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在工业机器人、数控机床和自动化设备领域，示教器是连接操作者与设备的核心人机交互界面。它允许工程师通过手持设备进行点位示教、程序编辑、参数设置和手动操控。Peak示教器作为一款经典的工业级示教器，其设计理念和功能模块对于理解嵌入式人机交互系统具有很高的学习价值。本文将带你从零开始，基于ESP32和STM32这两款主流微控制器，完成一个Peak示教器的功能复刻与演示项目。这不仅是一个嵌入式综合应用实践，更是一次深入理解实时控制、通信协议和GUI设计的绝佳机会。

通过本文，你将掌握如何将复杂的工业设备功能拆解为具体的嵌入式模块，并利用ESP32和STM32各自的优势进行实现。无论你是希望深入工业控制领域的嵌入式开发者，还是对机器人技术感兴趣的学生，都能从中获得从硬件选型、固件开发到系统联调的完整经验。我们将从核心概念讲起，逐步完成环境搭建、关键代码编写、通信调试，并最终实现一个具备基础示教功能的可演示系统。

1. 理解示教器的核心功能与系统架构

在动手写代码之前，必须清晰定义我们要复刻的“Peak示教器”究竟包含哪些核心功能，以及整个系统的技术架构如何划分。这决定了后续的硬件选型、软件模块划分和通信协议设计。

1.1 示教器的基本功能模块

一个典型的工业示教器，其功能可以抽象为以下几个核心模块：

1. 人机交互界面：这是最直观的部分，包括液晶显示屏和物理按键/摇杆。显示屏用于显示机器状态、程序代码、坐标信息、报警日志等。物理输入设备则用于手动操控（如点动、连续运动）、程序启停、模式切换和菜单导航。
2. 设备控制逻辑：负责解析用户的输入（按键、摇杆），并将其转化为具体的控制指令。例如，按下“X+”键，需要生成一个让机器人沿X轴正方向点动的指令。
3. 通信接口：示教器作为上位机，需要与下位机（如机器人控制器、PLC）进行稳定、实时的数据交换。通信内容通常包括控制指令的下发、设备状态（位置、速度、报警）的上报以及程序文件的传输。
4. 程序管理与存储：能够创建、编辑、保存和加载机器人运动程序。程序通常由一系列运动指令（如直线、圆弧）、逻辑指令（如等待、跳转）和IO操作指令组成。

我们的复刻项目将聚焦于实现前三个模块，构建一个最小可运行系统，第四个模块作为扩展方向。

1.2 基于ESP32与STM32的架构设计

为什么选择ESP32和STM32组合？因为它们各自在特定领域有显著优势，组合起来能更好地模拟工业示教器的复杂需求。

• STM32的优势：强大的实时处理能力和丰富的外设。STM32（特别是Cortex-M系列）中断响应快，定时器精度高，非常适合处理摇杆模拟量采集、按键扫描、编码器读取等需要严格时序和实时性的任务。此外，其丰富的通信接口（如CAN、多个UART）便于连接多种工业总线。
• ESP32的优势：强大的网络和蓝牙功能，以及双核处理能力。ESP32内置Wi-Fi和蓝牙，可以轻松实现无线调试、远程监控、甚至模拟基于网络的控制器通信。其主频较高，其中一个核心可以专门用于运行LVGL等图形库，构建流畅的GUI界面。

因此，一个合理的架构分工如下：

• STM32作为“前端接口板”：负责所有物理交互。它读取按键、摇杆、急停开关等状态，通过ADC采集摇杆模拟量，并通过定时器去抖和滤波处理原始信号。处理完成后，它将封装好的“用户指令数据包”通过串口发送给ESP32。
• ESP32作为“主控与显示核心”：负责GUI渲染、业务逻辑和通信调度。它接收来自STM32的指令包，更新界面状态（如高亮被按下的虚拟按键），并根据业务逻辑生成最终要发送给“机器人控制器”的控制指令。同时，它通过SPI或I2C驱动显示屏，运行LVGL库来绘制界面。它还可以通过Wi-Fi模拟与上位机PC的通信，用于调试和演示。

