项目/活动电赛课堂文档笔记仿真/工具参考设计AI助手
发布项目
登录/注册
基于 ESP32-S2 模组和扩展板上的外设实现菜单功能
使用 ESP32-S2 模组连接到扩展板上并读取扩展板上的按键和旋转编码器状态，根据按键和编码器的状态控制 LCD 上的菜单切换，支持进入子界面和退出子界面等功能。
标签
嵌入式系统
2023寒假在家练
topgear
更新2023-03-27
1376

2023寒假一起练 - 基于 ESP32-S2 模组和扩展板上的外设实现菜单功能

 

一、项目描述

ESP32-S2 是一款高度集成、高性价比、低功耗、主打安全的单核 Wi-Fi SoC，具备强大的功能和丰富的 IO 接口。本次活动，硬禾提供了 ESP32-S2 WiFi 模块和配套 IO 扩展板，其中 IO 扩展板上包含了下列外设：

  • 按键和旋转编码器 （模拟信号）
  • 双电位计控制 （数字信号）
  • RGB 三色 LED
  • 1.44 寸 128*128 LCD （SPI 接口，st7735 芯片）
  • MMA7660 三轴姿态传感器
  • 电阻加热
  • NST112 温度传感器

芯片使用乐鑫 ESP-IDF 开发环境，我们可以通过USB对其编程，作为带wifi的MCU单独使用，也可以烧录AT固件，作为WiFi透传模块与RP2040游戏机套件结合使用。

在本项目中，我使用了下列硬件：

  • ESP32-S2 模组
  • 按键和旋转编码器 （模拟信号）
  • RGB 三色 LED
  • 1.44 寸 128*128 LCD （SPI 接口，st7735 芯片）

二、设计思路

首先使用 ESP32-S2 的 SPI 实现控制使用 st7735 芯片的 LCD，在屏幕的主界面展示主菜单，主菜单包含五个条目，模块上电后主菜单默认选中第一个条目，此时条目的背景色为黑色，条目的字体为白色。通过旋转编码器可以实现条目切换，向左旋转则条目向下切换，向右旋转则条目向上切换。此时单击旋转按钮，进入当前条目并展示该条目下的内容，五个条目的内容如下：

  • 条目一 - Blue LED，进入该条目，在 LCD 上会周期性地展示蓝色圆圈，同时蓝色 LED 也同步闪烁；
  • 条目二 - Green LED，进入该条目，在 LCD 上会周期性地展示绿色正方形，同时绿色 LED 也同步闪烁；
  • 条目三 - RED LED，进入该条目，在 LCD 上会周期性地展示红色圆圈，同时红色 LED 也同步闪烁；
  • 条目四 - Color Test，进入该条目，在 LCD 上会周期性地全屏展示红绿蓝三条竖行色块；
  • 条目五 - Triangle Test，进入该条目，在 LCD 上会显示一个白色的三角形，此时旋转编码器，三角形可以同步地按照顺时针和逆时针方向转动，如果单击旋转编码器，则三角形会连续转动360度之后静止。

在子菜单中单击 S1 按键，会退出当前子界面。

三、硬件连接

  • 旋转编码器和按键共用一个模拟输出 Aout，连接到 EPS32-S2 的 GPIO1(ADC1_CH0);

  • LCD 与 ESP32-S2 的管脚连接如下：

128*128 LCD (ST7735) ESP32-S2
LCD_SDA GPIO21
LCD_SCL  GPIO41
LCD_CSn GPIO13
LCD_DCx GPIO17
LCD_RESn GPIO18
  • RGB LED 与 ESP32-S2 的管脚连接如下：
RGB LED ESP32-S2
BLUE_LED (LED1) GPIO44
GREEN_LED (LED2) GPIO43
RED_LED (LED3) GPIO12

四、软件流程

FjfYawtFpxd4gaZ3vi4HL7iFmAIq

五、开发环境的搭建

乐鑫为 ESP-IDF 开发环境分别提供了Windows、Linux和macOS平台的安装程序，在本次开发中我使用的是 Windows 开发环境，从https://dl.espressif.cn/dl/esp-idf/?idf=4.4 下载安装了 Espressif-IDE 2.8.1 with ESP-IDF v5.0 离线安装包。

