2023寒假在家一起练-基于step pico设计的交通灯

内容介绍

一、项目背景

硬禾课堂开展了“2021暑假练活动”，完成项目就能免费获得板卡，这让更多的同学们参与进来，让同学们学有成效，真正将所学知识用于实践。

二、项目要求

仿真马路上的交通灯的工作状态切换，利用板上的红、黄、绿三种颜色的LED显示道路状态的切换，行人按键时，具有优先功能

三、项目功能

利用板上的3个不同颜色的LED模拟交通灯，程序会轮流切换三个灯的状态，并根据按键的输入（中断或查询机制）调整交通灯的切换

四、项目实现

拿到pico拓展功能板的第一件事肯定就是了解设备的具体信息，熟悉电路和引脚位置。我这里放上几张原理图，方便大家查阅。 FpHeq4UpR1jWO1us9vul2yQAnCp_ Fg9iiiNvXcsA0u6SfchQzU4fPDLR Fny7hzNScXCOrdM37MhPUinMFjcs

PICO官方支持MicroPython和C/C++ 两种编程语言。考虑到为了使用现有的ST7789驱动显示屏，作者选择了使用MicroPython进行编程。

关于IDE的配置，MicroPython拥有很多不错的IDE,在这里给大家推荐Thonny，由爱沙尼亚的 Tartu 大学开发，轻量化的同时，兼具了很多必要的功能。具体的安装方法可以参见https://www.eetree.cn/project/detail/257。

为了往PICO中拷贝程序，我们还需要下载一个UF2文件，链接https://pico.org.cn/。将文件复制到PICO中之后，我们就可以开始对它进行编程了，准备好开始了吗

设计思路：

FnkEqQ4LEQdXzObHhWJrZswDP7JD

import ws2812b；导入ws2812b模块，用于控制WS2812B彩灯
import utime, time；导入utime和time模块，用于获取和操作时间
import _thread；导入_thread模块，用于创建和管理线程
from machine import SPI, Pin从machine模块中导入SPI和Pin类，用于创建和操作SPI总线和引脚对象；
from ssd1306 import SSD1306_SPI；从ssd1306模块中导入SSD1306_SPI类，用于创建和操作OLED显示屏对象
import framebuf；导入framebuf模块，用于操作帧缓冲区
from astronaut import frames；从astronaut模块中导入frames变量，它是一个列表，包含了48个字节数组对象，每个字节数组对象表示一帧图像
from board import pin_cfg；从board模块中导入pin_cfg变量，它是一个字典，包含了开发板上各个引脚的编号
import gc；导入gc模块（垃圾回收器），用于清理内存中无用的对象

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))

# Clear the oled display in case it has junk on it.
oled.fill(0)

state = 1

def the_second_loop():；这是定义函数的语法。冒号表示函数体的开始
    global state；这是声明state是一个全局变量，可以在函数外部访问或修改
    x = -64；这是给x赋值为-64。x是一个变量，用来表示动画在屏幕上的位置
    fb = [framebuf.FrameBuffer(frames[fr], 64, 64, framebuf.MONO_HLSB)
          for fr in range(0, 48)]
    while True:；这是创建了一个无限循环。冒号表示循环体的开始
        for fr in range(0, 48):；这是创建了一个嵌套循环。range(0, 48)表示从0到47的整数序列；fr表示每次循环时取出序列中的一个元素。冒号表示循环体的开始
            if state == 0: continue；
            oled.blit(fb[fr], x, 0)
            gc.collect()；这是调用gc模块（也就是垃圾回收器）的collect方法。collect方法可以清理内存中不再使用的对象，释放空间
            utime.sleep_ms(40)；这是调用utime模块（也就是微秒级时间）的sleep_ms方法。sleep_ms方法可以让程序暂停一段时间，单位是毫秒。sleep_ms(40)表示暂停40毫秒。

这样，这个函数就结束了。它会不断地在OLED显示屏上显示宇航员动画的每一帧，直到state变为0
import ws2812b
import utime, time
import _thread
from machine import SPI, Pin
from ssd1306 import SSD1306_SPI
import framebuf
from astronaut import frames
from board import pin_cfg
import gc

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))

# Clear the oled display in case it has junk on it.
oled.fill(0)

state = 1

def the_second_loop():
    global state
    x = -64
    fb = [framebuf.FrameBuffer(frames[fr], 64, 64, framebuf.MONO_HLSB)
          for fr in range(0, 48)]
    while True:这是一个条件判断语句。如果x小于128，就执行x = x + 1；否则，就执行x = -64。这样可以让动画在屏幕上移动。
        for fr in range(0, 48):
            if state == 0: continue
            oled.blit(fb[fr], x, 0)
            if x < 128:
                x = x + 1
            else:
                x = -64
            print(x)；这是调用print函数打印x的值。print函数可以在控制台或终端显示输出
            oled.show()
            
