简介：【星火计划】USB可编程电源/功耗监测，小程序控制，

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我非常乐意为您详细阐述这个USB可编程电源/功耗监测项目的代码设计架构，并提供具体的C代码实现方案。这个项目确实是一个典型的嵌入式系统开发的完整案例，涵盖了从需求分析到最终产品实现的各个环节。
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项目背景与需求分析

首先，让我们回顾一下这个项目的核心需求：

USB可编程电源: 能够通过软件控制，调节USB接口的输出电压和电流，为外部设备供电。
功耗监测: 实时监测USB输出的电压、电流，并计算功率，用于分析连接设备的功耗情况。
小程序控制: 通过微信小程序远程控制电源的输出参数，并查看实时的监测数据。
可靠性、高效性、可扩展性: 系统需要稳定可靠运行，具有高效的数据处理能力，并具备一定的扩展性，方便后续功能升级。
实践验证: 所有采用的技术和方法都需要经过实际验证，确保方案的可行性和有效性。

代码设计架构：分层架构与模块化设计

为了满足上述需求，并构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台，我推荐采用分层架构与模块化设计相结合的方式。这种架构将系统功能划分为不同的层次和模块，降低了系统的复杂性，提高了代码的可维护性和可重用性。

分层架构: 我们将系统软件划分为以下几个主要层次：

硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer): 这是最底层，直接与硬件打交道。HAL层封装了底层硬件的细节，向上层提供统一的硬件接口。例如，ADC驱动、DAC驱动、GPIO驱动、定时器驱动、USB驱动、显示屏驱动等都属于HAL层。
板级支持包 (BSP - Board Support Package): BSP层构建在HAL层之上，为特定的硬件平台提供更高级的驱动和配置支持。BSP层通常包含芯片初始化、时钟配置、中断管理、外设初始化等与具体硬件平台相关的代码。
服务层 (Service Layer): 服务层是系统的核心层，提供各种业务逻辑服务。例如，电源控制服务、数据采集服务、数据处理服务、通信服务、UI显示服务等。服务层调用BSP层和HAL层提供的接口来实现具体的功能。
应用层 (Application Layer): 应用层是最高层，负责系统的整体流程控制和用户交互。例如，主程序逻辑、命令解析、小程序通信协议处理、系统状态管理等。应用层调用服务层提供的接口来完成具体的应用功能。

模块化设计: 在每个层次内部，我们都采用模块化设计思想，将功能进一步细化为独立的模块。例如，在服务层，电源控制服务可以分为电压控制模块、电流控制模块、保护模块等；数据采集服务可以分为ADC采样模块、数据滤波模块、数据校准模块等。模块化设计使得代码结构更清晰，方便开发、测试和维护。

架构图示:

+---------------------+
|    应用层 (Application Layer)     |  (主程序逻辑, 命令解析, 小程序通信)
+---------------------+
         |
         | 调用服务接口
         v
+---------------------+
|    服务层 (Service Layer)        |  (电源控制, 数据采集, 数据处理, 通信, UI显示)
+---------------------+
         |
         | 调用BSP接口
         v
+---------------------+
| 板级支持包 (BSP - Board Support Package) |  (芯片初始化, 时钟配置, 外设初始化)
+---------------------+
         |
         | 调用HAL接口
         v
+---------------------+
| 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer) |  (ADC驱动, DAC驱动, GPIO驱动, 定时器驱动, USB驱动, 显示屏驱动)
+---------------------+
         |
         | 直接操作硬件
         v
+---------------------+
|     硬件 (Hardware)       |  (MCU, ADC, DAC, 传感器, 显示屏, USB接口)
+---------------------+

项目采用的关键技术和方法:

微控制器 (MCU): 作为系统的核心控制单元，负责执行程序代码，控制硬件外设，处理数据。根据项目需求，选择性能适中、资源丰富的MCU，例如STM32系列、ESP32系列等。
ADC (模数转换器): 用于采集电压和电流传感器的模拟信号，将其转换为数字信号，供MCU进行处理。
DAC (数模转换器): 用于输出控制电压，调节电源输出电压。
USB接口: 实现与上位机 (例如PC或小程序后台) 的数据通信，以及为外部设备供电。
显示屏 (LCD/OLED): 用于实时显示电压、电流、功率等监测数据，以及系统状态信息。
电压/电流传感器: 用于实时检测USB输出的电压和电流。
PID控制算法: 用于精确控制电源的输出电压和电流，实现闭环反馈调节，保证输出的稳定性和精度。
数据滤波算法: 例如移动平均滤波、卡尔曼滤波等，用于消除传感器噪声，提高数据精度。
USB CDC (虚拟串口) 协议: 用于实现MCU与上位机之间的USB串口通信，方便调试和数据传输。
微信小程序开发: 利用微信小程序平台，开发远程控制界面，实现对电源的远程控制和数据监测。
C语言编程: 作为嵌入式系统开发的主流语言，C语言具有高效、灵活、可移植性强等优点，非常适合本项目的开发。
实时操作系统 (RTOS - 可选): 对于更复杂的系统，可以考虑引入RTOS，例如FreeRTOS、RT-Thread等，以提高系统的实时性和任务管理能力。但对于本例，如果系统功能相对简单，也可以不使用RTOS，采用裸机编程方式。
版本控制系统 (Git): 用于代码的版本管理和团队协作。
单元测试和集成测试: 在软件开发过程中，进行充分的单元测试和集成测试，确保代码质量和系统稳定性。

C代码实现示例 (部分关键模块):

为了满足3000行代码的要求，我会尽可能详细地展示各个模块的代码实现，并添加必要的注释进行解释。请注意，以下代码仅为示例，可能需要根据具体的硬件平台和需求进行调整。

1. HAL层代码示例 (hal_adc.h 和 hal_adc.c):

hal_adc.h:

#ifndef __HAL_ADC_H__
#define __HAL_ADC_H__

#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"

// ADC通道定义
typedef enum {
    ADC_CHANNEL_VOLTAGE = 0,  // 电压采集通道
    ADC_CHANNEL_CURRENT = 1   // 电流采集通道
} ADC_ChannelTypeDef;

// ADC初始化配置结构体
typedef struct {
    uint32_t resolution;       // ADC分辨率 (例如 12位)
    uint32_t sampling_rate;    // 采样率 (例如 Hz)
    // ... 其他配置参数
} ADC_InitTypeDef;

// 初始化ADC
bool HAL_ADC_Init(ADC_InitTypeDef *init_config);

// 读取ADC通道的原始值
uint16_t HAL_ADC_ReadChannel(ADC_ChannelTypeDef channel);

// 获取ADC转换后的电压值 (单位 mV)
float HAL_ADC_GetVoltage(ADC_ChannelTypeDef channel);

// 获取ADC转换后的电流值 (单位 mA)
float HAL_ADC_GetCurrent(ADC_ChannelTypeDef channel);

#endif // __HAL_ADC_H__

hal_adc.c:

#include "hal_adc.h"
#include "hardware_config.h" // 硬件配置头文件 (例如 ADC引脚定义, 寄存器地址等)

// 模拟量参考电压 (VREF) - 需要根据实际硬件设置
#define ADC_VREF_VOLTAGE  3.3f

// ADC分辨率 (例如 12位)
#define ADC_RESOLUTION    4096

// 电压传感器分压比例 - 需要根据实际电路设计调整
#define VOLTAGE_SENSOR_RATIO  (10.0f + 1.0f) / 1.0f  // 例如 10kΩ 和 1kΩ 分压

// 电流传感器灵敏度 (mV/A) - 需要根据实际传感器型号调整
#define CURRENT_SENSOR_SENSITIVITY  100.0f  // 例如 100mV/A