两者之间通过UART串口进行通信，定义一套简单、高效的私有协议。

1.3 通信协议设计思路

STM32与ESP32之间的通信是项目成败的关键。协议必须保证数据完整、实时且易于解析。

一个简单的帧结构设计如下：

[帧头 0xAA][帧头 0x55][数据长度 N][命令字][数据域...][校验和][帧尾 0x0D][帧尾 0x0A]

• 帧头：固定的两个字节，用于标识一帧数据的开始，便于在数据流中同步。
• 数据长度：指示数据域的字节数。
• 命令字：表示本条指令的类型，如0x01代表按键事件，0x02代表摇杆数据。
• 数据域：具体的数据内容。对于按键事件，可以用1个字节表示按键编号，1个字节表示动作（按下/释放）。对于摇杆数据，可以用两个uint16_t类型数据（4字节）分别表示X轴和Y轴的ADC值或归一化后的百分比。
• 校验和：通常为数据长度、命令字和数据域所有字节的累加和取低8位，用于验证数据传输过程中是否出错。
• 帧尾：固定的两个字节，标识帧结束。

这种协议虽然简单，但包含了同步、定长、校验等基本要素，足够用于本项目的板间通信。

2. 开发环境准备与项目初始化

工欲善其事，必先利其器。我们将分别搭建STM32和ESP32的开发环境，并创建基本的项目框架。

2.1 STM32端环境搭建（以STM32F103C8T6为例）

STM32开发有多种方式，我们选择目前主流的STM32CubeMX + Keil MDK/STM32CubeIDE组合，因为它能图形化配置引脚和时钟，自动生成初始化代码，极大提高效率。

1. 安装软件：

   • STM32CubeMX：从ST官网下载安装。这是一个图形化配置工具。
   • Keil MDK-ARM或STM32CubeIDE：前者是经典的商业IDE，后者是ST官方推出的免费集成开发环境。本文示例将使用STM32CubeIDE，因为它集成了CubeMX和调试功能，且免费。
   • ST-LINK Utility/V2驱动：用于烧录和调试程序的工具和驱动，确保你的ST-LINK下载器能被系统识别。

2. 使用CubeMX创建工程：

   • 打开CubeMX，点击“New Project”。
   • 在芯片选择器中输入“STM32F103C8”，选择“STM32F103C8Tx”。
   • 进入项目后，首先在“Pinout & Configuration”标签页配置系统核心：
     • SYS->Debug: 选择“Serial Wire”（如果你使用ST-LINK的SWD接口调试）。
     • RCC->High Speed Clock (HSE): 选择“Crystal/Ceramic Resonator”（如果板载了外部晶振）。
   • 配置外设引脚：
     • 假设我们使用USART1与ESP32通信。找到“USART1”，将模式设置为“Asynchronous”（异步通信）。下方引脚会自动映射到PA9(TX)和PA10(RX)。
     • 配置一个ADC通道用于读取摇杆。找到“ADC1”，启用“IN1”通道（对应PA1引脚）。配置为“Single-ended”（单端输入）。
     • 配置几个GPIO口作为按键输入。例如，将PA0、PA2、PA3设置为“GPIO_Input”，并启用内部上拉（Pull-up）。
   • 配置时钟树（Clock Configuration）：点击该标签页，通常可以直接点击“HCLK”输入框，输入最大值（如72MHz），然后按回车，软件会自动计算并配置各级分频器。
   • 生成代码：点击“Project Manager”标签页，设置项目名称、路径，选择“Toolchain / IDE”为“STM32CubeIDE”。然后点击“GENERATE CODE”。

3. 在STM32CubeIDE中编写代码：

   • 打开生成的工程，在Core/Src/main.c的/* USER CODE BEGIN 2 */和/* USER CODE END 2 */之间，编写你的按键扫描、ADC读取和串口发送逻辑。
   • 关键代码结构示例：