具体的安装过程见：https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32s2/get-started/windows-setup.html#id3

工程配置方法如下：

  • 创建新项目： 
    idf.py create-project esp32s2_lcd
  • 进入 esp32s2_lcd 目录，设置 ESP32-S2 为目标芯片： 
    cd esp32s2_lcd
idf.py set-target esp32s2
  • 运行工程配置工具 menuconfig： 
    idf.py menuconfig
  • 如需使用 USB 烧录 ESP32-S2，将控制台的输出通道改为 USB： 
    #前往选项 Channel for console output。

Component config  --->  ESP System Settings  ---> Channel for console output

#将默认选项 UART 改为：

USB CDC

#保存设置，退出 menuconfig 界面。
  • 编译工程： 
    idf.py build
  • 运行以下命令，将刚刚生成的二进制文件烧录至您的 ESP32-S2 开发板: 
    idf.py -p PORT flash
  • 如果遇到烧录的程序串口打印速度过快导致 idf.py 无法连接串口进行烧录的话，可以按住模块的 BOOT 按键，然后单击 RST 按钮，此时模块会进入 bootloader，可以重新调用上面的命令进行烧录。

六、代码和功能展示

  1.  LCD st7735 驱动代码
    • 代码如下（该款屏幕有蓝边，可以通过设置offset解决）： 
      #define CONFIG_WIDTH        128 // Width - 128px
#define CONFIG_HEIGHT       128 // Height - 128px
// 设置offset可以消除屏幕蓝边
#define CONFIG_OFFSETX      2   // to fix display issue
#define CONFIG_OFFSETY      3   // to fix display issue
#define CONFIG_MOSI_GPIO    21  // LCD_SDA - GPIO21
#define CONFIG_SCLK_GPIO    41  // LCD_SCL - GPIO41
#define CONFIG_TFT_CS_GPIO  13  // LCD_CSn - GPIO13
#define CONFIG_DC_GPIO      17  // LCD_DCx - GPIO17
#define CONFIG_RESET_GPIO   18  // LCD_RESn - GPIO18
#define CONFIG_BL_GPIO      33  // LCD 此管脚无法控制，为了通过代码编译，使用一个没有使用的 GPIO33

void lcd_init(void)
{
    uint16_t model = 0x7735;

    spi_master_init(&dev, CONFIG_MOSI_GPIO, CONFIG_SCLK_GPIO, CONFIG_TFT_CS_GPIO, CONFIG_DC_GPIO,
                    CONFIG_RESET_GPIO, CONFIG_BL_GPIO);

    lcdInit(&dev, model, CONFIG_WIDTH, CONFIG_HEIGHT, CONFIG_OFFSETX, CONFIG_OFFSETY);
}

#define HOST_ID SPI2_HOST

const static char *TAG = "ST7735";
static const int SPI_Command_Mode = 0;
static const int SPI_Data_Mode = 1;
static const int TFT_Frequency = SPI_MASTER_FREQ_40M;

void spi_master_init(TFT_t *dev, int16_t GPIO_MOSI, int16_t GPIO_SCLK, int16_t TFT_CS, int16_t GPIO_DC, int16_t GPIO_RESET, int16_t GPIO_BL)
{
	esp_err_t ret;

	ESP_LOGI(TAG, "TFT_CS=%d", TFT_CS);
	gpio_reset_pin(TFT_CS);
	gpio_set_direction(TFT_CS, GPIO_MODE_OUTPUT);
	gpio_set_level(TFT_CS, 1);

	ESP_LOGI(TAG, "GPIO_DC=%d", GPIO_DC);
	gpio_reset_pin(GPIO_DC);
	gpio_set_direction(GPIO_DC, GPIO_MODE_OUTPUT);
	gpio_set_level(GPIO_DC, 0);

	ESP_LOGI(TAG, "GPIO_RESET=%d", GPIO_RESET);
	if (GPIO_RESET >= 0)
	{
		gpio_reset_pin(GPIO_RESET);
		gpio_set_direction(GPIO_RESET, GPIO_MODE_OUTPUT);
		gpio_set_level(GPIO_RESET, 0);
		vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
		gpio_set_level(GPIO_RESET, 1);
	}

