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项目1：单片机程序审查，控制系统流程图和时序图

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1. 系统整体架构流程图

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graph TB
    subgraph "STM32F103RET6 主控制器"
        subgraph "FreeRTOS任务层"
            T1[defaultTask<br/>空闲任务<br/>优先级:Normal]
            T2[modbusTask<br/>Modbus通信<br/>优先级:Normal]
            T3[servoTask<br/>伺服控制<br/>优先级:High]
            T4[systemTask<br/>系统监控<br/>优先级:Low]
        end


        subgraph "业务逻辑层"
            SC[伺服控制器<br/>tigerservo.c]
            BC[按钮控制器<br/>button_control.c]
            VC[气阀控制器<br/>valveControl.c]
            MC[Modbus适配器<br/>modbus_slave_adapter.c]
        end


        subgraph "通信协议层"
            MBM[Modbus主站<br/>mb_master.c]
            MBS[Modbus从站<br/>mb_slave.c]
            REG[寄存器管理<br/>mb_reg.c]
        end


        subgraph "硬件抽象层"
            GPIO[GPIO控制]
            UART[UART通信]
            TIM[定时器]
            IWDG[看门狗]
        end
    end


    subgraph "外部设备"
        PC[上位机<br/>Modbus主站]
        SERVO1[伺服驱动器1<br/>站号1]
        SERVO2[伺服驱动器2<br/>站号2]
        BTN[按钮面板<br/>急停/复位/启动]
        VALVE[气动阀门<br/>工件夹紧]
    end


    %% 任务间通信
    T2 -.-> T3
    T3 -.-> T4
    T4 -.-> T2


    %% 业务逻辑调用
    T2 --> MC
    T3 --> SC
    T4 --> BC
    T4 --> VC


    %% 模块间依赖
    SC --> MBM
    MC --> MBS
    BC --> VC
    VC --> SC


    %% 协议层通信
    MBM --> REG
    MBS --> REG


    %% 硬件层接口
    MBM --> UART
    MBS --> UART
    BC --> GPIO
    VC --> GPIO
    SC --> TIM


    %% 外部通信
    PC -.->|Modbus RTU| MBS
    MBM -.->|Modbus RTU| SERVO1
    MBM -.->|Modbus RTU| SERVO2
    BTN --> GPIO
    GPIO --> VALVE


    classDef taskNode fill:#e1f5fe
    classDef logicNode fill:#f3e5f5
    classDef commNode fill:#e8f5e8
    classDef halNode fill:#fff3e0
    classDef extNode fill:#ffebee


    class T1,T2,T3,T4 taskNode
    class SC,BC,VC,MC logicNode
    class MBM,MBS,REG commNode
    class GPIO,UART,TIM,IWDG halNode
    class PC,SERVO1,SERVO2,BTN,VALVE extNode

2. 伺服控制状态机流程图

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stateDiagram-v2
    [*] --> INIT: 系统启动


    INIT --> READ_INOUT_DATA: 初始化完成
    note right of INIT: 配置Modbus\n写入初始参数


    READ_INOUT_DATA --> CHECK_INOUT_DIFF: 读取完成(21个参数)
    READ_INOUT_DATA --> READ_INOUT_DATA: 读取中/重试
    note right of READ_INOUT_DATA: 使用表驱动\n地址映射


    CHECK_INOUT_DIFF --> WRITE_INOUT_DIFF: 发现差异
    CHECK_INOUT_DIFF --> CHECK_CTRL_DIFF: 无差异
    note right of CHECK_INOUT_DIFF: 比较读写缓存\n50ms延时机制


    WRITE_INOUT_DIFF --> READ_OUTPUT_DATA: 写入完成
    WRITE_INOUT_DIFF --> INIT: 重试失败
    note right of WRITE_INOUT_DIFF: 智能站号选择\n参数同步更新


    CHECK_CTRL_DIFF --> WRITE_CTRL_DIFF: 发现控制差异
    CHECK_CTRL_DIFF --> READ_OUTPUT_DATA: 无差异
    note right of CHECK_CTRL_DIFF: 检查控制位\n启动/停止/急停等


    WRITE_CTRL_DIFF --> CHECK_CTRL_DIFF: 写入完成
    WRITE_CTRL_DIFF --> INIT: 重试失败
    note right of WRITE_CTRL_DIFF: 32位控制命令\n自动清除标志位


    READ_OUTPUT_DATA --> READ_INOUT_DATA: 读取完成
    READ_OUTPUT_DATA --> CHECK_CTRL_DIFF: 检测到差异
    READ_OUTPUT_DATA --> READ_OUTPUT_DATA: 读取中
    note right of READ_OUTPUT_DATA: 11个输出参数\n状态位解析