   /* USER CODE BEGIN PV */ // 定义按键和摇杆数据结构 typedef struct { uint8_t key_id; uint8_t key_action; // 0:释放, 1:按下 } KeyEvent_t; typedef struct { uint16_t joy_x; uint16_t joy_y; } JoystickData_t; /* USER CODE END PV */ /* 在main循环中 */ while (1) { // 1. 扫描按键 (简化示例，实际应用定时器中断或状态机更好) static uint8_t last_key_state = 0; uint8_t current_key_state = HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin); if(last_key_state == 1 && current_key_state == 0) { // 检测到下降沿，按键按下 KeyEvent_t event = {1, 1}; send_key_event_via_uart(&huart1, &event); } last_key_state = current_key_state; // 2. 读取摇杆ADC值（非阻塞方式） if(adc_conversion_complete_flag) { JoystickData_t joy_data; joy_data.joy_x = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 假设ADC1读取X轴 // ... 可能还需要读取另一个ADC通道获取Y轴 send_joystick_data_via_uart(&huart1, &joy_data); adc_conversion_complete_flag = 0; // 启动下一次ADC转换 HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); } /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ }

   • 你需要实现send_key_event_via_uart和send_joystick_data_via_uart函数，按照之前设计的协议格式，使用HAL_UART_Transmit函数将数据打包发送。

2.2 ESP32端环境搭建（以ESP32-S3为例）

ESP32开发环境我们选择VSCode + PlatformIO，这是目前非常流行且强大的嵌入式开发平台，库管理极其方便。

1. 安装软件：

   • 安装VSCode。
   • 在VSCode扩展商店中搜索并安装PlatformIO IDE。

2. 创建PlatformIO项目：

   • 打开VSCode，点击左侧的PlatformIO图标（小蚂蚁）。
   • 点击“PIO Home” -> “Open” -> “New Project”。
   • 输入项目名称，如peak_teach_pendant。
   • 在“Board”中选择你的ESP32型号，例如“Espressif ESP32-S3-DevKitC-1”。
   • 在“Framework”中选择“Arduino”或“ESP-IDF”。对于LVGL图形库，Arduino框架的生态更友好，本文选择Arduino。
   • 点击“Finish”，PlatformIO会自动创建项目并下载必要的工具链和框架。

3. 配置项目依赖：

   • 项目创建后，打开项目根目录下的platformio.ini文件。这是项目的核心配置文件。
   • 我们需要添加LVGL库和必要的驱动。修改platformio.ini如下：

   [env:esp32-s3-devkitc-1] platform = espressif32 board = esp32-s3-devkitc-1 framework = arduino monitor_speed = 115200 ; 库依赖 lib_deps = lvgl/lvgl@^8.3 bodmer/TFT_eSPI@^2.5.0 ; 一个流行的TFT驱动库，支持多种屏幕 ; 如果使用SPI屏幕，可能需要配置TFT_eSPI的用户设置 build_flags = -D USER_SETUP_LOADED=1 -D ILI9341_DRIVER=1 ; 根据你的屏幕驱动芯片修改 -D TFT_WIDTH=240 -D TFT_HEIGHT=320

   • 你需要根据实际使用的显示屏型号，修改build_flags中的驱动芯片定义和分辨率。TFT_eSPI库的User_Setup.h文件提供了详细的配置说明。

4. 项目代码结构：

   • 在src目录下，创建主要的源代码文件main.cpp。
   • 建议的模块化文件结构：
     • src/main.cpp: 程序入口，初始化硬件和任务。
     • src/gui/: 存放所有LVGL相关的界面创建和事件处理代码。
     • src/comm/: 存放与STM32串口通信的协议解析代码。
     • src/teach_logic/: 存放示教器核心业务逻辑（如指令生成、状态管理）。

3. 核心功能模块实现

环境准备好后，我们开始实现最核心的三个部分：STM32端的输入采集与发送、ESP32端的通信解析与GUI、以及ESP32端的业务逻辑。

3.1 STM32端：输入采集与协议发送

STM32的任务是稳定、实时地采集输入设备状态，并打包发送。这里以按键和单摇杆为例。

1. 按键消抖与事件生成：

   • 直接在while(1)循环中读取GPIO状态是不稳定且低效的。推荐使用外部中断或定时器中断进行按键扫描。
   • 使用定时器中断扫描：配置一个定时器（如TIM2）每10ms中断一次。在中断服务函数中，读取所有按键引脚状态，通过状态机判断是稳定按下、释放还是抖动。

   // 在stm32f1xx_it.c的TIM2中断函数中 void TIM2_IRQHandler(void) { if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET) { __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE); key_scan_state_machine(); // 你的按键状态机函数 } }

