在嵌入式硬件的实践过程中，焊接好的电路板有时会得不到我们想要的输出/显示结果，这时就需要进行排查、检修。实验室成员排查故障时，经常需要用手感知各个元件的温度来定位问题。这样的方法效率不高且有一定危险性，因此，我们决定设计一款热成像仪，专门用于寻找故障电路的高温部分，进而方便我们检修电路。对于一个热成像仪，基本功能有测温加实时显示，对应的模块就是红外测温点阵传感器和一块显示屏。考虑到此产品是面向检修电路的，温度范围应该更广，要求能够测量几百度的高温，且在图像上应突出显示高温部分。另外，因为短路部分相较于其他部分温度差别非常大，所以此产品对于温度的区分不需要特别精确，计算和显示时保留整数即可。最终，红外测温点阵模块笔者选用了MLX90640-B型，使用I2C通信。主控选用ESP-32-S3模组，它拥有240MHZ的主频双核，对于数据计算及实时图像显示非常有帮助。显示屏选用了2.8寸、320*240像素、驱动IC为ST7789的电容触摸屏，SPI+I2C通信，选用触摸屏的理由是对于不同的电路、是否正在焊接，我们可能要切换不同的显示模式，触摸+显示反馈相较于按钮可读性更高且操作更方便。供电部分，笔者使用IP5306电源管理IC，它支持电池充放电，5V稳压输出，电量显示。有了初步想法之后，笔者又增加了一颗OV2640摄像头，用于显示实拍图像，为之后升级成双目热成像提前做准备。 关于IP6306芯片的外围设计，建议在VOUT处添加拨动开关，作为整个设备的总开关。另外KEY引脚处可以选加轻触开关，参考数据手册KEY可以控制电量显示及VOUT输出，由于笔者购买的IP5306芯片的型号不支持KEY引脚按键控制VOUT输出，所以就悬空了KEY引脚。 关于布板，笔者使板框大小与显示屏相同，显示屏及大部分电路元件布于正面，两颗摄像头、esp32-s3模组和电池盒布于反面，尽量压缩了面积。软件部分，笔者使用Arduino IDE开发，库文件中TFT_eSPI（显示屏使用）、TJpg_Decoder（ov2640图像处理）可以在Arduino IDE内下载，此外还使用到MLX90640、tft屏商家提供的库文件。软件实现了多个温度范围、不同插值效果和两种颜色组成方案，通过触屏可直接切换，下面给出一些演示。 至此，这个热成像仪基本开发完成。由于近期时间不充裕，外壳尚未开始设计，等到全部完工后，笔者会开源该项目，具体时间和链接确定下来后会在下方评论区告知。题外话：关于实际投入使用的效果，此项目并不如市面上基于手机屏幕显示的热成像仪，主要原因还是图像处理、屏幕刷新受MCU的限制，导致实际帧率并不算高，且图像效果也有待提升。

1. USB_HID简介2. CubeMX配置3. 描述符简介与代码编写4. XBOX手柄按键解码 一、USB_UID简介HID全称是Human Interface Device，人机交互设备。我们生活中所有的有线外设，和使用2.4G收发器的无线外设，都是通过该协议与电脑通讯的。比如鼠标、键盘、手柄等。但需要指出的是，蓝牙耳机、蓝牙鼠标等基于蓝牙的无线外设使用的是蓝牙HID协议，与本文讨论的不同。外设通过USB_HID协议告诉电脑，我是什么、我有什么功能、我传来的信号是什么含义。在设备插入电脑时，其会向电脑发送一系列“描述符”(Description)，描述自身的方方面面，此时“设备与打印机”界面便会弹出设备图标，表明该其已被电脑识别。 在识别完成后，设备开始与电脑正常通讯，通讯的数据被打包，并不断传给电脑。这个“包”被称作“报表”(Report)。这是一串在外人看来毫无意义的二进制数据，它的长度、它表达的含义，均由你在“报表描述符”(Report Description)中自定义。报表就好像密码，而报表描述符是密码本，电脑会对照报表描述符，将报表翻译成一系列指令。可以看出，该协议极为复杂，想要完全了解它很困难，协议中每个描述符都能写出比此文还长的文章。因此，本文旨在从DIY的角度，利用CubeMX与HAL库，跳过协议原文，用STM32做出你想要的外设。本文使用STM32F103C8T6演示，侧重于USB_HID协议的代码编写，不涉及手柄硬件实现与外壳建模。 二、CubeMX配置1.使能高速晶振 打开串口调试  2.打开USB，勾选Device(FS)，FS：Full Speed 3.配置时钟树 4.打开USB_DEVICE，选择Human Interface Device Class(HID) 5.打开任意一个GPIO (PB12)，方便检验代码  下图为引脚定义与接线方式 6.勾选“生成.c/.h文件” 7.命名工程、选择IDE与版本、生成Keil代码  三、描述符简介与代码编写在写代码前需要说明的是，未编译前的代码中不包含.h文件，因此需要在进行下一步之前编译文件。当.c文件前面出现小加号的时候就说明成功了。 (1) 设备描述符 Device Description该描述符负责向电脑提供如下信息：VID(供应商识别码)、PID(产品识别码)、设备支持的语言、制造商名称、产品类型、使用的USB版本号等。文件路径如下图，文件名usbd_desc.c 仅需要在文件中修改如下代码，即可被电脑识别为XBOX手柄：#define USBD_VID     1118                         //供应商识别码#define USBD_LANGID_STRING     1033               //语言识别码(1033代表英文 5124代表中文))#define USBD_MANUFACTURER_STRING     "@Microsoft" //制造商#define USBD_PID_FS     654                       //产品识别码#define USBD_PRODUCT_STRING_FS     "Controller"   //产品类型#define USBD_CONFIGURATION_STRING_FS     "Custom HID Config"#define USBD_INTERFACE_STRING_FS     "HID Interface" 可以看到，仅仅修改了上述代码，电脑就已经把它识别成了XBOX手柄，但电脑还不认为这是一个游戏控制器，这个设备还不能向电脑发送任何有效指令。 