    %% 错误处理
    READ_INOUT_DATA --> INIT: 通信错误
    WRITE_INOUT_DIFF --> INIT: 通信错误
    CHECK_CTRL_DIFF --> INIT: 通信错误
    WRITE_CTRL_DIFF --> INIT: 通信错误
    READ_OUTPUT_DATA --> INIT: 通信错误

3. 按钮控制流程图

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flowchart TD
    START([系统启动]) --> INIT[按钮控制初始化]
    INIT --> SCAN[按钮扫描<br/>5ms间隔]


    SCAN --> DEBOUNCE{消抖处理<br/>10ms}
    DEBOUNCE -->|稳定| EVENT[事件检测]
    DEBOUNCE -->|抖动| SCAN


    EVENT --> ESTOP{急停按钮?}
    EVENT --> RESET{复位按钮?}
    EVENT --> START_BTN{启动按钮?}
    EVENT --> SCAN


    %% 急停处理流程
    ESTOP -->|按下| ESTOP_PROC[急停处理]
    ESTOP_PROC --> SERVO_ESTOP[伺服紧急停止]
    SERVO_ESTOP --> WAIT_STOP[等待2秒]
    WAIT_STOP --> VALVE_OPEN[开启气阀释放工件]
    VALVE_OPEN --> WAIT_VALVE[等待2秒]
    WAIT_VALVE --> SET_ESTOP[设置急停状态]
    SET_ESTOP --> SCAN


    ESTOP -->|释放| CLEAR_ESTOP[清除急停状态]
    CLEAR_ESTOP --> SCAN


    %% 复位处理流程
    RESET -->|按下| RESET_CHECK{系统状态检查}
    RESET_CHECK -->|就绪| HOME_RETURN[伺服回原点]
    RESET_CHECK -->|未就绪| SCAN
    HOME_RETURN --> SCAN


    %% 启动处理流程
    START_BTN -->|按下| START_CHECK{启动条件检查}
    START_CHECK --> SYS_READY{系统就绪?}
    SYS_READY -->|否| SCAN
    SYS_READY -->|是| MACHINE_RUN{机器运行中?}
    MACHINE_RUN -->|是| SCAN
    MACHINE_RUN -->|否| ESTOP_CHECK{急停激活?}
    ESTOP_CHECK -->|是| SCAN
    ESTOP_CHECK -->|否| VALVE_CHECK{气阀状态检查}


    VALVE_CHECK --> VALVE_OPEN_STATE{气阀开启?}
    VALVE_OPEN_STATE -->|是| CLOSE_VALVE[关闭气阀夹紧]
    VALVE_OPEN_STATE -->|否| START_SERVO[启动伺服]
    CLOSE_VALVE --> WAIT_CLOSE[等待2秒]
    WAIT_CLOSE --> START_SERVO


    START_SERVO --> SERVO_OK{启动成功?}
    SERVO_OK -->|是| SET_RUNNING[设置运行状态]
    SERVO_OK -->|否| OPEN_VALVE[开启气阀释放]
    SET_RUNNING --> SCAN
    OPEN_VALVE --> SCAN


    classDef processNode fill:#e3f2fd
    classDef decisionNode fill:#fff3e0
    classDef actionNode fill:#e8f5e8
    classDef errorNode fill:#ffebee


    class SCAN,DEBOUNCE,EVENT processNode
    class ESTOP,RESET,START_BTN,RESET_CHECK,START_CHECK,SYS_READY,MACHINE_RUN,ESTOP_CHECK,VALVE_CHECK,VALVE_OPEN_STATE,SERVO_OK decisionNode
    class SERVO_ESTOP,VALVE_OPEN,HOME_RETURN,CLOSE_VALVE,START_SERVO,SET_RUNNING actionNode
    class OPEN_VALVE errorNode

4. Modbus通信时序图

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sequenceDiagram
    participant PC as 上位机
    participant MCU as STM32 MCU
    participant S1 as 伺服驱动器1
    participant S2 as 伺服驱动器2


    Note over MCU: 系统启动 - 初始化阶段
    MCU->>S1: 写入P3_001(波特率)
    S1-->>MCU: ACK
    MCU->>S1: 写入P3_002(协议类型)
    S1-->>MCU: ACK
    MCU->>S1: 批量写入P6组参数(21个)
    S1-->>MCU: ACK


    Note over MCU: 正常运行 - 状态机循环
    loop 每100ms周期
        %% 读取输入输出数据
        MCU->>S1: 03H读取P6参数[0-20]
        S1-->>MCU: 参数值