   • 状态机函数示例：

   #define KEY_DEBOUNCE_TIME 3 // 消抖时间30ms (10ms*3) void key_scan_state_machine(void) { for(int i=0; i<KEY_NUM; i++) { uint8_t current_state = read_key_gpio(i); switch(key[i].state) { case KEY_STATE_IDLE: if(current_state == KEY_PRESSED) { key[i].cnt = 0; key[i].state = KEY_STATE_DEBOUNCE; } break; case KEY_STATE_DEBOUNCE: if(current_state == KEY_PRESSED) { key[i].cnt++; if(key[i].cnt >= KEY_DEBOUNCE_TIME) { key[i].state = KEY_STATE_PRESSED; key[i].event = KEY_EVENT_PRESS; // 触发事件，准备发送 key_event_trigger(i, KEY_EVENT_PRESS); } } else { key[i].state = KEY_STATE_IDLE; // 抖动，回到空闲 } break; case KEY_STATE_PRESSED: if(current_state == KEY_RELEASED) { key[i].cnt = 0; key[i].state = KEY_STATE_RELEASE_DEBOUNCE; } break; // ... 释放消抖状态类似 } } }

2. ADC采集与滤波：

   • 摇杆输出的是模拟电压，通过ADC读取。ADC值会存在噪声，需要进行软件滤波。
   • 使用定时器触发ADC转换，保证采样间隔均匀。
   • 使用滑动平均滤波或中值滤波处理ADC数据。

   #define FILTER_WINDOW_SIZE 10 uint16_t adc_filter_buffer[FILTER_WINDOW_SIZE] = {0}; uint8_t filter_index = 0; uint16_t filter_adc_value(uint16_t raw_value) { adc_filter_buffer[filter_index] = raw_value; filter_index = (filter_index + 1) % FILTER_WINDOW_SIZE; uint32_t sum = 0; for(int i=0; i<FILTER_WINDOW_SIZE; i++) { sum += adc_filter_buffer[i]; } return (uint16_t)(sum / FILTER_WINDOW_SIZE); }

3. 串口数据打包与发送函数：

   • 实现一个通用的发送函数，遵循我们定义的协议。

   void send_uart_packet(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t cmd, uint8_t *data, uint8_t len) { uint8_t tx_buffer[128]; // 确保足够大 uint8_t checksum = 0; int index = 0; tx_buffer[index++] = 0xAA; tx_buffer[index++] = 0x55; tx_buffer[index++] = len + 1; // 数据长度 = 数据域长度 + 命令字(1字节) tx_buffer[index++] = cmd; checksum = (len+1) + cmd; for(int i=0; i<len; i++) { tx_buffer[index++] = data[i]; checksum += data[i]; } tx_buffer[index++] = checksum; tx_buffer[index++] = 0x0D; tx_buffer[index++] = 0x0A; HAL_UART_Transmit(huart, tx_buffer, index, 100); // 超时100ms } // 发送按键事件 void send_key_event(uint8_t key_id, uint8_t action) { uint8_t data[2] = {key_id, action}; send_uart_packet(&huart1, 0x01, data, 2); }

3.2 ESP32端：通信解析与GUI界面

ESP32需要同时处理串口数据解析和图形界面刷新，因此采用多任务（FreeRTOS）是更合理的选择。

1. 创建FreeRTOS任务：

   • 在setup()函数中创建两个主要任务：一个用于串口通信，一个用于GUI。

   #include “freertos/FreeRTOS.h” #include “freertos/task.h” void comm_task(void *pvParameters); void gui_task(void *pvParameters); void setup() { Serial.begin(115200); // 用于调试打印 Serial1.begin(115200, SERIAL_8N1, RX_PIN, TX_PIN); // 与STM32通信的串口 // 初始化LVGL、显示屏等硬件 lv_init(); tft.begin(); lv_disp_drv_init(&disp_drv); // ... 更多显示驱动初始化 // 创建任务 xTaskCreatePinnedToCore( comm_task, // 任务函数 “CommTask”, // 任务名 4096, // 堆栈大小 NULL, // 参数 2, // 优先级 NULL, // 任务句柄 0 // 运行在核心0 ); xTaskCreatePinnedToCore( gui_task, “GuiTask”, 8192, // GUI任务需要更大堆栈 NULL, 1, // 优先级略低于通信任务 NULL, 1 // 运行在核心1 ); } void loop() { vTaskDelete(NULL); // Arduino的loop不再使用，删除自身任务 }