bool HAL_ADC_Init(ADC_InitTypeDef *init_config) {
    // 1. 使能ADC时钟 (根据具体的MCU型号进行配置)
    // 例如: RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    // 2. 配置ADC GPIO引脚 (根据具体的硬件连接进行配置)
    // 例如: GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    //       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_VOLTAGE_PIN | ADC_CURRENT_PIN;
    //       GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; // 模拟输入模式
    //       GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 配置ADC参数 (分辨率, 采样率等) - 根据 init_config 参数进行配置
    // 例如: ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    //       ADC_InitStructure.ADC_Resolution = init_config->resolution;
    //       ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // 单通道模式
    //       ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式
    //       ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; // 软件触发
    //       ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 右对齐
    //       ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    //       ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 4. 使能ADC
    // 例如: ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    // 5. ADC校准 (可选) -  提高精度
    // 例如: ADC_ResetCalibration(ADC1);
    //       while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    //       ADC_StartCalibration(ADC1);
    //       while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

    return true; // 初始化成功
}

uint16_t HAL_ADC_ReadChannel(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    uint8_t adc_channel_num;

    if (channel == ADC_CHANNEL_VOLTAGE) {
        adc_channel_num = ADC_VOLTAGE_CHANNEL_NUM; // 获取电压通道号 (根据硬件配置)
    } else if (channel == ADC_CHANNEL_CURRENT) {
        adc_channel_num = ADC_CURRENT_CHANNEL_NUM; // 获取电流通道号 (根据硬件配置)
    } else {
        return 0; // 无效通道
    }

    // 1. 配置ADC通道
    // 例如: ADC_RegularChannelConfig(ADC1, adc_channel_num, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    // 2. 软件触发ADC转换
    // 例如: ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

    // 3. 等待转换完成
    // 例如: while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));

    // 4. 获取ADC转换结果
    // 例如: return ADC_GetConversionValue(ADC1);

    // ***  以下为模拟代码，需要替换为实际的ADC读取操作  ***
    // 为了演示，这里返回一个模拟值 (0 - ADC_RESOLUTION)
    static uint16_t adc_value_voltage = 0;
    static uint16_t adc_value_current = 0;

    if (channel == ADC_CHANNEL_VOLTAGE) {
        adc_value_voltage = (adc_value_voltage + 10) % ADC_RESOLUTION; // 模拟电压值递增
        return adc_value_voltage;
    } else {
        adc_value_current = (adc_value_current + 5) % ADC_RESOLUTION; // 模拟电流值递增
        return adc_value_current;
    }
}

float HAL_ADC_GetVoltage(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    uint16_t raw_value = HAL_ADC_ReadChannel(channel);
    float voltage_mv = (float)raw_value * ADC_VREF_VOLTAGE / ADC_RESOLUTION * 1000.0f * VOLTAGE_SENSOR_RATIO; // 计算电压值 (mV)
    return voltage_mv / 1000.0f; // 返回电压值 (V)
}

float HAL_ADC_GetCurrent(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    uint16_t raw_value = HAL_ADC_ReadChannel(channel);
    float current_ma = (float)raw_value * ADC_VREF_VOLTAGE / ADC_RESOLUTION * 1000.0f / CURRENT_SENSOR_SENSITIVITY; // 计算电流值 (mA)
    return current_ma / 1000.0f; // 返回电流值 (A)
}

2. HAL层代码示例 (hal_dac.h 和 hal_dac.c):

hal_dac.h:

#ifndef __HAL_DAC_H__
#define __HAL_DAC_H__

#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"

// DAC通道定义
typedef enum {
    DAC_CHANNEL_VOLTAGE_CTRL = 0  // 电压控制DAC通道
} DAC_ChannelTypeDef;

// DAC初始化配置结构体
typedef struct {
    uint32_t resolution;       // DAC分辨率 (例如 12位)
    // ... 其他配置参数
} DAC_InitTypeDef;

// 初始化DAC
bool HAL_DAC_Init(DAC_InitTypeDef *init_config);

// 设置DAC通道的输出值 (0 - DAC分辨率)
void HAL_DAC_SetChannelValue(DAC_ChannelTypeDef channel, uint16_t value);

// 设置DAC通道的输出电压值 (单位 V)
void HAL_DAC_SetVoltage(DAC_ChannelTypeDef channel, float voltage);

#endif // __HAL_DAC_H__

hal_dac.c:

#include "hal_dac.h"
#include "hardware_config.h" // 硬件配置头文件

// DAC参考电压 (VREF) - 需要根据实际硬件设置
#define DAC_VREF_VOLTAGE  3.3f

// DAC分辨率 (例如 12位)
#define DAC_RESOLUTION    4096

// 电压控制电路比例系数 - 需要根据实际电路设计调整
#define VOLTAGE_CTRL_RATIO  (5.0f / 3.3f) // 假设 DAC 输出 3.3V 对应电源输出 5V

bool HAL_DAC_Init(DAC_InitTypeDef *init_config) {
    // 1. 使能DAC时钟 (根据具体的MCU型号进行配置)
    // 例如: RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);

    // 2. 配置DAC GPIO引脚 (根据具体的硬件连接进行配置)
    // 例如: GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    //       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC_VOLTAGE_CTRL_PIN;
    //       GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; // 模拟输出模式
    //       GPIO_Init(DAC_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 配置DAC参数 (分辨率等) - 根据 init_config 参数进行配置
    // 例如: DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;
    //       DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None; // 软件触发
    //       DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None; // 无波形生成
    //       DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable; // 使能输出缓冲
    //       DAC_Init(DAC1_Channel1, &DAC_InitStructure);

    // 4. 使能DAC通道
    // 例如: DAC_Cmd(DAC1_Channel1, ENABLE);

    return true; // 初始化成功
}

void HAL_DAC_SetChannelValue(DAC_ChannelTypeDef channel, uint16_t value) {
    if (channel == DAC_CHANNEL_VOLTAGE_CTRL) {
        // 设置DAC输出值
        // 例如: DAC_SetChannel1Data(DAC1, DAC_Align_12b_R, value);
        //       DAC_SoftwareTriggerCmd(DAC1_Channel1, ENABLE); // 软件触发 (如果需要)

        // ***  以下为模拟代码，需要替换为实际的DAC设置操作  ***
        // 模拟 DAC 输出
        static uint16_t dac_value = 0;
        dac_value = value;
        // 实际硬件操作应该将 value 写入 DAC 寄存器
    }
}

void HAL_DAC_SetVoltage(DAC_ChannelTypeDef channel, float voltage) {
    if (channel == DAC_CHANNEL_VOLTAGE_CTRL) {
        uint16_t dac_value = (uint16_t)(voltage / VOLTAGE_CTRL_RATIO / DAC_VREF_VOLTAGE * DAC_RESOLUTION); // 计算 DAC 值
        if (dac_value > DAC_RESOLUTION) {
            dac_value = DAC_RESOLUTION; // 限制最大值
        } else if (dac_value < 0) {
            dac_value = 0; // 限制最小值
        }
        HAL_DAC_SetChannelValue(channel, dac_value); // 设置 DAC 输出值
    }
}

3. 服务层代码示例 (power_service.h 和 power_service.c):

power_service.h:

#ifndef __POWER_SERVICE_H__
#define __POWER_SERVICE_H__

#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"

// 电源服务初始化
bool PowerService_Init(void);

// 设置输出电压 (单位 V)
bool PowerService_SetVoltage(float voltage);

// 获取当前设置的输出电压 (单位 V)
float PowerService_GetVoltage(void);

// 设置输出电流限制 (单位 A)
bool PowerService_SetCurrentLimit(float current_limit);

// 获取当前设置的电流限制 (单位 A)
float PowerService_GetCurrentLimit(void);

// 使能电源输出
bool PowerService_EnableOutput(void);

// 禁用电源输出
bool PowerService_DisableOutput(void);

// 获取电源输出状态 (true: 使能, false: 禁用)
bool PowerService_GetOutputStatus(void);

#endif // __POWER_SERVICE_H__

power_service.c:

#include "power_service.h"
#include "hal_dac.h"
#include "hal_adc.h"
#include "pid_controller.h" // PID控制器模块 (需要单独实现)

// 目标输出电压 (V)
static float target_voltage = 3.3f;

// 目标电流限制 (A)
static float target_current_limit = 1.0f;

// 电源输出状态 (true: 使能, false: 禁用)
static bool output_enabled = false;

// PID控制器实例
static PIDController voltage_pid_controller;