        %% 检查数据差异
        alt 发现参数差异
            MCU->>S1: 10H写入差异参数
            S1-->>MCU: ACK
        end


        %% 处理控制命令
        alt 有控制命令
            MCU->>S2: 10H写入控制寄存器
            S2-->>MCU: ACK
        end


        %% 读取输出数据
        MCU->>S1: 03H读取转子速度
        S1-->>MCU: 速度值
        MCU->>S2: 03H读取回授位置
        S2-->>MCU: 位置值
        MCU->>S2: 03H读取状态字
        S2-->>MCU: 状态值
    end


    Note over PC,MCU: 上位机通信
    loop 按需通信
        PC->>MCU: 03H读取状态数据
        MCU-->>PC: 状态值
        PC->>MCU: 10H写入控制参数
        MCU-->>PC: ACK


        Note over MCU: 地址透传处理
        alt P6组地址(站1)
            MCU->>S1: 转发到站1
            S1-->>MCU: 响应
        else 站2数据地址
            MCU->>S2: 转发到站2
            S2-->>MCU: 响应
        end
        MCU-->>PC: 最终响应
    end


    Note over MCU: 错误处理机制
    alt 通信超时
        MCU->>MCU: 重试计数+1
        alt 重试次数<3
            MCU->>S1: 重新发送
        else 重试失败
            MCU->>MCU: 重置状态机
        end
    end

5. 系统安全互锁流程图

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flowchart TD
    START([安全检查开始]) --> EMERGENCY{急停状态?}


    EMERGENCY -->|激活| ALLOW_VALVE[仅允许开阀<br/>释放工件]
    EMERGENCY -->|未激活| SERVO_CHECK{伺服运行状态?}


    SERVO_CHECK -->|运行中<br/>bo_zeroSpeed=false| DENY[禁止所有操作]
    SERVO_CHECK -->|停止<br/>bo_zeroSpeed=true| MACHINE_CHECK{机器运行标志?}


    MACHINE_CHECK -->|运行中| DENY
    MACHINE_CHECK -->|停止| ALARM_CHECK{伺服报警?}


    ALARM_CHECK -->|有报警| DENY
    ALARM_CHECK -->|无报警| ALLOW[允许操作]


    %% 具体操作判断
    ALLOW --> VALVE_OP{气阀操作?}
    ALLOW --> SERVO_OP{伺服操作?}
    ALLOW --> BUTTON_OP{按钮操作?}


    VALVE_OP --> VALVE_SAFE[安全气阀控制]
    SERVO_OP --> SERVO_SAFE[安全伺服控制]
    BUTTON_OP --> BUTTON_SAFE[安全按钮响应]


    %% 互锁逻辑
    VALVE_SAFE --> INTERLOCK{伺服-气阀互锁}
    INTERLOCK -->|伺服运行中| VALVE_LOCK[气阀锁定]
    INTERLOCK -->|伺服停止| VALVE_FREE[气阀自由]


    SERVO_SAFE --> SERVO_INTERLOCK{气阀-伺服互锁}
    SERVO_INTERLOCK -->|工件未夹紧| SERVO_LOCK[伺服锁定]
    SERVO_INTERLOCK -->|工件夹紧| SERVO_FREE[伺服自由]


    %% 结果
    ALLOW_VALVE --> SAFE_OP[安全操作执行]
    VALVE_FREE --> SAFE_OP
    SERVO_FREE --> SAFE_OP
    BUTTON_SAFE --> SAFE_OP


    DENY --> REJECT[操作被拒绝]
    VALVE_LOCK --> REJECT
    SERVO_LOCK --> REJECT


    SAFE_OP --> END([安全检查结束])
    REJECT --> END


    classDef safeNode fill:#e8f5e8
    classDef dangerNode fill:#ffebee
    classDef checkNode fill:#fff3e0
    classDef processNode fill:#e3f2fd


    class ALLOW_VALVE,VALVE_FREE,SERVO_FREE,SAFE_OP safeNode
    class DENY,VALVE_LOCK,SERVO_LOCK,REJECT dangerNode
    class EMERGENCY,SERVO_CHECK,MACHINE_CHECK,ALARM_CHECK,VALVE_OP,SERVO_OP,BUTTON_OP,INTERLOCK,SERVO_INTERLOCK checkNode
    class VALVE_SAFE,SERVO_SAFE,BUTTON_SAFE processNode