Plus：如果想要DIY其他外设，下图是查看设备VID与PID的方法  (2) HID结构体接下来要修改的代码，均在usbd_hid.c与usbd_hid.h文件中，路径见下图 在修改其他配置描述符之前，我们先要对HID结构体进行一些修改，在这个结构体中，记录了stm32的HID功能如何初始化、如何启动、如何接收信息等等。以下是这个结构体默认时的样子：USBD_ClassTypeDef  USBD_HID ={  USBD_HID_Init,  USBD_HID_DeInit,  USBD_HID_Setup,  NULL, /*EP0_TxSent*/  NULL, /*EP0_RxReady*/  USBD_HID_DataIn, /*DataIn*/  NULL, /*DataOut*/  NULL, /*SOF */  NULL,  NULL,  USBD_HID_GetHSCfgDesc,  USBD_HID_GetFSCfgDesc,  USBD_HID_GetOtherSpeedCfgDesc,  USBD_HID_GetDeviceQualifierDesc,};我们需要把下面三行代码全部修改成USBD_HID_GetFSCfgDesc,  USBD_HID_GetHSCfgDesc,  USBD_HID_GetFSCfgDesc,  USBD_HID_GetOtherSpeedCfgDesc,即取消High Speed；Other Speed这两种传输速度，全部改成以Full Speed传输。USB1.1支持Full Speed，速度为12Mbps；USB2.0支持High Speed，速度为480Mbps。因为stm32f103只支持12Mbps，所以要把这个结构体中的传输速度全部改成Full Speed。 (3) 配置描述符 Configuration Description配置描述符负责向电脑描述这个设备有多少个接口，每个接口有什么端点。HAL库提供了三种速度下的配置描述符，即Full Speed，High Speed，Other Speed，他们的名称如下：__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_HID_CfgFSDesc[USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ]  __ALIGN_END =__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_HID_CfgHSDesc[USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ]  __ALIGN_END =__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_HID_OtherSpeedCfgDesc[USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ]  __ALIGN_END =我们只需要修改Full Speed的配置描述符，其他保持默认即可(删掉也行)。代码来自国外大佬用逻辑分析仪抓出的原版XBOX手柄的配置描述符，具体每行代码有什么含义，可能只有微软公司自己知道，我们直接复制粘贴就好啦。__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_HID_CfgFSDesc[USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ]  __ALIGN_END ={    0x09,    USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,    USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ,    0x00,0x04,0x01,0x00,0xA0,0xFA,0x09,    USB_DESC_TYPE_INTERFACE,    0x00, 0x00,0x02,0xFF,0x5D,0x01,0x00,0x11,0x21,    0x10,0x01,0x01,0x25,0x81,0x14,0x03,0x03,    0x03,0x04,0x13,0x02,0x08,0x03,0x03,0x07,    USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,    0x81,0x03,0x20,0x00, 0x0A,0x07,    USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,    0x02,0x03,0x20,0x00, 0x08,0x09,  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,    0x01,0x00,0x02,0xFF,0x5D,0x01,0x00,0x1B,0x21,0x00,0x01,0x01,0x01,0x83,0x40,0x01,0x04,0x20,0x16,0x85,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x16,0x05,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,    USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,    0x83,0x03,0x20,0x00, 0x02,0x07,    USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,    0x04,0x03,0x20,0x00,0x04,0x09,    USB_DESC_TYPE_INTERFACE,    0x02,0x00,0x01,0xFF,0x5D,0x02,0x00,0x09,    0x21, 0x00,0x01,0x01,0x22,0x86,0x07,0x00,0x07,    USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,    0x86,0x03,0x20, 0x00,0x10,0x09,    USB_DESC_TYPE_INTERFACE,0x03,0x00,0x00,0xFF,0xFD,0x13,0x04,0x06,0x41,0x00,0x01,0x01,0x03,};在做好上述修改后，我们还需要修改配置描述符的长度，他的长度记录在“USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ”中。