基于STEP Pico的嵌入式系统学习平台制作一个反应测试器

内容介绍

项目 - 制作一个反应测试器

1. 硬件介绍

STEP Pico是一款低成本,高性能的微控制器开发板,具有灵活数字接口(完全兼容Raspberry Pi Pico)。

硬件.上,采用Raspberry Pi官方自主研发的RP2040微控制器芯片,搭载了ARM Cortex M0+双核处理器,高达133MHz的运行频率,内置了264KB SRAM和2MB闪存,还板载有多达26个多功能的GPIO引脚。

软件上，可选择树莓派提供的C/C++SDK,或者使用MicroPython进行开发,树莓派Pico扩展版有以下硬件设备：

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）

在本次实验中我们仅需使用k1按键，12个ws2812b的RGB三色灯，以及OLED显示屏

2.项目需求

随机点亮板上的一个LED，按下板上的一个按键，在显示屏上显示出从灯亮到按键之间的时间，

3.实现思路

利用软件产生随机数用以控制随机点亮的LED，在提示准备后随机时间内亮起版上的LED，按下按键后，处理器计算从亮灯到接收按键之间的时间差，并将时间差显示在OLED屏上。

FnXh5T5bf8mTXIPkZFch49xdM7hO

4.实现过程

首先拿到板子测试板子器件的功能正常使用

利用代码ws2812b.on与ws2812b.off测试12个LED灯是否正常工作

利用oled.text显示文字测试OLED显示屏是否正常显示

利用k1.value输出数字测试k1按键是否正确被按下

其次设计主题代码

使用中断服务程序控制k1按键，利用回调函数实现反应时间计算的执行，同时使用下降沿控制，使得按下按键后立刻得到反应时间，并在OLED显示屏上显示

编写主体循环代码，利用micro python中time.ticks函数作为时间的毫秒计数器，使用全局变量timer_start使得开始时间可以在中断服务中被使用从而计算反应时间。

5.主要代码与说明

在主体代码中利用随机数给cs_led赋值实现了在随机的时间内随机点亮一个ws2812b的LED灯，并且记录下灯亮的时间作为反应记录时间的开始。

定义了按键k1的回调函数，在按下k1后计算按键时间与亮灯时间的时间差，实现在OLED显示屏上显示出反应时间.

6.实验结果

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7.实验中的创新点

在本次实验中，最为关键的技术在于使用到中断机制，因为要测试反应时间，因此k1按键的按下时间成为随机值。使用中断使得在主体循环时检测到k1按键按下时可以立即执行反应时间计算的步骤，从而能够得到精准的反应

8.未来的计划建议

该项目能够实现随机点亮LED灯测试按键反应时间的功能，并达到了预期指标。但在实验过程中仍遇到一些问题：

在一次实验过程中，如果多次按下k1按键，那么会记录下多次反应时间并全部显示重叠，改进思路是在循环中检测到一次k1按键后就不再接收k1。

才测试反应时间是可能会出现预判抢按，因此可以在测试出反应时间后对该反应时间进行测评，通过对多次测试反应的分布来判断其中个别反应的合理性。

该项目还可以有更多可以完成的功能：

可以将其改造成为一个具有随机颜色的反应灯，根据亮灯的不同颜色按下不同的按键，能够得到测试者的进一步反应水平，或者可以将其和音乐播放相结合，随机出现LED亮灯或放出声音来测试反应时间

9.实验心得

在本次参加树莓派举办的寒假一起练活动中，第一次接触了micropython编程，在课程中有老师详细的教学，让我了解了电子系统构成，初步掌握了与硬件直接相关的编程语言，也自己动手完成了一项有趣的项目，激发了我对微控制器开发板的兴趣

10.代码及解析

import ws2812b
from oled import oled
from button import button
from board import pin_cfg

import time
from machine import Pin
import random


def print_result(msg):
    print(msg)
    
    oled.text(msg,0,40)
    
    oled.show() #定义一个输出函数以便将所需输出内容输出到oled显示屏上

timer_start = 0

def k1_callback(pin):
    global timer_start #定义全局变量，方便在主循环内给予开始时间的值
    timer_reaction = time.ticks_ms() - timer_start # 反应时间的计算式
    
    oled.text("Reaction Time",0,25)
    oled.show()
    
    print_result(str(timer_reaction) + "ms")
    oled.fill
k1 = button(pin_cfg.k1, k1_callback, trigger=Pin.IRQ_FALLING) #计数在按下按键的下降沿开始，数据准确


cs_led = 0
while True:
    oled.fill(0)
    oled.show()
    cs_led = int(random.uniform(1,12)) #随机点亮1盏led灯
    oled.text("Attention!",25,32)
    oled.show()
    time.sleep(random.uniform(3,4)) #等待随机时间后led灯亮起
    oled.fill(0)
    oled.show()
    #ws2812b.on_all()
    ws2812b.on(cs_led)
    timer_start = time.ticks_ms()  #灯亮后开始计时
    time.sleep(2)
    
    ws2812b.off_all()
    time.sleep(random.uniform(5,6))
    #timer_start = time.ticks_ms()  #灯灭后开始计时
    #time.sleep(random.uniform(5,8))