	ESP_LOGI(TAG, "GPIO_BL=%d", GPIO_BL);
	if (GPIO_BL >= 0)
	{
		gpio_reset_pin(GPIO_BL);
		gpio_set_direction(GPIO_BL, GPIO_MODE_OUTPUT);
		gpio_set_level(GPIO_BL, 0);
	}

	spi_bus_config_t buscfg = {
		.sclk_io_num = GPIO_SCLK,
		.mosi_io_num = GPIO_MOSI,
		.miso_io_num = -1,
		.quadwp_io_num = -1,
		.quadhd_io_num = -1};

	ret = spi_bus_initialize(HOST_ID, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO);
	ESP_LOGD(TAG, "spi_bus_initialize=%d", ret);
	assert(ret == ESP_OK);

	spi_device_interface_config_t tft_devcfg = {
		.clock_speed_hz = TFT_Frequency,
		.spics_io_num = TFT_CS,
		.queue_size = 7,
		.flags = SPI_DEVICE_NO_DUMMY,
	};

	spi_device_handle_t tft_handle;
	ret = spi_bus_add_device(HOST_ID, &tft_devcfg, &tft_handle);
	ESP_LOGD(TAG, "spi_bus_add_device=%d", ret);
	assert(ret == ESP_OK);
	dev->_dc = GPIO_DC;
	dev->_bl = GPIO_BL;
	dev->_TFT_Handle = tft_handle;
}

void lcdInit(TFT_t *dev, uint16_t model, int width, int height, int offsetx, int offsety)
{
	dev->_model = model;
	dev->_width = width;
	dev->_height = height;
	dev->_offsetx = offsetx;
	dev->_offsety = offsety;
	dev->_font_direction = DIRECTION0;
	dev->_font_fill = false;
	dev->_font_underline = false;

	ESP_LOGI(TAG, "Your TFT is ST7735");
	ESP_LOGI(TAG, "Screen width:%d", width);
	ESP_LOGI(TAG, "Screen height:%d", height);
	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xC0); // Power Control 1
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x23);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xC1); // Power Control 2
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x10);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xC5); // VCOM Control 1
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x3E);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x28);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xC7); // VCOM Control 2
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x86);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0x36); // Memory Access Control
	spi_master_write_data_byte(dev, 0xC8); // Right top start, BGR color filter panel  C8/68/A8/08

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0x3A); // Pixel Format Set
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x55); // 65K color: 16-bit/pixel

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0x20); // Display Inversion OFF

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xB1); // Frame Rate Control
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x00);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x18);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xB6); // Display Function Control
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x08);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0xA2); // REV:1 GS:0 SS:0 SM:0
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x27);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x00);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0x26); // Gamma Set
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x01);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xE0); // Positive Gamma Correction
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0F);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x31);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x2B);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0C);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0E);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x08);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x4E);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0xF1);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x37);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x07);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x10);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x03);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0E);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x09);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x00);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0xE1); // Negative Gamma Correction
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x00);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0E);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x14);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x03);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x11);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x07);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x31);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0xC1);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x48);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x08);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0F);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0C);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x31);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x36);
	spi_master_write_data_byte(dev, 0x0F);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0x11); // Sleep Out
	delayMS(120);

	spi_master_write_comm_byte(dev, 0x29); // Display ON

	if (dev->_bl >= 0)
	{
		gpio_set_level(dev->_bl, 1);
	}
}
  2. ADC 采样和按键消抖代码
    • 代码如下：
      #define A_OUT               ADC_CHANNEL_0   // A_OUT - GPIO1 - ADC1_CHANNEL_0
#define ADC_DATA_LEN        20

void adc_init(void)
{
    //-------------ADC1 Init---------------//
    adc_oneshot_unit_init_cfg_t init_config1 = {
        .unit_id = ADC_UNIT_1,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_new_unit(&init_config1, &adc1_handle));

    //-------------ADC1 Config---------------//
    adc_oneshot_chan_cfg_t config = {
        .bitwidth = ADC_BITWIDTH_DEFAULT,
        .atten = ADC_ATTEN_DB_11,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_config_channel(adc1_handle, A_OUT, &config));

    //-------------ADC1 Calibration Init---------------//
    do_calibration1 = example_adc_calibration_init(ADC_UNIT_1, ADC_ATTEN_DB_11, &adc1_cali_handle);
}