_thread.start_new_thread(the_second_loop, ())

green = "#00ff00"
red = "#ff0000"
yellow = "#fff00"

while True:；这一段代码是一个无限循环，它会不断地改变灯光的颜色和状态。
    ws2812b.on_all(red)
    state = 0
    time.sleep(10)
    ws2812b.on_all(yellow)
    time.sleep(3)
    ws2812b.on_all(green)
    state = 1
    time.sleep(10)
    ws2812b.on_all(yellow)
    time.sleep(3)

这段代码是用Python语言写的，用于控制一个OLED显示屏和一串WS2812B彩灯。WS2812B是一种智能控制的LED灯源，每个灯珠内部集成了控制电路和RGB芯片。

• import ws2812b：导入ws2812b模块，用于控制WS2812B彩灯。WS2812B是一种智能控制LED光源，它将控制电路和RGB芯片集成在一个5050封装的元件中 (digikey.com) (blog.csdn.net) (jianshu.com)。

• import utime, time：导入utime和time模块，用于获取和操作时间。

• import _thread：导入_thread模块，用于创建和管理线程。

• from machine import SPI, Pin：从machine模块中导入SPI和Pin类，用于创建和操作SPI总线和引脚对象。

• from ssd1306 import SSD1306_SPI：从ssd1306模块中导入SSD1306_SPI类，用于创建和操作OLED显示屏对象。

• import framebuf：导入framebuf模块，用于操作帧缓冲区。

• from astronaut import frames：从astronaut模块中导入frames变量，它是一个列表，包含了48个字节数组对象，每个字节数组对象表示一帧图像。

• from board import pin_cfg：从board模块中导入pin_cfg变量，它是一个字典，包含了开发板上各个引脚的编号。

• import gc：导入gc模块（垃圾回收器），用于清理内存中无用的对象。

代码是用MicroPython写的，这是一种运行在微控制器上的Python版本 (translate.google.com)。代码使用了几个模块和库来控制一个OLED显示屏和一个WS2812B LED灯带。

OLED显示屏是一种使用有机发光二极管来显示图像或文字的屏幕 (bing.com)。WS2812B LED灯带是一种光源，它有多个LED，每个LED可以单独控制颜色和亮度 (support.microsoft.com) 。

代码有两个主要部分：一个部分创建了一个循环，使用帧缓冲区在OLED屏幕上显示一个宇航员的动画；另一个部分创建了一个循环，使用ws2812b库改变LED灯带的颜色，从红色到黄色到绿色 (support.microsoft.com)。

代码还使用了线程来同时运行两个循环，并且使用了一个叫做state的变量来控制动画什么时候停止或开始
这一段代码是一个函数，叫做the_second_loop。它有一个全局变量state，用来控制动画的开始和停止
第一行是def the_second_loop():，这是定义函数的语法。冒号表示函数体的开始。

第二行是global state，这是声明state是一个全局变量，可以在函数外部访问或修改。

第三行是x = -64，这是给x赋值为-64。x是一个变量，用来表示动画在屏幕上的位置。

第四行是fb = [framebuf.FrameBuffer(frames[fr], 64, 64, framebuf.MONO_HLSB) for fr in range(0, 48)]，这是使用列表推导式创建了一个名为fb的列表。列表中的每个元素都是一个framebuf.FrameBuffer对象，它可以存储和操作图像数据。framebuf.FrameBuffer接受四个参数：frames[fr]表示从frames列表中取出第fr个元素，也就是宇航员动画的一帧；64, 64表示图像的宽度和高度；framebuf.MONO_HLSB表示图像使用单色（黑白）和水平最低有效位（HLSB）格式。

第五行是while True:，这是创建了一个无限循环。冒号表示循环体的开始。

第六行是for fr in range(0, 48):，这是创建了一个嵌套循环。range(0, 48)表示从0到47的整数序列；fr表示每次循环时取出序列中的一个元素。冒号表示循环体的开始。

第七行是if state == 0: continue，这是一个条件判断语句。如果state等于0，就执行continue语句；continue语句表示跳过本次循环剩下的部分，直接进入下一次循环。