2. 串口通信任务实现：

   • 该任务负责从Serial1读取数据，并按照协议解析。
   • 关键点：使用状态机来解析不定长的数据帧，避免因数据接收不完整或错误导致解析混乱。

   void comm_task(void *pvParameters) { uint8_t rx_buffer[128]; uint8_t rx_index = 0; enum ParserState { WAIT_HEAD1, WAIT_HEAD2, WAIT_LEN, WAIT_CMD, WAIT_DATA, WAIT_CHECKSUM, WAIT_TAIL1, WAIT_TAIL2 } state = WAIT_HEAD1; uint8_t data_len = 0; uint8_t cmd = 0; uint8_t data[64]; uint8_t data_received = 0; uint8_t calc_checksum = 0; while(1) { if(Serial1.available()) { uint8_t byte = Serial1.read(); switch(state) { case WAIT_HEAD1: if(byte == 0xAA) state = WAIT_HEAD2; break; case WAIT_HEAD2: if(byte == 0x55) state = WAIT_LEN; else state = WAIT_HEAD1; // 同步失败，重新开始 break; case WAIT_LEN: data_len = byte; calc_checksum = byte; state = WAIT_CMD; break; case WAIT_CMD: cmd = byte; calc_checksum += byte; data_received = 0; if(data_len > 1) { // 数据长度包含命令字，所以数据域长度是 data_len-1 state = WAIT_DATA; } else { state = WAIT_CHECKSUM; } break; case WAIT_DATA: data[data_received++] = byte; calc_checksum += byte; if(data_received >= (data_len - 1)) { state = WAIT_CHECKSUM; } break; case WAIT_CHECKSUM: if(byte == calc_checksum) { state = WAIT_TAIL1; } else { // 校验和错误，丢弃本帧 state = WAIT_HEAD1; Serial.println(“Checksum error!”); } break; case WAIT_TAIL1: if(byte == 0x0D) state = WAIT_TAIL2; else state = WAIT_HEAD1; break; case WAIT_TAIL2: if(byte == 0x0A) { // 一帧完整数据接收并校验成功！ handle_received_packet(cmd, data, data_len-1); } state = WAIT_HEAD1; // 无论尾符是否正确，都重新开始 break; } } vTaskDelay(1 / portTICK_PERIOD_MS); // 短暂让出CPU } } void handle_received_packet(uint8_t cmd, uint8_t* data, uint8_t len) { switch(cmd) { case 0x01: // 按键事件 if(len >= 2) { uint8_t key_id = data[0]; uint8_t action = data[1]; // 将事件传递给GUI任务或业务逻辑 // 例如，通过队列（Queue）发送消息 xQueueSend(gui_event_queue, &key_event, portMAX_DELAY); } break; case 0x02: // 摇杆数据 if(len >= 4) { uint16_t joy_x = (data[0] << 8) | data[1]; uint16_t joy_y = (data[2] << 8) | data[3]; // 处理摇杆数据 } break; } }

3. GUI任务与LVGL界面：

   • GUI任务的核心是定期调用lv_timer_handler()，并处理来自通信任务的事件，更新界面。
   • 创建一个简单的示教器主界面，包含状态栏、坐标显示区和虚拟按键区。

   void gui_task(void *pvParameters) { // 创建主界面组件 lv_obj_t *main_scr = lv_scr_act(); lv_obj_t *label_coord = lv_label_create(main_scr); lv_label_set_text(label_coord, “X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000”); lv_obj_align(label_coord, LV_ALIGN_TOP_MID, 0, 20); // 创建虚拟按键矩阵 static const char * btnm_map[] = {“F1”, “F2”, “F3”, “F4”, “\n”, “X+”, “X-”, “Y+”, “Y-”, “\n”, “Z+”, “Z-”, “Start”, “Stop”, “”}; lv_obj_t *btnm = lv_btnmatrix_create(main_scr); lv_btnmatrix_set_map(btnm, btnm_map); lv_obj_set_size(btnm, 300, 200); lv_obj_align(btnm, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 0, -20); lv_obj_add_event_cb(btnm, btnm_event_handler, LV_EVENT_VALUE_CHANGED, NULL); // 处理来自通信任务的事件 KeyEvent_t key_event; while(1) { // 处理LVGL定时任务 lv_timer_handler(); // 从队列中获取按键事件并更新界面（例如高亮虚拟按键） if(xQueueReceive(gui_event_queue, &key_event, 0) == pdTRUE) { // 根据key_event.key_id和action，更新对应的虚拟按键状态 // 例如，让某个按钮高亮或恢复 update_button_state(key_event.key_id, key_event.action); } vTaskDelay(5 / portTICK_PERIOD_MS); // LVGL推荐5ms左右的周期 } }

