内容介绍
内容介绍
一、硬件介绍：
2024年8月，树莓派PICO2 发布，这是树莓派的第二代微控制器板，基于 RP2350 设计的新型高性能、安全的微控制器。它有着更高的内核时钟速度、两倍的内存、更强大的 ARM 内核、新的安全功能和升级的接口功能，Pico 2 提供了显著的性能和功能提升，同时保留了与 Pico 系列早期成员的硬件和软件兼容性。这次电子森林推出的STEP_RP2350B核心板，使用了GPIO更多的RP2350B，拥有48个GPIO，并且提供了一个扩展板，非常利于学习PICO2的实验。
二、任务选择：
选择了任务4：【搭配综合技能训练板】利用PWM制作一个音乐播放器。
- 通过PWM产生不同的音调，并驱动板上蜂鸣器将音调输出
- 能够播放三首不同的曲子，可以切换播放
- 曲子的切换使用核心板上的按键，需要有按键消抖的功能
- 播放的曲子的名字在OLED屏幕上显示出来（汉字显示）
简单分析一下任务。要实现音乐播放，这里使用RP2350的pwm输出，控制输出波形的频率，就可以控制蜂鸣器的音调，从而组合出音乐来。板子上有4颗按键，使用分压方式接到主控的。所以需要使用RP2350的ADC功能来读取按键，识别不同的按键。扩展板上集成了一块OLED屏幕，使用SPI通讯方式控制。
RP2350支持C，Arduino，micropython等方式开发。这里尝试使用vscode+platformio做开发，但是硬件支持找不到RP2350B的支持，只有RP2350A的支持，无法控制20以后的GPIO。最终选择使用Arduino进行开发。
三、环境搭建
参考着产品维库搭建Arduino环境，配置好Preferences窗口。
四、任务实现
方案框图：
实现流程图：
1、OLED显示。
RP2350内部拥有双核，所以可以直接使用多进程工作。这里将PWM、adc检测的任务放到一个内核上，将OLDE显示放到另外一个内核上。OLED屏幕驱动使用U8g2库，这个库可以很方便地使用中文支持。
// oled管脚
#define OLED_MOSI 44
#define OLED_CLK 45
#define OLED_DC 42
#define OLED_CS 41
#define OLED_RESET 43
U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_1_4W_SW_SPI u8g2(U8G2_R0, OLED_CLK, OLED_MOSI, OLED_CS, OLED_DC, OLED_RESET);
OLED使用的是SSD1306的I驱动，走SPI接口，使用了5个GPIO，根据电路图找出对应的管脚信息。
void setup1()
{
u8g2.begin();
u8g2.enableUTF8Print(); // 启用UTF8支持
}
void loop1()
{
u8g2.setFont(u8g2_font_wqy16_t_gb2312); // 设置中文字体
u8g2.setFontDirection(0);
u8g2.firstPage();
do
{
// u8g2.setCursor(0, 10);
// u8g2.print("汉字显示12345ABCder"); // 显示中文
u8g2.setCursor(40, 25);
// u8g2.print("中文,小学校");
switch (keyval.key)
{
case 1: // 小星星
u8g2.print(startsname);
break;
case 2: // 樱花
u8g2.print(flowname);
break;
case 3: // 生日歌
u8g2.print(birthdayname);
break;
}
} while (u8g2.nextPage());
// Serial.println(sizeof(pmusic));
delay(1000);
}
2、按键读取。
从电路图上可以得知，四个按键通过与电阻的分压，实现了按键按下后DVout端的电压变化。在代码中设置一个定时器，每5ms中断一次。每次定时器中断，都会用AD检查DVout端的电压变化。当电压变化并累计一定次数（3次）后，就判定按键按下了，将对应的按键值赋予变量。
// 在每次时间中断中，检查ADC的值
struct repeating_timer segtimer, pwmtimer; // 两个定时器 1个用来控制数码官，一个用来控制pwm播放
bool segdisp_timer_callback(struct repeating_timer *t)
{
uint adcval;
Tube.displayInt(keyval.key);
// 将读取到的值缩小1000倍，拨玛开关全关闭情况下 大约为 59：无按键0 56：按键1 52：按键2 45：按键3 30：按键4
adcval = analogRead(ADCBTN) / 1000; // 从47口读取电压
// 消抖：当前读取的ADC值与当前按键值作比较，相同超过指定次数，就赣边keyval的值
if (adcval >= 58)
{
// 无按键
if (keyval.curkeyval == 0)
{
//keyval.val++;
}
else
{
keyval.curkeyval = 0;
keyval.val = 0;
}
}
else if (adcval >= 55) // 按键1