KEY_STATUS get_key_status(int *adc_value)
{
    KEY_STATUS key_status;
    uint16_t tmp;

    for (int32_t i = 0; i < ADC_DATA_LEN; i++) {
        ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_read(adc1_handle, A_OUT, &adc_raw[i]));
        // ESP_LOGI(TAG, "ADC%d Channel[%d] Raw Data: %d", ADC_UNIT_1 + 1, A_OUT, adc_raw[i]);
        if (do_calibration1) {
            ESP_ERROR_CHECK(adc_cali_raw_to_voltage(adc1_cali_handle, adc_raw[i], &voltage[i]));
            // ESP_LOGI(TAG, "ADC%d Channel[%d] Cali Voltage: %d mV", ADC_UNIT_1 + 1, A_OUT, voltage[i]);
        }
    }

    for (int32_t i = 0; i <= ADC_DATA_LEN / 2; i++) {
        for (int32_t j = 0; j < ADC_DATA_LEN - i - 1; j++) {
            if (adc_raw[j + 1] < adc_raw[j]) {
                tmp = adc_raw[j + 1];
                adc_raw[j + 1] = adc_raw[j];
                adc_raw[j] = tmp;
            }
        }
    }

    if (ADC_DATA_LEN % 2 == 0) {
        *adc_value =  (((adc_raw[ADC_DATA_LEN / 2 - 1] + adc_raw[ADC_DATA_LEN / 2]) / 2));
    } else {
        *adc_value =  (adc_raw[ADC_DATA_LEN / 2]);
    }

    if (*adc_value > 2000 && *adc_value < 2400) {
        key_status = KEY_1_PRESSED;
    } else if (*adc_value > 5800 && *adc_value < 6200) {
        key_status = KEY_C_PRESSED;
    } else if (*adc_value > 6600 && *adc_value < 6890) {
        key_status = KEY_C_LEFT;
    } else if (*adc_value > 6960 && *adc_value < 7150) {
        key_status = KEY_C_RIGHT;
    } else {
        key_status = KEY_UNKNOWN;
    }

    if (key_status != KEY_UNKNOWN) {
        if ((xTaskGetTickCount() - startTick) > pdMS_TO_TICKS(300)) {
            startTick = xTaskGetTickCount();

            return key_status;
        }
    }

    return KEY_UNKNOWN;
}

七、功能展示

  • 主菜单

Fsmvrk7nnuzjZXqzloxew95ievef

  • 三角形测试子界面

FvtBd2T9mwHyIYtP_IkinQtw7Ihe

  • 三色块测试子界面

Fkn0x47zUXiRIfhBqFzqOnZl1fNH

  • 蓝色LED测试子界面

FqbuI9Y-CRKDbRHTAiHUened2-Yy

八、未来计划

未来计划能够把IO扩展板上的测温芯片和电位计给利用起来。

软硬件
附件下载
esp32s2_lcd.zip
ESP-IDF 工程源代码
团队介绍
在职工程师
团队成员
topgear
评论
0 / 100
查看更多
猜你喜欢
基于Pico扩展板板外设实现的功能通过编程在Pico扩展板上实现了电灯、显示字符以及播放音乐等操作。
想成为大佬的咸鱼
2104
基于MSP430f5529IO扩展板上的按键和旋转编码器控制并实现菜单功能本次寒假一起练平台，我选择的是基于MSP430备战电赛控制类题目的训练平台，并完成了项目1——通过IO扩展板上的按键和旋转编码器控制并实现菜单功能。
Alkaid
1619
基于 MSP-EXP430F5529LP 开发板和扩展板上的外设实现菜单功能使用 EXP430F5529LP 开发板连接到扩展板上并读取扩展板上的按键和旋转编码器状态，根据按键和编码器的状态控制 LCD 上的菜单切换，支持进入子界面和退出子界面等功能。
topgear
731
目录
硬禾服务号
关注最新动态
0512-67862536
info@eetree.cn
江苏省苏州市苏州工业园区新平街388号腾飞创新园A2幢815室
苏州硬禾信息科技有限公司
友情链接
STEP小脚丫纳芯微电子
Copyright © 2024 苏州硬禾信息科技有限公司 All Rights Reserved 苏ICP备19040198号