6. 系统启动时序图

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gantt
    title 系统启动时序图
    dateFormat X
    axisFormat %Lms


    section 硬件初始化
    HAL_Init           :hal_init, 0, 100
    GPIO配置           :gpio_cfg, after hal_init, 50
    UART配置           :uart_cfg, after gpio_cfg, 50
    定时器配置         :tim_cfg, after uart_cfg, 50
    看门狗配置         :iwdg_cfg, after tim_cfg, 50


    section FreeRTOS启动
    内核初始化         :os_init, after iwdg_cfg, 100
    任务创建           :task_create, after os_init, 200
    互斥锁创建         :mutex_create, after task_create, 100
    调度器启动         :scheduler, after mutex_create, 100


    section 业务模块初始化
    按钮控制初始化     :btn_init, after scheduler, 100
    LED调试初始化      :led_init, after btn_init, 50
    Modbus寄存器初始化 :mb_reg_init, after led_init, 100
    从站适配器初始化   :mb_slave_init, after mb_reg_init, 200


    section 伺服系统初始化
    等待伺服启动       :servo_wait, after mb_slave_init, 3000
    Modbus使能         :mb_enable, after servo_wait, 500
    通信参数配置       :comm_cfg, after mb_enable, 1000
    初始参数写入       :param_write, after comm_cfg, 2000


    section 正常运行
    状态机循环         :state_machine, after param_write, 1000
    任务调度           :task_schedule, after state_machine, 1000

7. 错误处理和恢复流程图

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flowchart TD
    ERROR([系统错误检测]) --> TYPE{错误类型判断}


    TYPE -->|通信超时| COMM_ERR[通信错误处理]
    TYPE -->|参数异常| PARAM_ERR[参数错误处理]
    TYPE -->|硬件故障| HW_ERR[硬件错误处理]
    TYPE -->|系统异常| SYS_ERR[系统错误处理]


    COMM_ERR --> RETRY_CHECK{重试次数检查}
    RETRY_CHECK -->|小于3次| RETRY[重新尝试通信]
    RETRY_CHECK -->|大于等于3次| RESET_COMM[重置通信状态机]
    RETRY --> COMM_OK{通信恢复?}
    COMM_OK -->|是| NORMAL[恢复正常运行]
    COMM_OK -->|否| RETRY_CHECK
    RESET_COMM --> REINIT[重新初始化]


    PARAM_ERR --> VALIDATE[参数验证]
    VALIDATE --> RANGE_CHECK{范围检查}
    RANGE_CHECK -->|有效| UPDATE[更新参数]
    RANGE_CHECK -->|无效| REJECT_PARAM[拒绝参数]
    UPDATE --> NORMAL
    REJECT_PARAM --> ERROR_RESP[错误响应]


    HW_ERR --> HW_CHECK[硬件状态检查]
    HW_CHECK --> CRITICAL{关键硬件?}
    CRITICAL -->|是| SAFE_STOP[安全停机]
    CRITICAL -->|否| ISOLATE[隔离故障模块]
    SAFE_STOP --> ESTOP_STATE[进入急停状态]
    ISOLATE --> DEGRADE[降级运行]


    SYS_ERR --> SYS_CHECK[系统健康检查]
    SYS_CHECK --> MUTEX_CHECK{互斥锁状态}
    MUTEX_CHECK -->|正常| TASK_CHECK[任务状态检查]
    MUTEX_CHECK -->|异常| MUTEX_RESET[重置互斥锁]
    TASK_CHECK --> STACK_CHECK{栈溢出检查}
    STACK_CHECK -->|正常| WATCHDOG[看门狗检查]
    STACK_CHECK -->|溢出| STACK_ERR[栈错误处理]


    REINIT --> INIT_OK{初始化成功?}
    INIT_OK -->|是| NORMAL
    INIT_OK -->|否| SAFE_MODE[安全模式]


    DEGRADE --> MONITOR[故障监控]
    MONITOR --> AUTO_RECOVER{自动恢复?}
    AUTO_RECOVER -->|是| NORMAL
    AUTO_RECOVER -->|否| MANUAL[人工干预]


    NORMAL --> END([错误处理完成])
    ERROR_RESP --> END
    ESTOP_STATE --> END
    SAFE_MODE --> END
    MANUAL --> END

总结

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以上流程图和时序图详细展示了系统的各个关键流程：

  1. 整体架构图: 展示了系统的分层结构和模块间关系
  2. 状态机流程: 详细描述了伺服控制的核心逻辑
  3. 按钮控制流程: 展示了安全相关的用户交互逻辑
  4. 通信时序: 说明了Modbus双重角色的通信机制
  5. 安全互锁: 展示了多重安全保护机制
  6. 启动时序: 描述了系统的初始化过程
  7. 错误处理: 展示了系统的容错和恢复能力

来源：CSDN 原文，首次发布于 2025-09-11。