2024年寒假练 - 基于SAMD21G17D综合开发平台的USB音量控制

内容介绍

项目介绍

项目功能介绍

结合板子上的触摸滑条与USB通信，实现对电脑的控制

使用本板卡实现一个滑动控制器，用手指左右滑动时，电脑的音量可以变化。

设计思路

该项目主要有两部分组成：

触摸部分：通过板载的3段触摸条实现，这一部分硬禾提供了相关的文档，参照进行开发即可。
USB部分：主要是实现一个HID音量控制报告描述符与相关数据上报代码即可，在官方手柄控制器例程上进行修改即可实现本次的功能。

硬件框图

软件流程图

硬件介绍

SAM D21 Curiosity Nano 评估套件

SAM D21 Curiosity Nano 开发板板载一个用于编程和调试的Nano调试器。Nano调试器是一个复杂的 USB 设备，由多个接口组成，如调试器、大容量存储设备、数据网关和虚拟接口、数据网关和虚拟 COM 端口 (CDC)。板载 Nano 调试器接口与 MPLAB X IDE 配合使用时可对 SAMD21G17D 进行编程和调试。DGI 可与逻辑分析仪通道一起使用，用于代码可视化程序流程。DGI GPIO 可使用数据展示台绘制图表。虚拟 COM 端口连接到 SAMD21G17D 上的 UART，提供了一种通过终端软件与目标应用程序通信的简便方法。

板卡特性：

板载SAMD21G17D微控制器
一个机械用户开关
板载 Nano 调试器
- 在 MPLAB X IDE 中识别电路板
- 一个绿色电源/状态 LED
- 编程和调试
- 虚拟 COM 端口（CDC）
- 一个逻辑分析器（DGI GPIO）
USB 供电
可调目标电压
- 由板载 Nano 调试器控制的 MIC5353 LDO 稳压器
- 1.7V 至 3.6V 输出电压
- 500 mA 最大输出电流（受环境温度和输出电压限制）

CURIOSITY NANO EVB扩展板

扩展板外设功能介绍：

按键、电位器输入--------------以模拟信号的方式读取输入参数
8路RGB灯珠显示------------通过发送数字信号，实现对每个LED的精确控制。
0.96寸128*64OLED------------IIC接口通信，可直观显示各类传感器数据
蜂鸣器输出-------------------以PWM信号驱动，可作为警报源
电容触摸按键-------------------基于触摸函数库的电容触摸应用，并通过Data Visualizer 获取可视化触摸调试数据，可针对不同的触摸需求进行参数调整。
MCP9808数字温度传感器------可检测-40°C和+125°C之间的温度，具有用户可编程寄存器，可以为温度检测应用提供灵活性。这些寄存器支持用户可选的设置，例如关断或低功耗模式，以及温度报警窗口限制的规范和临界输出限制。
MCP7940N实时时钟/日历（RTCC）-----使用内部计数器跟踪小时、分钟、秒、天、数月、月年和数周的时间。警报可以在所有计数器上配置，包括数月。对于使用和配置，MCP7940N支持高达400 kHz的I2C通信。
与SAMD21G17D MCU开发板的接口

实现的功能及图片展示

USB识别

主要代码片段及说明

外设配置

触摸配置

HID描述符

static const uint8_t hid_rpt0[] =
{
    0x05, 0x0c,                    // USAGE_PAGE (Consumer Devices)
    0x09, 0x01,                    // USAGE (Consumer Control)
    0xa1, 0x01,                    // COLLECTION (Application)
    0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0)
    0x25, 0x01,                    //   LOGICAL_MAXIMUM (1)
                                                         //???USAGE????????
    0x09, 0xe9,                    //   USAGE (Volume Up)  //?????
    0x09, 0xea,                    //   USAGE (Volume Down)
    0x09, 0xe2,                    //   USAGE (Mute)
    0x09, 0xcd,                    //   USAGE (Play)
    0x09, 0xb1,                    //   USAGE (Pause)
    0x09, 0xb5,                    //   USAGE (Scan Next Track)
    0x09, 0xb6,                    //   USAGE (Scan Previous Track)
    0x09, 0xb7,                    //   USAGE(STOP)       //????????????????count???????
    0x75, 0x01,                    //   REPORT_SIZE (1)   //??????????HID Usage Tables?15?Consumer Page???
    0x95, 0x08,                    //   REPORT_COUNT (8)  //
    0x81, 0x02,                    //   INPUT (Data,Var,Abs)
    0xc0,                           // END_COLLECTION
};

触摸控制代码

voice_data = 0;
/* This means report can be sent*/
if(measurement_done_touch == 1u)
{
    if(get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK)
    {
        GPIO_PB10_Clear();
    }
    else
    {
        GPIO_PB10_Set();
    }

    scroller_status = get_scroller_state(0);
    scroller_position = get_scroller_position(0);

    if ( 0u != scroller_status) {
        printf("%d %d\r\n",scroller_status,scroller_position);
        if(scroller_position > scroller_position_p)
        {
            voice_data = 1;
        }
        else if(scroller_position < scroller_position_p)
        {
            voice_data = 2;
        }
        scroller_position_p = scroller_position;
    }
}

