内容介绍

任务介绍

SAME51J20A Curiosity Nano 评估套件（EV76S68A）是用于评估 SAME51J20A 微控制器（MCU）的硬件平台。该评估套件可轻松访问 SAME51J20A 的功能，以将器件集成到定制设计中。Curiosity Nano 系列评估套件包括一个板载 Nano 调试器，因此无需外部工具即可对 SAME51J20A 器件进行编程。SAM E51 高性能微控制器系列面向工业和通用应用，使用带浮点单元（FPU）的 32 位 ARM Cortex-M4 处理器，运行频率高达 120 MHz，高达 1 MB 的带 ECC 的双面板闪存，以及高达 256 KB 的带 ECC 的 SRAM。

本次任务主要基于SAME51J20A Curiosity Nano评估板使用Arduino框架开发，实现板载按键控制LED呼吸闪烁，以及传感器数据串口显示波形应用。

1.1硬件连接

首先硬件开发板需要将SAME51J20A的USB接口引出来，方便用于Arduino的开发上传应用固件。SAME51J20A的USB引脚为PA24和PA25。如下图所示位置。

将USB引出后效果如下：

再就是连接Adafruit LIS3DH三轴加速度传感器模块，Adafruit LIS3DH使用I2C接口。

整体接线引脚如下：

1.2 Arduino添加新开发板SAME51J20A Curiosity Nano

接下来实现如何使用ARDUINO来开发。这里我参考了Adafruit 的Feather M4 CAN开发板的定义，这个板子使用的是SAME51系列MCU。

首先我们要下载arduino开发的bootloader固件。bootloader固件在如下图所示路径，框起来的即是。

这里我们先在arduino中选择Adafruit 的Feather M4 CAN，然后在Tools菜单下的Burn Bootloader即可下载bootloader固件。下载固件时需要接板载的USB接口的nano下载器下载。

下载成功后就可以通过MCU的USB接口来开发ARDUINO应用代码了。

为了选择一个新的开发板类型，我们可以参考Adafruit 的Feather M4 CAN开发板的定义，实现开发板SAME51J20A Curiosity Nano选择开发。在boards.txt中定义一个新开发板。这样就可以在ARDUINO开发板管理器中选择我们新定义的开发板SAME51J20A Curiosity Nano。

然后就是复制一份variants/feather_m4_can下文件夹，修改文件夹名称为新的开发板，方便我们修改ARDUINO的引脚序号内容来适配我们新加的开发板。之后我们就可以选择我们新添加的开发板来开发了。

1.3 arduino软件程序编写

通过查看SAME51J20A Curiosity Nano开发板的电路图可知板载按键和LED指示灯的GPIO引脚分别为PA15,PA14.。

下面查看PA14和PA15在arduino中序号为多少。下面图所示为我修改的引脚序号：PA14对应LED灯为13号。PA15对应按键为4号。

整个程序软件流程如下：

接下来是编写代码实现LED灯闪烁和按键控制。



const int buttonPin = 4;    // 按键连接引脚
const int ledPin = 13;      // LED连接引脚（必须是PWM引脚）


unsigned long prevUpdateTime = 0;  // 记录上次更新时间
unsigned long LisRefreshTime = 0;  // 记录上次更新时间
int lis_init_flag;
float brightness = 0;              // 当前亮度（0-255）
int speedMode = 0;                 // 速度模式：0=慢速，1=中速，2=快速
const float speeds[] = {0.001, 0.004, 0.008};  // 速度系数（越小越慢）


void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);  // 启用内部上拉（按下低电平）
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}


void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();


  // 非阻塞式按键检测（按下低电平）
  if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
    delay(50);  // 防抖
    if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
      speedMode = (speedMode + 1) % 3;  // 切换速度模式（0→1→2→0...）
      while (digitalRead(buttonPin) == LOW);  // 等待按键释放
      Serial.print("Speed Mode: ");  // 调试输出
      Serial.println(speedMode);
      lis_init_flag = 0;
    }
  }
  // 非阻塞式呼吸灯（sin()非线性渐变）
  if (currentMillis - prevUpdateTime >= 10) {  // 固定10ms更新一次亮度
    prevUpdateTime = currentMillis;
    // 用sin()计算亮度（范围0-255）
    brightness = 127 + 127 * sin(millis() * speeds[speedMode]);
    analogWrite(ledPin, (int)brightness);  // 写入PWM
  }