我们要进入usbd_hid.h文件中，把它的值从34U改为139U。 如果我们想DIY别的外设，可以去网上找对应外设的配置描述符。HAL库提供的所有描述符代码都是鼠标的，而键盘的描述符网上有很多资料，自己去找就好。 (4) 报表描述符 Report Description报表描述符的作用是向电脑提供“密码本”，让电脑能够翻译设备发来的报表(Report)。然而XBOX手柄的报表描述符极为特殊，它早已被微软写好，不能被我们自定义。无论我们在程序中如何修改报表描述符，都无法增加或减少手柄的功能，和它发送的报表的格式。代码替换如下：__ALIGN_BEGIN static uint8_t HID_MOUSE_ReportDesc[HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE]  __ALIGN_END ={0x00, 0xC0,}; 0x00代表不包含任何含义 0xC0代表此集合终止我们还需要修改报表描述符的长度，其记录在“HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE”中，位于usbd_hid.h，从74U修改为2U，修改方法如下图   (5) 发送报表准备工作已经完成，接下来可以在主函数中发送报表了。主函数需要引用两个头文件 “usbd_hid.h” “usbd_desc.h”接着需要声明结构体，并创建一个数组来存储报表信息，数组长度为14，报表中信息的含义详见下一节 “XBOX手柄报表解码”。extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;uint8_t TXData[14]={0x00, 0x14, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};注意：TXData第二个数固定为0x14 在usbd_hid.h文件中更改数据包的最大长度，其记录在“HID_EPIN_SIZE”中，让其大于等于0x14U  发送报表所用的函数名为USBD_HID_SendReport(A, B, C)其中A为前面步骤声明的结构体，B为要发送的数据，C为发送数据的长度 下图举了一个例子，当PB12引脚为高电平时，TXData[3] = 0x04，意思是LOGO键被按下 可以看到，当按钮被按下时，PB12脚电平被拉高，电脑成功识别了它，并打开了Game Bar  接着把TXData[3] = 0x04 改为 TXData[3] = 0x10，意思是手柄的A键被按下。当我长按按钮时，代表着A键的小红点也亮了起来，说明识别成功！  综上，我们已经完成了所有USB_HID协议方面的代码，后面就可以根据你自己的电路去设计具体的控制逻辑了。下面我会详细阐述TXData这14个字节分别是什么含义，又代表着XBOX手柄上的哪些按键和摇杆。 四、XBOX手柄报表解码由于XBOX手柄的报表描述符已被微软固定，我们无法自定义，因此想要DIY一个XBOX手柄就需要知道报表中每个bit的含义。先定义一下手柄各个按键、扳机、摇杆的名称，以防误解 手柄传输给电脑的报表长度为14个Byte，下表为每个Byte的具体功能：(1) 按键组1（在后续的讨论中，1为按下按键，0为松开按键） Eg：若只按下A键与Y键，则代表按键组2的这一个Byte变为1001 0000，十六进制为0x90。其余Byte不变，为0000 0000。因此，此时手柄发送给电脑的数据(TXData)为：0x00, 0x14, 0x00, 0x90, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 (3) 扳机扳机值的范围为0000 0000 ~ 1111 1111，即十六进制的0x00~0xFF不按扳机时为0x00，完全按下为0xFF Eg: 若左扳机按下一半，右扳机完全按下，则代表左扳机的Byte变为0000 1111 (0x0F)，代表右扳机的Byte变为1111 1111 (0xFF)此时手柄发送给电脑的数据为：0x00, 0x14, 0x00, 0x00, 0x0F, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 (4) 摇杆摇杆的数据比较特殊，其使用2个Byte来表示一个轴的位置信息，它的范围是 -32767 ~ 32767（摇杆初始位置为0）bit15为符号位，当摇杆的值是负数时为1，正数时为0bit0~bit14为数据位，它能表达的最大值为111 1111 1111 1111(十进制32767 十六进制0x7FFF)这16个bit被拆分成了两个Byte，bit0~bit7称作LSB，bit8~bit15称作MSB Eg：假设右摇杆X轴值为32767，右摇杆Y轴值为-20000 32767 = 0111 1111 1111 1111 = 0x7FFF = 0xFF(LSB); 0x7F(MSB)-20000 = 1100 1110 0010 0000 = 0xCE20= 0x20(LSB); 0xCE(MSB)此时手柄发送给电脑的数据为：0x00, 0x14, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x7F, 0x20, 0xCE