{
if (keyval.curkeyval == 1)
keyval.val++;
else
{
keyval.curkeyval = 1;
keyval.val = 0;
}
}
else if (adcval >= 51) // 按键2
{
if (keyval.curkeyval == 2)
keyval.val++;
else
{
keyval.curkeyval = 2;
keyval.val = 0;
}
}
else if (adcval >= 44) // 按键3
{
if (keyval.curkeyval == 3)
keyval.val++;
else
{
keyval.curkeyval = 3;
keyval.val = 0;
}
}
else if (adcval >= 29) // 按键4
{
if (keyval.curkeyval == 4)
keyval.val++;
else
{
keyval.curkeyval = 4;
keyval.val = 0;
}
}
if (keyval.val > 2)
{
keyval.key = keyval.curkeyval == 0 ? keyval.key : keyval.curkeyval;
keyval.isChange = keyval.curkeyval == 0 ? false:true;
}
return true;
}
3、PWM输出。
这里使用了RP2040的PWM库，经测试在RP2350上正常运行。这里预先存放了3首曲子的简谱，将简谱中的音调对应到振动频率上去。使用一个定时器逐次读取预先存放的曲调的频率，依次输出给蜂鸣器。当曲子播放完成后，重新返回头部循环播放。PWM中高电平驱动蜂鸣器动作，测试了一下，占比在1%~10%的范围内，蜂鸣器的音量有比较明显的变化，超过10%后，音量变化不明显了，猜测是驱动饱和了，再增加高电平的占空比意义不大，并且会使得蜂鸣器发烫。所以PWM的占空比设置为一个小于10%的值。
uint musicoffset = 0;
bool pwmmusic_timer_callback(struct repeating_timer *t)
{
float freq;
switch (keyval.key)
{
case 1: //小星星
if (musicoffset >= sizeof(starts)/4)
musicoffset = 0;
freq = MUSICFREQ[starts[musicoffset]];
PWM_Instance->setPWM(BEEP, freq, starts[musicoffset] == nu ? 0 : PWMVAL);
break;
case 2: //樱花
if (musicoffset >= sizeof(flower)/4)
musicoffset = 0;
freq = MUSICFREQ[flower[musicoffset]];
PWM_Instance->setPWM(BEEP, freq, flower[musicoffset] == nu ? 0 : PWMVAL);
break;
case 3: //生日歌
if (musicoffset >= sizeof(birthday)/4)
musicoffset = 0;
freq = MUSICFREQ[birthday[musicoffset]];
PWM_Instance->setPWM(BEEP, freq, birthday[musicoffset] == nu ? 0 : PWMVAL);
break;
}
musicoffset++;
return true;
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); //
pinMode(LED, OUTPUT);
analogReadResolution(16); // 调整ADC分辨率为16位
PWM_Instance = new RP2040_PWM(BEEP, 1000, 3);
delay(100);
// PWM_Instance->disablePWM();
add_repeating_timer_ms(20, segdisp_timer_callback, NULL, &segtimer); // 每5ms调用一次
add_repeating_timer_ms(MUSICTIME, pwmmusic_timer_callback, NULL, &pwmtimer); // 指定周期调用一次
}
void loop()
{
switch (keyval.key)
{
case 1: // 小星星
if (keyval.isChange)
{
keyval.isChange = false;
musicoffset = 0;
Serial.println(sizeof(starts));
// add_repeating_timer_ms(startsspeed, pwmmusic_timer_callback, NULL, &pwmtimer); //指定周期调用一次
}
break;
case 2: // 樱花
if (keyval.isChange)
{
keyval.isChange = false;
musicoffset = 0;
Serial.println(sizeof(flower));