}

然后就是Adafruit LIS3DH三轴加速度传感器模块程序代码编写。首先在lib库搜索安装Adafruit LIS3DH 库。

然后在点灯代码中添加传感器的读取代码。使用非阻塞方式读取。整个代码如下：

#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_LIS3DH.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>

const int buttonPin = 4;    // 按键连接引脚
const int ledPin = 13;      // LED连接引脚（必须是PWM引脚）


unsigned long prevUpdateTime = 0;  // 记录上次更新时间
unsigned long LisRefreshTime = 0;  // 记录上次更新时间
int lis_init_flag;
float brightness = 0;              // 当前亮度（0-255）
int speedMode = 0;                 // 速度模式：0=慢速，1=中速，2=快速
const float speeds[] = {0.001, 0.004, 0.008};  // 速度系数（越小越慢）



// I2C
Adafruit_LIS3DH lis = Adafruit_LIS3DH();



void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);  // 启用内部上拉（按下低电平）
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  lis_init_flag = 0;


}


void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();


  // 非阻塞式按键检测（按下低电平）
  if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
    delay(50);  // 防抖
    if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
      speedMode = (speedMode + 1) % 3;  // 切换速度模式（0→1→2→0...）
      while (digitalRead(buttonPin) == LOW);  // 等待按键释放
      Serial.print("Speed Mode: ");  // 调试输出
      Serial.println(speedMode);
      lis_init_flag = 0;
    }
  }
  // 非阻塞式呼吸灯（sin()非线性渐变）
  if (currentMillis - prevUpdateTime >= 10) {  // 固定10ms更新一次亮度
    prevUpdateTime = currentMillis;
    // 用sin()计算亮度（范围0-255）
    brightness = 127 + 127 * sin(millis() * speeds[speedMode]);
    analogWrite(ledPin, (int)brightness);  // 写入PWM
  }


  //传感器
  if (currentMillis - LisRefreshTime >= 25) {  // 固定100ms更新一次亮度
    LisRefreshTime = currentMillis;


    if(0 == lis_init_flag)
    {
      if (lis.begin(0x18)) // change this to 0x19 for alternative i2c address
      {   
        Serial.println("LIS3DH found!");
        Serial.print("Range = "); Serial.print(2 << lis.getRange());
        Serial.println("G");
        Serial.print("Performance mode set to: ");
        switch (lis.getPerformanceMode()) {
          case LIS3DH_MODE_NORMAL: Serial.println("Normal 10bit"); break;
          case LIS3DH_MODE_LOW_POWER: Serial.println("Low Power 8bit"); break;
          case LIS3DH_MODE_HIGH_RESOLUTION: Serial.println("High Resolution 12bit"); break;
        }
        // lis.setDataRate(LIS3DH_DATARATE_50_HZ);
        Serial.print("Data rate set to: ");
        switch (lis.getDataRate()) {
          case LIS3DH_DATARATE_1_HZ: Serial.println("1 Hz"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_10_HZ: Serial.println("10 Hz"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_25_HZ: Serial.println("25 Hz"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_50_HZ: Serial.println("50 Hz"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_100_HZ: Serial.println("100 Hz"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_200_HZ: Serial.println("200 Hz"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_400_HZ: Serial.println("400 Hz"); break;


          case LIS3DH_DATARATE_POWERDOWN: Serial.println("Powered Down"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_LOWPOWER_5KHZ: Serial.println("5 Khz Low Power"); break;
          case LIS3DH_DATARATE_LOWPOWER_1K6HZ: Serial.println("1.6 Khz Low Power"); break;
        }
        lis_init_flag = 1;
      }
    }else
    {
      lis.read();      // get X Y and Z data at once
      // Then print out the raw data
      Serial.print("X:");   Serial.print(lis.x);
      Serial.print("  Y:"); Serial.print(lis.y);
      Serial.print("  Z:"); Serial.print(lis.z);
      Serial.println();


    #if 0
      /* Or....get a new sensor event, normalized */
      sensors_event_t event;
      lis.getEvent(&event);
      /* Display the results (acceleration is measured in m/s^2) */
      Serial.print("\t\tX: "); Serial.print(event.acceleration.x);
      Serial.print(" \tY: "); Serial.print(event.acceleration.y);
      Serial.print(" \tZ: "); Serial.print(event.acceleration.z);
      Serial.println(" m/s^2 ");Serial.println();
      #endif


    }
  }


}

下面编译上传到MCU中看看效果。

传感器的数据波形图：