// 电压反馈系数 - 需要根据实际电路和传感器调整
#define VOLTAGE_FEEDBACK_RATIO  1.0f  // 假设电压反馈直接反映输出电压

bool PowerService_Init(void) {
    // 初始化 DAC
    DAC_InitTypeDef dac_init_config;
    // ... 配置 DAC 初始化参数 ...
    HAL_DAC_Init(&dac_init_config);

    // 初始化 PID 控制器
    PIDController_Init(&voltage_pid_controller, 0.1f, 0.01f, 0.0f); // 示例 PID 参数 (需要根据实际系统调整)
    PIDController_SetOutputLimits(&voltage_pid_controller, 0, 1.0f); // 输出限制 (0-1, 对应 DAC 输出范围)

    return true;
}

bool PowerService_SetVoltage(float voltage) {
    if (voltage < 0 || voltage > MAX_OUTPUT_VOLTAGE) { // MAX_OUTPUT_VOLTAGE 定义最大输出电压
        return false; // 电压值超出范围
    }
    target_voltage = voltage;
    return true;
}

float PowerService_GetVoltage(void) {
    return target_voltage;
}

bool PowerService_SetCurrentLimit(float current_limit) {
    if (current_limit < 0 || current_limit > MAX_OUTPUT_CURRENT) { // MAX_OUTPUT_CURRENT 定义最大输出电流
        return false; // 电流限制值超出范围
    }
    target_current_limit = current_limit;
    return true;
}

float PowerService_GetCurrentLimit(void) {
    return target_current_limit;
}

bool PowerService_EnableOutput(void) {
    output_enabled = true;
    // 启动电压控制环
    return true;
}

bool PowerService_DisableOutput(void) {
    output_enabled = false;
    // 关闭电压控制环，DAC输出置零或安全值
    HAL_DAC_SetVoltage(DAC_CHANNEL_VOLTAGE_CTRL, 0.0f); // 关闭输出
    return true;
}

bool PowerService_GetOutputStatus(void) {
    return output_enabled;
}

// 电源控制环任务 (例如在定时器中断中周期性调用)
void PowerService_ControlLoop(void) {
    if (!output_enabled) {
        return; // 输出禁用状态，不进行控制
    }

    // 1. 读取实际输出电压 (通过 ADC 采集)
    float actual_voltage = HAL_ADC_GetVoltage(ADC_CHANNEL_VOLTAGE) * VOLTAGE_FEEDBACK_RATIO;

    // 2. 计算 PID 控制器输出
    float pid_output = PIDController_Update(&voltage_pid_controller, target_voltage, actual_voltage);

    // 3. 将 PID 输出转换为 DAC 控制值，并设置 DAC 输出
    HAL_DAC_SetVoltage(DAC_CHANNEL_VOLTAGE_CTRL, pid_output * MAX_DAC_VOLTAGE); // MAX_DAC_VOLTAGE 定义 DAC 最大输出电压

    // 4. 电流限制保护 (可选，可以根据实际需求添加)
    float actual_current = HAL_ADC_GetCurrent(ADC_CHANNEL_CURRENT);
    if (actual_current > target_current_limit) {
        // 检测到过流，可以采取保护措施，例如禁用输出，报警等
        PowerService_DisableOutput();
        // ... 添加过流保护处理逻辑 ...
    }
}

4. 服务层代码示例 (measure_service.h 和 measure_service.c):

measure_service.h:

#ifndef __MEASURE_SERVICE_H__
#define __MEASURE_SERVICE_H__

#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"

// 测量服务初始化
bool MeasureService_Init(void);

// 获取实时电压值 (单位 V)
float MeasureService_GetVoltage(void);

// 获取实时电流值 (单位 A)
float MeasureService_GetCurrent(void);

// 获取实时功率值 (单位 W)
float MeasureService_GetPower(void);

#endif // __MEASURE_SERVICE_H__

measure_service.c:

#include "measure_service.h"
#include "hal_adc.h"
#include "data_filter.h" // 数据滤波模块 (需要单独实现)

// 电压数据滤波器实例
static MovingAverageFilter voltage_filter;

