基于STEP Pico制作一个电压表

内容介绍

1.项目需求

利用拓展板上的电位计调节电压从0-3.3V之间变化
在OLED显示屏上显示电压值

2.完成的功能

读取电位计电压并显示在OLED显示屏上

设计平台：Thonny
编写语言：MicroPython
编写环境：Win10
硬件平台：基于STEP Pico的嵌入式系统学习平台

3.程序流程图

4.硬件介绍

(1)核心板介绍

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微控制器RP2040的性能指标：

双核 Arm Cortex-M0+ @ 133MHz
264KB 片内RAM，内部6个独立的RAM块，在总线中心进行交换，可以让内核和DMA并行运行而无冲突
通过专用的QSPI总线可以支持最高16MB的片外Flash存储器
DMA控制器
Interpolator and integer divider peripherals
30 GPIO管脚, 其中的4个可以用于模拟输入
2 × UARTs, 2 × SPI控制器, 和2 × I2C控制器
16 × PWM通道
1 × USB 1.1控制器和PHY，支持Host和Device
8 × 树莓派可编程I/O状态机
USB存储启动模式并支持UF2, 可以通过拖拽进行编程
7*7 56管脚的QFN封装

STEP Pico完全兼容树莓派官方Pico的核心模块，并在其基础上增加了4个WS2812彩色灯，一个电源指示灯，以及一个复位按键，USB端口也改成了先进的Type C。

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(2)拓展板介绍

2个按键输入
4个单色LED
12个WS2812B RGB三色灯
1个姿态传感器
1个128*64 OLED显示屏
1个蜂鸣器
1个可调电位计（用于电压表）
1路音频信号输入（用于示波器）
8位R-2R电阻网络构成的DAC（用于DDS信号发生器）

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5.部分选用模块

LED:

只需控制对应引脚的电平即可进行控制，有GPIO13、GPIO14、GPIO15

OLED:

使用SPI进行连接。

串行外设接口(SPI)是微控制器和外围IC（如传感器、ADC、DAC、移位寄存器、SRAM等）之间使用较广泛的接口之一。SPI是一种同步、全双工、主从式接口。来自主机或从机的数据在时钟上升沿或下降沿同步。主机和从机可以同时传输数据，但本设备中OLED作为从设备使用。

使SPI作为串行通信接口脱颖而出的原因很多：

全双工串行通信；
高速数据传输速率。
简单的软件配置；
极其灵活的数据传输，不限于8位，它可以是任意大小的字；
非常简单的硬件结构。从机不需要唯一地址（与I2C不同）。从机使用主机时钟，不需要精密时钟振荡器/晶振（与UART不同）。不需要收发器（与CAN不同）。

4线SPI器件有四个信号：

时钟(SPI CLK, SCLK)
片选(CS)
主机输出、从机输入(MOSI)
主机输入、从机输出(MISO)

产生时钟信号的器件称为主机。主机和从机之间传输的数据与主机产生的时钟同步。同I2C接口相比，SPI器件支持更高的时钟频率。

SPI接口只能有一个主机，但可以有一个或多个从机。来自主机的片选信号用于选择从机。这通常是一个低电平有效信号，拉高时从机与SPI总线断开连接。当使用多个从机时，主机需要为每个从机提供单独的片选信号。

MOSI和MISO是数据线。MOSI将数据从主机发送到从机，MISO将数据从从机发送到主机。

因为我们的从机只有OLED屏，且OLED不需要向主机（rp2040）发送数据，所以我们没有CS和MISO信号。具体接线可看下图

FjQyeXjhIPA1bC-RAq_y1aQdrQ-C

电位计：

使用rp2040内部ADC进行读取电压并转换，该部分的操作很简单，只需几步函数调用即可，其对应的引脚是GPIO28

6.主函数代码

各行代码作用已经标注在注释中。

from machine import Pin, SPI, ADC
from ssd1306 import SSD1306_SPI
import framebuf
from time import sleep
from utime import sleep_ms
from board import pin_cfg
from oled import oled
 
spi = SPI(1, 100000, mosi=Pin(pin_cfg.spi1_mosi), sck=Pin(pin_cfg.spi1_sck))
oled = SSD1306_SPI(128, 64, spi, Pin(pin_cfg.spi1_dc),Pin(pin_cfg.spi1_rstn), Pin(pin_cfg.spi1_cs))
oled.rotate(1)
adc = ADC(Pin(28))     # create ADC object on ADC pin
#设置LED对应引脚输出
r = Pin(pin_cfg.red_led, Pin.OUT)
g = Pin(pin_cfg.green_led, Pin.OUT)
b = Pin(pin_cfg.blue_led, Pin.OUT)

    
while True:
    r.off()#关闭红色LED
    g.off()#关闭绿色LED
    b.off()#关闭蓝色LED
    oled.fill(0)
    oled.show()#清空OLED显示
    
    a=adc.read_u16()         # read value, 0-65535 across voltage range 0.0v - 3.3v
    value=a*3.3/65535#计算电压值
    if value <= 1.1:#判断电压所处的范围，给使用者直观的感受
        b.on()
    elif value > 1.1 and value < 2.2:
        g.on()
    elif value >= 2.2:
        r.on()
    valuestr='%f' %value#将测得电压转换成字符串
    oled.text("Value:",1,1)
    oled.text(valuestr,50,1)
    oled.show()#OLED显示测量的电压值
    print(value)#串口输出电压值
    sleep_ms(100)#延时

7.效果展示

8.未来计划

本次参加了多项活动，但只完成了这一个项目，不得不说micropython是真的好用（人生苦短，我用python!），仅用很短的代码就能实现所需要的功能，是一个很好的机会来入门嵌入式，但是我也发现了自己目前并未进一步深入的了解单片机，曾经想搭建C++环境来编写代码，奈何英语水平不够，搞半天搞不好，只能放弃。我也参加了其他项目，比如esp32、sipeed，但发现还有好多要学的新知识：虚拟机、linux、freertos……然后进展就很慢，没能顺利完成所有项目。这也算是一次开阔视野的机会了，单片机在手，可不能让他们吃灰了。希望我继续保持对嵌入式的热爱，学习更多新知识，做出更好的作品，也感谢电子森林给我们提供这样的机会，假期也能不断提升自己，让我有为自己热爱的事物努力的机会。我还会继续参加这样的活动，但不能再像这次太贪心了，参加两个项目也许就够我闲暇时间折腾了=v=