3.3 ESP32端：业务逻辑与指令生成

这是示教器的“大脑”，它根据当前模式（手动、自动、编程）和接收到的输入事件，生成要发送给“机器人控制器”的指令。

1. 状态管理：

   • 定义一个全局状态结构体，管理当前示教器的模式、坐标、速度倍率、程序运行状态等。

   typedef struct { enum { MODE_MANUAL, MODE_AUTO, MODE_PROGRAM } current_mode; float current_pos[3]; // X, Y, Z float jog_speed; bool is_running; uint8_t selected_program; } TeachPendantState_t; TeachPendantState_t tp_state;

2. 指令生成：

   • 根据状态和输入事件，生成对应的控制指令。这里我们模拟一个简单的指令集。

   void handle_key_event(KeyEvent_t event) { if(event.action == KEY_PRESSED) { switch(event.key_id) { case KEY_ID_X_PLUS: if(tp_state.current_mode == MODE_MANUAL) { // 生成点动指令 generate_jog_command(‘X’, 1, tp_state.jog_speed); } break; case KEY_ID_START: if(tp_state.current_mode == MODE_AUTO && !tp_state.is_running) { generate_program_start_command(tp_state.selected_program); tp_state.is_running = true; } break; case KEY_ID_STOP: generate_stop_command(); tp_state.is_running = false; break; // ... 处理其他按键 } } else if(event.action == KEY_RELEASED) { switch(event.key_id) { case KEY_ID_X_PLUS: case KEY_ID_X_MINUS: // ... 释放点动键时，发送停止运动指令 generate_jog_stop_command(); break; } } } void generate_jog_command(char axis, int8_t direction, float speed) { // 构造一个字符串指令，例如 “JOG X + 10.5\n” char cmd[32]; snprintf(cmd, sizeof(cmd), “JOG %c %c %.1f\n”, axis, (direction>0)?‘+’:‘-’, speed); // 这里可以将cmd通过另一个串口、网络或蓝牙发送给“控制器” // 对于演示，我们可以先打印到串口 Serial.println(cmd); }

4. 系统联调与功能验证

当STM32和ESP32的代码分别编写并初步测试后，需要进行系统联调，确保数据流畅通，功能符合预期。

4.1 分模块调试步骤

1. STM32独立测试：

   • 不连接ESP32，将STM32的串口TX引脚连接到USB转TTL模块，接入电脑。
   • 使用串口助手（如Putty、SecureCRT）打开对应COM口，波特率115200。
   • 按下按键或拨动摇杆，观察串口助手是否收到符合协议格式的十六进制数据。验证帧头、长度、命令字、数据和校验和是否正确。

2. ESP32通信解析测试：

   • 将ESP32的接收串口（如Serial1）通过USB转TTL模块连接到电脑。
   • 在电脑上使用串口助手，手动发送一条符合协议的完整数据帧（例如，模拟按键按下：AA 55 03 01 01 00 0D 0A，其中校验和0x00是0x03+0x01+0x01的低8位）。
   • 在ESP32的setup()中初始化Serial（用于调试），并在handle_received_packet函数中打印解析到的命令和数据。观察ESP32的调试串口输出是否正确。

3. ESP32 GUI显示测试：

   • 断开与电脑的串口连接，将STM32的TX与ESP32的RX连接，GND共地。
   • 分别给两块板子上电。
   • 观察ESP32的屏幕是否正常显示主界面。
   • 操作STM32上的按键，观察ESP32屏幕上对应的虚拟按键是否有视觉反馈（如颜色变化）。
   • 操作STM32上的摇杆，观察ESP32屏幕上是否有坐标或进度条的变化。