第八行是oled.blit(fb[fr], x, 0)，这是调用oled对象（也就是OLED显示屏）的blit方法。blit方法可以将图像数据复制到显示屏上。blit方法接受三个参数：fb[fr]表示从fb列表中取出第fr个元素，也就是宇航员动画的一帧；x, 0表示图像在显示屏上的位置坐标（横坐标为x，纵坐标为0）。

第九行是gc.collect()，这是调用gc模块（也就是垃圾回收器）的collect方法。collect方法可以清理内存中不再使用的对象，释放空间。

第十行是utime.sleep_ms(40)，这是调用utime模块（也就是微秒级时间）的sleep_ms方法。sleep_ms方法可以让程序暂停一段时间，单位是毫秒。sleep_ms(40)表示暂停40毫秒。

这样，这个函数就结束了。它会不断地在OLED显示屏上显示宇航员动画的每一帧，直到state变为0。

接下来定义的循环：
第十一行是if x < 128: x = x + 1 else: x = -64，这是一个条件判断语句。如果x小于128，就执行x = x + 1；否则，就执行x = -64。这样可以让动画在屏幕上移动。

第十二行是print(x)，这是调用print函数打印x的值。print函数可以在控制台或终端显示输出。

第十三行是oled.show()，这是调用oled对象（也就是OLED显示屏）的show方法。show方法可以更新显示屏上的内容。

第十四行和第十五行都是空行，没有任何作用。

第十六行是_thread.start_new_thread(the_second_loop, ())，这是调用_thread模块（也就是线程）的start_new_thread方法。start_new_thread方法可以创建一个新的线程，并运行指定的函数。start_new_thread接受两个参数：the_second_loop表示要运行的函数；()表示传递给函数的参数（为空）。

第十七行到第二十行都是定义了三个变量：green, red和yellow，对应LEDs呈现不同的颜色。

之后是一段while循环

这一段代码是一个无限循环，它会不断地改变灯光的颜色和状态。

第一行是while True:，这是创建了一个无限循环。冒号表示循环体的开始。

第二行是ws2812b.on_all(red)，这是调用ws2812b模块（也就是LED灯带）的on_all方法。on_all方法可以让所有的LED灯都亮起指定的颜色。red表示红色，也就是之前定义的变量。

第三行是state = 0，这是给state赋值为0。state是一个全局变量，用来控制动画的开始和停止。

第四行是time.sleep(10)，这是调用time模块（也就是秒级时间）的sleep方法。sleep方法可以让程序暂停一段时间，单位是秒。sleep(10)表示暂停10秒。

第五行是ws2812b.on_all(yellow)，这是调用ws2812b模块（也就是LED灯带）的on_all方法。on_all方法可以让所有的LED灯都亮起指定的颜色。yellow表示黄色，也就是之前定义的变量。

第六行是time.sleep(3)，这是调用time模块（也就是秒级时间）的sleep方法。sleep方法可以让程序暂停一段时间，单位是秒。sleep(3)表示暂停3秒。

第七行是ws2812b.on_all(green)，这是调用ws2812b模块（也就是LED灯带）的on_all方法。on_all方法可以让所有的LED灯都亮起指定的颜色。green表示绿色，也就是之前定义的变量。

第八行是state = 1，这是给state赋值为1。state是一个全局变量，用来控制动画的开始和停止。

第九行是time.sleep(10)，这是调用time模块（也就是秒级时间）的sleep方法。sleep方法可以让程序暂停一段时间，单位是秒。sleep(10)表示暂停10秒。

第十行是ws2812b.on_all(yellow)，这是调用ws2812b模块（也就是LED灯带）的on_all方法。on_all方法可以让所有的LED灯都亮起指定的颜色。yellow表示黄色，也就是之前定义的变量。

第十一行是time.sleep(3)，这是调用time模块（也就是秒级时间）的sleep方法。sleep方法可以让程序暂停一段时间，单位是秒。sleep(3)表示暂停3秒。

这样，这个循环就结束了。它会不断地重复上面的步骤，让灯光变换颜色和状态。

实物展示： FqlduvyMjWFWw3vUiCIm0VJn2f9o FvVGTGUWXze9LplOLucD8rCQQdx8 FhOV4VhSLt8sMDuucS3FPsYyy5iD

五、项目总结

本次活动是我第一次尝试单片机编程，勇敢的迈出了第一步，由于本人刚刚大一，受限于专业知识水平，和实践经验的不足。对于很多东西，尤其是硬件方面的逻辑还不甚了解，这是下一步要学习的内容。经验的话就是不要对一些自己不太了解的东西感到害怕，学会在探索中学习。再一点就是模块化编程很重要。

最后感谢电子森林、硬禾学堂提供这次学习交流的机会。