项目介绍

本项目基于硬禾RP2350开发板，实现了通过PWM驱动蜂鸣器发声，能够播放多首不同的曲子，并支持用户通过按键进行曲目切换和控制播放暂停。曲目的名称通过OLED屏幕显示，支持中文汉字显示。系统具备按键消抖功能，保证按键输入稳定可靠。
本项目满足以下功能要求：

• 利用PWM产生不同频率的音调，驱动蜂鸣器发出声音；
• 支持至少三首歌曲的播放与切换；
• 通过板载按键控制歌曲切换与播放状态，含按键消抖处理；
• OLED屏幕显示当前播放曲目的中文名称。

硬件说明

本项目所使用的硬件平台为硬禾RP2350开发板，核心特点包括：

• RP2350 MCU，支持丰富GPIO资源和PWM输出；
• 板载蜂鸣器，通过PWM口驱动；
• 128×32分辨率的OLED显示屏，使用SPI通信；
• 多个模拟输入用于按键电压检测，实现多按键功能；
• 按键连接通过ADC测量电压分压实现多键检测。

方案说明

本项目设计主要包含以下几个模块：

• PWM音频播放模块：通过PWM输出控制蜂鸣器发声，利用预定义音符频率表实现音调变化；
• OLED显示模块：使用SPI驱动SSD1306 OLED屏幕，结合自定义中文字库显示当前曲目名称；
• 按键输入模块：通过ADC读取多级电压检测按键状态，实现多键功能，并做按键消抖；
• 主控制逻辑：根据按键输入实现播放、暂停、上一首、下一首等控制。

软件说明

软件采用CircuitPython在Thonny下开发，使用circuit python官方提供的rp2350固件。
系统框图如下

模块划分及工作流程如下：

PWM与频谱

• 通过pwmio.PWMOut驱动蜂鸣器；
• 预定义音符频率表（NOTE_FREQ字典）对应音符到频率的映射；
• 通过控制PWM频率和占空比发出对应频率的音符，实现歌曲播放。

OLED显示与中文字模

• 采用adafruit_ssd1306库驱动OLED屏幕；
• 中文字模数据以二进制文件存储，16×16像素点阵；
• 读取字模数据，通过自定义函数Decode16x16_Bytes_To_Pixel渲染到屏幕；
• 通过计算字符总宽度实现水平居中显示。

查看原理图可见RP2350与OLED之间的连接使用SPI通信，但是并没有接上硬件SPI的SCK，和MOSI，因此需要使用软件SPI驱动，这一部分cpy也有提供对应的库：

import bitbangio
spi = bitbangio.SPI(microcontroller.pin.GPIO45, MOSI=microcontroller.pin.GPIO44)

SSD1306具体的驱动使用adafruit的库，在adafruit-circuitpython-bundle-9.x-mpy-20250625中有提供绝大多数模块的库与使用示例。
本次任务显示相关的要求只有显示中文的歌曲名字，因此需要自己做字库解码，这里我参考的这个博客树莓派pico入坑笔记，ssd1306使用，他里面提到了一个生成字库的网站，借助博主的解码方式，我实现了中文解码。
但是如果把字库直接当作数组放到代码中的话容易出现爆栈的情况，以及不够灵活，因此我选择将字库放到bin文件，然后读取显示，我这里使用的字体是免费的得意黑。
在电脑的python环境（我这里是3.12）下运行，得到中文字bin。

#pip install pillow
from PIL import Image, ImageFont, ImageDraw
def render_char_to_bytes(ch, font_path="simhei.ttf", size=16):
    # 创建黑白图像
    img = Image.new("1", (size, size), color=0)
    draw = ImageDraw.Draw(img)
    font = ImageFont.truetype(font_path, size)
    # 计算字符实际的 bbox（左上角、右下角）
    bbox = font.getbbox(ch)
    text_width = bbox[2] - bbox[0]
    text_height = bbox[3] - bbox[1]
    # 居中绘制（特别是垂直方向）
    x_offset = (size - text_width) // 2 - bbox[0]
    y_offset = (size - text_height) // 2 - bbox[1]
    draw.text((x_offset, y_offset), ch, fill=1, font=font)
    # 提取每行像素，打包成位
    data = []
    for y in range(size):
        for byte_index in range(2):  # 每行2字节
            byte = 0
            for bit in range(8):
                x = byte_index * 8 + bit
                if x < size and img.getpixel((x, y)) != 0:
                    byte |= (1 << (7 - bit))
            data.append(byte)
    return bytes(data)

chars = "硬禾学堂"
font_path = "SmileySans-Oblique.ttf"  # 中文字体，需手动提供
with open("yinghexuetang.bin", "wb") as f:
    for ch in chars:
        bytestr = render_char_to_bytes(ch, font_path)
        f.write(bytestr)

随后的读取文件，解码显示比较简单，在附件中可以看到。

按键

• 按键通过ADC采样多级电压值判断按键状态，实现多按键功能；
• 设计了容差范围tol判断电压对应的按键；
• 按键状态变化触发播放控制逻辑；
• 按键输入包含去抖动逻辑，仅在按键释放时触发事件。

效果展示与遇到的问题

效果展示

预定义歌曲：《小星星》、《超级玛丽》、《两只老虎》、《生日快乐》、《送别》具体见视频。
从左到右，按键功能：
1：上一首
2：播放/暂停
3：下一首
4：重播

主界面

开始播放

暂停播放

遇到的问题

• 一开始就是奔着体验circuit python来的，因为之前就没怎么写过python，所以有点无从下手，还好cpy官方网站资料很多，再加上语言上手方便，后面用起来还是挺顺的。
• 实时按键切换曲子本来想像以前那样用中断回调的，但是查阅资料发现cpy好像是不支持中断和多线程的，因此在单个字符之间做了频繁的读取按键。
• 播放的曲子想着直接读取wav文件解释成预定义的音调。但是看看剩下的不到1M的flash空间，只能放弃，或者可以把开发板当作声卡，在电脑这边做解析（还未实现）。

心得体会

• 通过本项目的设计与实现，虽然这次的功能比较简单，还没有完全发挥rp2350的强大，但是终于真正的使用了一回circuit python，体验到了python的快乐。
• 不知道rp2350的双核M33和双核risc-v怎么玩，有时间再看看c-sdk。