[小黑科技] 破解一个电控升降桌，并改形成语音控制（上）—— 模拟中间人与控制手柄交互

一、电路图破译

其电路板以下，是一个程序员专用升降桌的控制手柄：

简单看电路板，其原理图猜想是8路并转串，用来收集按键按下信息；两个串转8路并来驱动3个7段数码管：

二、破解其数码管显示原理

所以简单写一个74HC595串行写数据逻辑，分别写一些数据观察显示效果(代码基于ESP8266 RTOS的GPIO DEMO改造而来)：

#define GPIO_D4             2
#define GPIO_D5             14
#define GPIO_D6             12
#define GPIO_D7             13
#define GPIO_D8             15

#define GPIO_SCK            GPIO_D5   
#define GPIO_MISO           GPIO_D6
#define GPIO_MOSI           GPIO_D7
#define GPIO_NSS            GPIO_D4


#define GPIO_OUTPUT_PIN_SEL  ((1ULL<<GPIO_SCK) | (1ULL<<GPIO_MOSI) | (1ULL<<GPIO_NSS))
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL  ((1ULL<<GPIO_MISO))


static void gpio_task_example(void *arg)
{
    int d = 0xFFDF;//待传输给74HC595的16bits数据
    int x = 0;
 
    while (1) {
        vTaskDelay(100 / portTICK_RATE_MS);
        gpio_set_level(GPIO_MOSI, (d>>x) & 0x01);//数据的一bit
        gpio_set_level(GPIO_SCK, 0);//SCK上升沿数据移入
        vTaskDelay(1 / portTICK_RATE_MS);
        gpio_set_level(GPIO_SCK, 1);

        x++;
        if(x == 16){//当全部16bits数据都送入了，NSS给一个上升沿，数据送到并口
            x=0;   
            gpio_set_level(GPIO_NSS, 0);
            vTaskDelay(1 / portTICK_RATE_MS);
            gpio_set_level(GPIO_NSS, 1);
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    gpio_config_t io_conf;
    //disable interrupt
    io_conf.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE;
    //set as output mode
    io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    //bit mask of the pins that you want to set,e.g.GPIO15/16
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_OUTPUT_PIN_SEL;
    //disable pull-down mode
    io_conf.pull_down_en = 0;
    //disable pull-up mode
    io_conf.pull_up_en = 0;
    //configure GPIO with the given settings
    gpio_config(&io_conf);

    //bit mask of the pins, use GPIO4/5 here
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL;
    //set as input mode
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;
    //enable pull-up mode
    io_conf.pull_up_en = 1;
    gpio_config(&io_conf);

    //start gpio task
    xTaskCreate(gpio_task_example, "gpio_task_example", 2048, NULL, 10, NULL);

    while (1) {
        vTaskDelay(1000000 / portTICK_RATE_MS);
    }
}

其中74HC595的原理参考：https://blog.csdn.net/weixin_41445387/article/details/80500046
其中3位数7段码相似这样：^[#2]

三、让数码管根据本身的意愿显示

所以，数字0～9对应的编码以下（是16bits data的高8bits）：

数字	编码	十六进制
0	1111 1100	0xFC
1	0110 0000	0x60
2	1101 1010	0xDA
3	1111 0010	0xF2
4	0110 0110	0x66
5	1011 0110	0xB6
6	1011 1110	0xBE
7	1110 0000	0xE0
8	1111 1110	0xFE
9	1111 0110	0xF6

让上述0～9数字显示在不一样位是经过16bits中的低字节的高3bits实现的：

位	编码
百位	xxxx xxxx 0010 0000
十位	xxxx xxxx 0100 0000
个位	xxxx xxxx 1000 0000

若是想要显示一个3位数，是经过快速显示个十百位来实现的，代码实现以下：

char digital[10] = {0xFC,0x60,0xDA,0xF2,0x66,0xB6,0xBE,0xE0,0xFE,0xF6};//0～9
char position[3] = {0x80,0x40,0x20};//百十个

void app_show_digital(int d){//显示1位数字
    for(int i=0;i<16;i++){
        gpio_set_level(GPIO_MOSI, (d>>i) & 0x01);
        gpio_set_level(GPIO_SCK, 0);
        gpio_set_level(GPIO_SCK, 1);
    }

    gpio_set_level(GPIO_NSS, 0);
    gpio_set_level(GPIO_NSS, 1);
}

void app_show_num(int num){//分时复用显示3位数字
    if(num < 0 || num > 999)return;

    static int show_pos = 0;
    int gsb[3];//个十百
    gsb[0] = digital[num%10];//个
    gsb[1] = digital[num/10%10];//十
    gsb[2] = digital[num/100];//百
    app_show_digital(gsb[show_pos] << 8 | position[show_pos]);

    show_pos++;
    if(show_pos == 3)show_pos = 0;
}

int show_num = 0;
static void gpio_task_example(void *arg)
{
    while (1) {
        app_show_num(show_num);
        vTaskDelay(9 / portTICK_RATE_MS);
    }
}

注：这里有一点要注意，在make config中，将RTOS的频率从100Hz调到200Hz，不然vTaskDelay(10 / portTICK_RATE_MS) 中10如下的值全都做为0处理，会致使看门狗被饿死而系统重启（看门狗的26.1S超时也在config中）

四、破解其按键操做逻辑

简单写一个74HC165串行读数据逻辑，用串口将读取的数据打印下来(代码基于ESP8266 RTOS的GPIO DEMO改造而来)：

char app_read_key(void){
    char data = 0;
    for(int i=0;i<8;i++){
        gpio_set_level(GPIO_SCK, 0);
        gpio_set_level(GPIO_SCK, 1);
        char bit = gpio_get_level(GPIO_MISO) == 0?0:1;
        data <<= 1;
        data |= bit;
    }
    return data;
}

int show_num = 0;
static void gpio_task_example(void *arg)
{
    while (1) {
        app_show_num(show_num);
        ESP_LOGI(TAG, "key: %X\n", app_read_key());
        vTaskDelay(9 / portTICK_RATE_MS);
    }
}

按动不一样按键，看读取的数据：

按键	CODE	二进制
不按	7F	0111 1111
L1 上	7D	0111 1101
L2 下	7B	0111 1011
L3 一档	77	0111 0111
L4 二档	6F	0110 1111
L5 三档	5F	0101 1111
L6 四档	3F	0011 1111

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LINKS

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[2]. 单片机芯片之——图解74HC595(第一部分)
[3]. ESP8266开发之旅 基础篇③ ESP8266与Arduino的开发说明

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