USB控制代码

void APP_USBDeviceHIDEventHandler
(
    USB_DEVICE_HID_INDEX instanceIndex,
    USB_DEVICE_HID_EVENT event,
    void * pData,
    uintptr_t context
)

{
    APP_DATA * appDataObject = (APP_DATA *)context;

    switch(event)
    {
        case USB_DEVICE_HID_EVENT_REPORT_SENT:

            /* This means the mouse report was sent.
             We are free to send another report */

            appDataObject->isReportSentComplete = true;
            break;

        case USB_DEVICE_HID_EVENT_REPORT_RECEIVED:

            /* This event is not used in this demo */
            
            break;

         case USB_DEVICE_HID_EVENT_SET_IDLE:

            /* For now we just accept this request as is. We acknowledge
             * this request using the USB_DEVICE_HID_ControlStatus()
             * function with a USB_DEVICE_CONTROL_STATUS_OK flag */

            USB_DEVICE_ControlStatus(appDataObject->deviceHandle, USB_DEVICE_CONTROL_STATUS_OK);

            /* save Idle rate recieved from Host */
            appDataObject->idleRate = *(uint8_t*)pData;
            break;

        case USB_DEVICE_HID_EVENT_GET_IDLE:

            /* Host is requesting for Idle rate. Now send the Idle rate */
            USB_DEVICE_ControlSend(appDataObject->deviceHandle,
                    & (appDataObject->idleRate),1);
            /* On successfully reciveing Idle rate, the Host would acknowledge back with a
               Zero Length packet. The HID function drvier returns an event
               USB_DEVICE_HID_EVENT_CONTROL_TRANSFER_DATA_SENT to the application upon
               receiving this Zero Length packet from Host.
               USB_DEVICE_HID_EVENT_CONTROL_TRANSFER_DATA_SENT event indicates this control transfer
               event is complete */

            break;

        default:
            break;
    }
}

/*******************************************************************************
  Function:
    void APP_USBDeviceEventHandler (USB_DEVICE_EVENT event,
        USB_DEVICE_EVENT_DATA * eventData)

  Summary:
    Event callback generated by USB device layer.

  Description:
    This event handler will handle all device layer events.

  Parameters:
    None.

  Returns:
    None.*/

void APP_USBDeviceEventHandler(USB_DEVICE_EVENT event, void * eventData, uintptr_t context)
{
    USB_DEVICE_EVENT_DATA_CONFIGURED * configurationValue;

    switch(event)
    {
        case USB_DEVICE_EVENT_RESET:
        case USB_DEVICE_EVENT_DECONFIGURED:

            /* Device got deconfigured */

            appData.isConfigured = false;
            break;

        case USB_DEVICE_EVENT_CONFIGURED:

            /* Device is configured */

            configurationValue = (USB_DEVICE_EVENT_DATA_CONFIGURED *)eventData;
            if(configurationValue->configurationValue == 1)
            {
                appData.isConfigured = true;
                /* Register the Application HID Event Handler. */

                USB_DEVICE_HID_EventHandlerSet(appData.hidInstance,
                        APP_USBDeviceHIDEventHandler, (uintptr_t)&appData);
            }
            break;

        case USB_DEVICE_EVENT_POWER_DETECTED:
            /* Attach the device */
            USB_DEVICE_Attach (appData.deviceHandle);
            break;
            
        case USB_DEVICE_EVENT_POWER_REMOVED:
            /* Attach the device */
            USB_DEVICE_Detach (appData.deviceHandle);
            break;

        case USB_DEVICE_EVENT_SUSPENDED:

            break;

        case USB_DEVICE_EVENT_RESUMED:
            if(appData.isConfigured == true)
            {
            }
            break;
        case USB_DEVICE_EVENT_ERROR:
        default:
            break;

    }
}

主代码

int main ( void )
{
    //uint8_t uartLocalTxBuffer[100] = {0};
    /* Initialize all modules */
    SYS_Initialize ( NULL );
    while ( true )
    {
        /* Maintain state machines of all polled MPLAB Harmony modules. */
        SYS_Tasks ( );
        touch_process();
    }

    /* Execution should not come here during normal operation */

    return ( EXIT_FAILURE );
}

遇到的主要难题及解决方法

问题：USB一直不识别，怎么改都不行。

办法：底板typec只有一路D+D-另一路没连接，线也算同样的，所以不支持正反插，只有一个方向有效。

问题：改了代码编译没效果

办法：清除后全部编译解决。

未来的计划或建议

建议优化底板设计，或者提供更好的usb A转typec线，使板卡支持正反插功能。