// 电流数据滤波器实例
static MovingAverageFilter current_filter;

bool MeasureService_Init(void) {
    // 初始化数据滤波器 (例如移动平均滤波器，窗口大小可以根据需求调整)
    MovingAverageFilter_Init(&voltage_filter, 10);
    MovingAverageFilter_Init(&current_filter, 10);
    return true;
}

float MeasureService_GetVoltage(void) {
    // 1. 读取 ADC 电压通道原始值
    float raw_voltage = HAL_ADC_GetVoltage(ADC_CHANNEL_VOLTAGE);

    // 2. 数据滤波
    float filtered_voltage = MovingAverageFilter_Filter(&voltage_filter, raw_voltage);

    return filtered_voltage;
}

float MeasureService_GetCurrent(void) {
    // 1. 读取 ADC 电流通道原始值
    float raw_current = HAL_ADC_GetCurrent(ADC_CHANNEL_CURRENT);

    // 2. 数据滤波
    float filtered_current = MovingAverageFilter_Filter(&current_filter, raw_current);

    return filtered_current;
}

float MeasureService_GetPower(void) {
    float voltage = MeasureService_GetVoltage();
    float current = MeasureService_GetCurrent();
    return voltage * current;
}

// 测量数据采集任务 (例如在定时器中断中周期性调用)
void MeasureService_DataAcquisitionTask(void) {
    // 可以将电压和电流的 ADC 读取和滤波放在这个任务中周期性执行
    MeasureService_GetVoltage(); // 触发电压数据采集和滤波
    MeasureService_GetCurrent(); // 触发电流数据采集和滤波
}

5. 服务层代码示例 (ui_service.h 和 ui_service.c):

ui_service.h:

#ifndef __UI_SERVICE_H__
#define __UI_SERVICE_H__

#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"

// UI服务初始化
bool UIService_Init(void);

// 更新显示内容
void UIService_UpdateDisplay(float voltage, float current, float power);

// 显示系统信息 (例如启动信息, 错误信息等)
void UIService_ShowSystemMessage(const char *message);

// 清空显示屏
void UIService_ClearDisplay(void);

#endif // __UI_SERVICE_H__

ui_service.c:

#include "ui_service.h"
#include "display_driver.h" // 显示屏驱动模块 (需要根据具体的显示屏型号实现)
#include "stdio.h" // 用于 sprintf

bool UIService_Init(void) {
    // 初始化显示屏驱动
    Display_Init();
    Display_ClearScreen(); // 清空屏幕
    return true;
}

void UIService_UpdateDisplay(float voltage, float current, float power) {
    char buffer[100];

    Display_ClearScreenRegion(0, 0, DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT); // 清空显示区域

    // 显示电压值
    sprintf(buffer, "Voltage: %.3f V", voltage);
    Display_WriteString(10, 10, buffer);

    // 显示电流值
    sprintf(buffer, "Current: %.3f A", current);
    Display_WriteString(10, 30, buffer);

    // 显示功率值
    sprintf(buffer, "Power:   %.3f W", power);
    Display_WriteString(10, 50, buffer);

    // ... 可以添加更多显示内容，例如图形显示，状态图标等 ...
}

void UIService_ShowSystemMessage(const char *message) {
    Display_ClearScreen();
    Display_WriteString(10, DISPLAY_HEIGHT / 2 - 10, message);
}

void UIService_ClearDisplay(void) {
    Display_ClearScreen();
}

6. 应用层代码示例 (main.c):

#include "main.h"
#include "bsp_init.h" // 板级初始化模块 (需要根据具体的硬件平台实现)
#include "power_service.h"
#include "measure_service.h"
#include "ui_service.h"
#include "comm_service.h" // 通信服务模块 (例如 USB CDC 通信, 小程序通信等)
#include "delay.h" // 延时函数库

int main(void) {
    // 1. 板级初始化 (时钟, 外设等)
    BSP_Init();

    // 2. 初始化各个服务模块
    PowerService_Init();
    MeasureService_Init();
    UIService_Init();
    CommService_Init();

    // 3. 显示启动信息
    UIService_ShowSystemMessage("System Starting...");
    Delay_ms(2000); // 延时 2 秒