4. 业务逻辑验证：

   • 在ESP32代码中，将generate_jog_command等函数生成的指令打印到调试串口（Serial）。
   • 操作示教器，查看打印的指令字符串是否符合预期（如正确的轴、方向、速度）。

4.2 常见联调问题与排查

联调过程几乎一定会遇到问题，以下是典型问题及排查思路：

5. 项目优化与扩展方向

完成基础功能演示后，可以从以下几个方面对项目进行优化和功能扩展，使其更接近工业产品。

5.1 性能与稳定性优化

1. 通信可靠性：

   • 增加超时重发机制：对于重要的控制指令（如急停、启动），如果ESP32在指定时间内未收到“控制器”的应答，应进行重发。
   • 协议升级：当前协议没有序列号，无法处理丢包和乱序。可以增加帧序号，并在接收端进行校验和重发请求。
   • 使用更可靠的物理层：如果条件允许，可以将UART升级为RS-485，以获得更远的传输距离和抗干扰能力。

2. 实时性优化：

   • STM32使用DMA+空闲中断接收：将串口接收配置为DMA模式，并结合空闲中断（IDLE），可以一次接收一帧不定长数据，极大减轻CPU负担并提高响应速度。
   • ESP32使用硬件串口：确保与STM32通信的串口使用的是ESP32的硬件UART（如UART1），而非软件模拟。
   • 任务优先级精细调整：根据功能重要性调整FreeRTOS任务优先级。例如，急停信号处理任务的优先级应最高。

3. 电源管理与低功耗：

   • 工业示教器通常是电池供电。可以增加电池电量检测电路（通过ADC），并在ESP32界面上显示电量。
   • 在无操作一段时间后，自动降低屏幕亮度或进入休眠模式，通过按键或摇杆动作唤醒。

5.2 功能扩展

1. 增加更多输入设备：

   • 急停按钮：这是一个常闭开关，直接接入STM32的中断引脚，并在中断服务函数中立即发送最高优先级的急停指令，同时点亮ESP32屏幕上的紧急报警指示灯。
   • 使能开关：一个三档开关（OFF、ON、ENABLE），通常需要持续按住才能使能机器人运动。STM32需持续检测其状态并发送。
   • 编码器旋钮：用于精细调节坐标或速度。STM32使用定时器的编码器模式读取。

2. 实现程序编辑与管理功能：

   • 在ESP32上创建文件系统（如SPIFFS或LittleFS），用于存储机器人运动程序。
   • 设计一个简单的文本编辑器界面，可以创建、编辑、保存和加载程序文件。程序指令可以是我们之前定义的JOG X + 10.0这类简单命令。
   • 实现程序自动运行模式：顺序读取程序文件中的指令，并发送给控制器。

3. 增加无线通信与远程监控：

   • 利用ESP32内置的Wi-Fi，让示教器接入局域网。可以创建一个Web服务器，通过浏览器远程查看示教器状态（只读），或上传/下载程序文件。
   • 利用ESP32的蓝牙，与手机APP配对，实现简单的远程通知或配置功能。

4. 模拟机器人控制器进行闭环演示：

   • 为了让演示更完整，可以在另一块开发板（甚至同一块ESP32的另一个任务中）模拟一个简单的“机器人控制器”。
   • 该模拟控制器接收示教器发来的JOG、START等指令，模拟计算机器人坐标变化，并通过另一个通信链路（如UART、网络）将“当前坐标”和“状态”发回给示教器显示，形成一个完整的虚拟调试环境。

这个基于ESP32和STM32的Peak示教器复刻项目，从核心功能拆解到分模块实现，再到系统联调与优化，完整地展示了一个嵌入式综合产品的开发流程。它不仅仅是两个芯片的简单拼凑，更是对实时系统、通信协议、状态机设计、GUI应用和系统集成能力的一次综合锻炼。在实际开发中，每一个环节的细节都至关重要，例如通信协议的鲁棒性、任务优先级的合理性、电源管理的有效性，这些往往决定了产品的最终稳定性和用户体验。你可以以此项目为基底，根据具体的应用场景，深入探索更复杂的运动规划算法、更丰富的通信协议（如EtherCAT、PROFINET）或更炫酷的图形界面，构建出属于自己的专业级工业控制设备原型。