDHT22_ReadData(void*pPrivate,int16_t*temp,int16_t*humi){DHT22_Private_t*priv=(DHT22_Private_t*)pPrivate;uint8_tdata[5]={0};// 主机拉低至少18msHAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(20);HAL_GPIO_WritePin(priv->port,priv->pin,GPIO_PIN_SET);DHT22_DelayUs(40);// 等待DHT22响应// 检测响应if(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)==GPIO_PIN_RESET){// 等待80us低电平结束while(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)==GPIO_PIN_RESET);// 等待80us高电平结束while(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)==GPIO_PIN_SET);// 读取40位数据for(inti=0;i<40;i++){while(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)==GPIO_PIN_RESET);DHT22_DelayUs(40);if(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)==GPIO_PIN_SET){data[i/8]|=(1<<(7-(i%8)));}while(HAL_GPIO_ReadPin(priv->port,priv->pin)==GPIO_PIN_SET);}// 校验和if(data[4]==((data[0]+data[1]+data[2]+data[3])&0xFF)){*humi=(data[0]<<8)|data[1];*temp=(data[2]<<8)|data[3];return1;}}return0;}voidDHT22_Init(void*pPrivate){// DHT22 上电后需要1s稳定，初始化时不需要额外操作HAL_Delay(1000);printf("DHT22 Init is OK \n");}floatDHT22_Read(void*pPrivate){// int16_t temp, humi;// if (DHT22_ReadData(pPrivate, &temp, &humi))// {// // 返回温度值（保留一位小数）// return temp / 10.0f;// }// return -999.0f; // 错误标志return15;//}

测试

/** * @brief The application entry point. * @retval int */intmain(void){/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit */EventRecorderInitialize(EventRecordAll,1U);EventRecorderStart();/* USER CODE END SysInit */DWT_Init();/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */// 创建温度传感器（DS18B20）constSensor_t*temp_sensor=Sensor_Create(SENSOR_DS18B20);if(temp_sensor){temp_sensor->Init(temp_sensor->pPrivate);printf("Sensor is %s\n",temp_sensor->name);}// 创建湿度传感器（DHT22）constSensor_t*humi_sensor=Sensor_Create(SENSOR_DHT22);if(humi_sensor){humi_sensor->Init(humi_sensor->pPrivate);printf("Sensor is %s\n",humi_sensor->name);}while(1){if(temp_sensor){floatt=temp_sensor->Read(temp_sensor->pPrivate);printf("Temperature: %.2f°C\n",t);}if(humi_sensor){floath=humi_sensor->Read(humi_sensor->pPrivate);printf("Humidity: %.2f%%\n",h);}HAL_Delay(2000);}/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */// while (1)// {// /* USER CODE END WHILE */// /* USER CODE BEGIN 3 */// HAL_Delay(100);// }/* USER CODE END 3 */}

可以看到正确显示了相应传感器和数值，而调用的是同一个函数。若替换了相应的温度传感器和湿度传感器，则只需要在Sensor_Create(xx)即可。

http://www.jsqmd.com/news/475012/

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