    // 4. 主循环
    while (1) {
        // a) 电源控制环 (周期性执行)
        PowerService_ControlLoop();

        // b) 数据采集任务 (周期性执行)
        MeasureService_DataAcquisitionTask();

        // c) 获取测量数据
        float voltage = MeasureService_GetVoltage();
        float current = MeasureService_GetCurrent();
        float power = MeasureService_GetPower();

        // d) 更新 UI 显示
        UIService_UpdateDisplay(voltage, current, power);

        // e) 处理通信事件 (例如接收上位机命令, 小程序数据等)
        CommService_ProcessEvents();

        // f) 系统状态维护 (例如错误处理, 状态更新等)
        // ... 系统状态维护代码 ...

        Delay_ms(100); // 循环延时，控制循环频率
    }
}

7. 补充模块 (示例 - PID控制器 pid_controller.h 和 pid_controller.c):

pid_controller.h:

#ifndef __PID_CONTROLLER_H__
#define __PID_CONTROLLER_H__

#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"

// PID控制器结构体
typedef struct {
    float kp;        // 比例系数
    float ki;        // 积分系数
    float kd;        // 微分系数
    float integral_term;  // 积分项累积值
    float last_error;     // 上次误差
    float output_min;   // 输出最小值
    float output_max;   // 输出最大值
} PIDController;

// 初始化 PID 控制器
void PIDController_Init(PIDController *pid, float kp, float ki, float kd);

// 设置 PID 输出限制范围
void PIDController_SetOutputLimits(PIDController *pid, float min, float max);

// 更新 PID 控制器，计算输出值
float PIDController_Update(PIDController *pid, float setpoint, float actual_value);

#endif // __PID_CONTROLLER_H__

pid_controller.c:

#include "pid_controller.h"

void PIDController_Init(PIDController *pid, float kp, float ki, float kd) {
    pid->kp = kp;
    pid->ki = ki;
    pid->kd = kd;
    pid->integral_term = 0.0f;
    pid->last_error = 0.0f;
    pid->output_min = -1.0f; // 默认输出范围
    pid->output_max = 1.0f;
}

void PIDController_SetOutputLimits(PIDController *pid, float min, float max) {
    pid->output_min = min;
    pid->output_max = max;
}

float PIDController_Update(PIDController *pid, float setpoint, float actual_value) {
    float error = setpoint - actual_value; // 计算误差

    // 比例项
    float proportional_term = pid->kp * error;

    // 积分项
    pid->integral_term += pid->ki * error;

    // 积分项饱和限制 (Anti-windup) - 避免积分饱和
    if (pid->integral_term > pid->output_max) {
        pid->integral_term = pid->output_max;
    } else if (pid->integral_term < pid->output_min) {
        pid->integral_term = pid->output_min;
    }

    // 微分项
    float derivative_term = pid->kd * (error - pid->last_error);

    float output = proportional_term + pid->integral_term + derivative_term;

    // 输出饱和限制
    if (output > pid->output_max) {
        output = pid->output_max;
    } else if (output < pid->output_min) {
        output = pid->output_min;
    }

    pid->last_error = error; // 更新上次误差
    return output;
}

代码行数说明:

以上代码示例仅仅展示了部分关键模块的框架和核心逻辑，如果将每个模块的详细代码、头文件、硬件配置、驱动实现、通信协议处理、UI显示驱动、数据滤波算法、延时函数库、板级支持包 (BSP) 等都完整实现，并加入必要的注释和错误处理，代码行数很容易超过3000行。

总结:

这个USB可编程电源/功耗监测项目采用分层架构和模块化设计，有效地组织了代码，提高了系统的可维护性和可扩展性。代码示例涵盖了HAL层、服务层和应用层的关键模块，展示了ADC、DAC、PID控制、数据滤波、UI显示等核心技术的应用。为了完成一个实际可用的产品，还需要根据具体的硬件平台和需求，完善各个模块的代码实现，进行充分的测试和验证。

希望这个详细的解答和代码示例能够帮助您理解嵌入式系统开发的代码架构设计和具体实现方法。如果您有任何进一步的问题，欢迎随时提出。