// add_repeating_timer_ms(flowerspeed, pwmmusic_timer_callback, NULL, &pwmtimer); //指定周期调用一次
}
break;
case 3: // 生日歌
if (keyval.isChange)
{
keyval.isChange = false;
musicoffset = 0;
Serial.println(sizeof(birthday));
// add_repeating_timer_ms(birthdayspeed, pwmmusic_timer_callback, NULL, &pwmtimer); //指定周期调用一次
}
break;
}
}
4、数码管显示。
STEP_RP2350B核心板上还有个很漂亮的数码管，这里已将其驱动起来，用来显示当前的按键选择。
从电路图可以看出，数码管使用两颗74HC595级联。可以使用3个GPIO，用串行方式来驱动数码管的显示。这里写了个Tube595的驱动。显示时，数码管点亮一小会，利用肉眼错觉来显示具体的数字。
#ifndef TUBE595_cpp
#define TUBE595_cpp
#include "Tube595.h"
unsigned char Tube595::LED_MODEL[17] = {
// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F -
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x40
};
unsigned char Tube595::LedData[8] = { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 };
Tube595::Tube595(int dataPin, int sclkPin, int rclkPin) {
DIO = dataPin;
SCLK = sclkPin;
RCLK = rclkPin;
pinMode(SCLK, OUTPUT);
pinMode(RCLK, OUTPUT);
pinMode(DIO, OUTPUT);
digitalWrite(DIO, LOW);
digitalWrite(SCLK, LOW);
digitalWrite(RCLK, LOW);
}
// display a int number
// 整形显示，point 0 第0位的小数点 1 第1位的小数点 2 两个一起亮
void Tube595::displayInt(int num, int point) {
char string[9] = { 0 };
sprintf(string, "%8d", num);
for (int i = 7; i >= 0; i--) {
switch (string[i]) {
case ' ':
break;
case '-':
LedData[7 - i] = LED_MODEL[16];
break;
default:
LedData[7 - i] = LED_MODEL[string[i] - '0'];
// LedData[7-i] = LED_MODEL[1];
break;
}
}
if (point == 1) setPoint(0);
else if (point == 2) setPoint(1);
else if (point == 3) {
setPoint(0);
setPoint(1);
}
update();
}
void Tube595::setNoPoint(int place) {
LedData[place] &= 0x80;
}
void Tube595::setPoint(int place) {
LedData[place] |= 0x80;
}
void Tube595::closeDisplay() {
for (int i = 0; i < 8; i++)
LedData[i] = 0x7F;
update();
}
void Tube595::update() {
// 仅有两个数码管
for (int i = 0; i < 2; i++) {
shiftOut(DIO, SCLK, MSBFIRST, 1 << i);
shiftOut(DIO, SCLK, MSBFIRST, LedData[i]);
digitalWrite(RCLK, LOW);
digitalWrite(RCLK, HIGH);
delayMicroseconds(2000); //数据锁存 显示2ms
}
shiftOut(DIO, SCLK, MSBFIRST, 0);
digitalWrite(RCLK, LOW);
digitalWrite(RCLK, HIGH);
}
#endif
五、作品展示
使用简谱写了三首常见的音乐。通过按键切换不同的曲子。
六、心得体会
感谢硬禾学堂组织的RP2350B核心板活动。能够学习到树莓派RP2350B这款强大的芯片，功能强大、管脚众多，学习了使用ADC来识别多个按键，成就满满！
软硬件
附件下载
music_play.zip
团队介绍
单片机业余爱好者，瞎捣鼓小能手。
团队成员
aramy
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