一.项目描述

2023寒假一起练项目我选择了基于STEP Pico的嵌入式系统学习平台，此平台的硬件板2个按键输入4个单色LED，12个WS2812B RGB三色灯，1个姿态传感器，1个128*64 OLED显示屏，1个蜂鸣器，1个可调电位计（用于电压表），1路音频信号输入（用于示波器），8位R-2R电阻网络构成的DAC（用于DDS信号发生器）我选择了项目一制作一个反应测试器，具体要求如下：

• 随机点亮板上的一个LED，按下板上的一个按键，在显示屏上显示出从灯亮到按键之间的时间，这是心理学上的一个重要实验
• 实现方式：通过软件产生随机数，程序启动以后在随机数控制的时间下点亮板上的LED，被测试者按下按键以后，处理器计算从点亮灯到接收到按键之间的时间差，并将时间差通过USB显示在PC上，也可以将OLED用起来，在OLED上显示时间信息。

在这个项目中，我做了如下改进：在PC段开始运行程序时，会一直检测按键k2的值。只有当k2被按下时程序才会开始产生随机数并开始之后的程序。同时在测得反应时间后又会重新检测k2的值以供多次使用。

二．设计思路

在这个项目中，我们首先要在硬件板中烧入一下几个模块以确保程序的正常运行：1.ws2812b，2.button 3.oled，4.board 5.time，6.time，7.machine，8.Led。

我首先定义一个函数用于在oled显示屏中现实相关信息，如游戏开始提示和最终反应时间。之后从button模块中导出k1和k2，并建立关于k1的回调函数（callback），并通过k1引脚来记录k1被按下的时间。相关的设计思路如下所示：

1. 建立while循环，并在每一循环开始时检测k2的值是否为有效，若无效则进入下一循环，若有效则，则开始实现一下功能。
2. k2有效，即k2被按下之后，红色的Led灯会亮表示游戏已经开始，要做好准备，同时程序会产生一个3到5之间的随机数t，程序在t时间后利用ws2812b模块使WS2812B RGB三色灯亮。同时记录时间t1.
3. 在RGB三色灯亮之我们立即按下k1，此时程序运行k1的回调函数callback，记录被按下的时间t2.通过t1，t2我们便可以得到反应时间t3 = t2-t1，我们使用oled模块将反应时间记录在显示屏上。
4. 在1s后WS2812B RGB三色灯会熄灭同时可以再次按k2进入下一轮的游戏中。

三．框图和软件流程

项目框图如下所示：

四．简单的硬件介绍：

STEP Pico是一款低成本，高性能的微控器开发板，具有灵活的数字接口，完全兼容Raspberry Pi Pico。

硬件上，采用Raspberry Pi官方自主研发的RP2040微控制器芯片，搭载了ARM Cortex M0+双核处理器，高达1133MHz的运行频率，内置了264KB SRAM和2MB闪存，还板载又多达26个多功能的CPIO引脚。

软件上，可选择树莓派提供的C/C++SDK，或者使用MicroPyhon进行开发，并且配套有完善的开发资料教程，可方便快速入门开发并嵌入到产品中。

本模块未来兼容树莓派官方Pico的核心模块，在其基础上增加了4个WS2812彩色灯，一个电源指示器，以及一个复位键，USB端口也改成了Type C

核心板引脚图如下图所示：

五.实现的功能及图片展示

硬件模块通电并运行程序后如下图所示，此时未按k2，电路板oled屏显示“press k2 to start”,及按下k2后开始此游戏。

在按下k2后，led中红色灯亮起，同时程序会生成一个随机数a.

过完a秒之后电路板伤的RDG三色灯会亮起，同时我们立即按下k1，程序会得出我们的反应时间：

程序将得到的反应时间显示在oled屏幕上：

六.主要代码片段及说明

相关代码如下：

import time  
import ws2812b  
from button import k1,k2  
from oled import oled  
from button import button  
from board import pin_cfg  
from machine import Pin  
from led import r  
import random  
timer_start = 0  

此代码片段导入了相关的模块，同时定义了一个变量timer_star，该变量会用来测出RGB三色灯亮起的时间。

    def print_result(msg):  
    print(msg)  
    oled.text(msg,0,32)  
    oled.show()  

定义了oled屏幕显示信息的函数。

    def k1_callback(pin):  
    global timer_start  
    time_reaction = time.ticks_ms() - timer_start  
    print_result("time is "+str(time_reaction) + "ms")  

定义了k1的回调函数，在其中time.ticks_ms()会记录回调函数运行时的时间，及k1按下的时间。timer_start是RGB三色灯亮起的时间，二者相减即可得到反应时间。

   k1 = button(pin_cfg.k1,k1_callback,trigger=Pin.IRQ_FALLING)  

定义了k1的引脚信息，在电平下降时触发，运行k1的callback函数。

print_result("press k2to start")  
while True:  
    if k2.value() == True:  
        oled.fill(0)  
        oled.show()  
        r.on()  
        time.sleep(random.uniform(3,5))  
        ws2812b.on_all()  
        timer_start = time.ticks_ms()  
        time.sleep(1)  
        ws2812b.off_all()  
        r.off()  

一直循环指导k2被按下，k2的value为真时会进入下一步。Led的红色灯亮起，说明程序已经生成了随机数并开始计数，在计数完成之后RGB三色灯亮起，玩家需要立即按下k1，此时k1引脚得到电平信号开始调用回调函数，并计算出反应时间。1秒后RGB三色灯熄灭，程序又返回到循环之中等待下一个ke信号

总代码如下：

import time  
import ws2812b  
from button import k1,k2  
from oled import oled  
from button import button  
from board import pin_cfg  
from machine import Pin  
from led import r  
import random  
timer_start = 0  
  
  
  
def print_result(msg):  
    print(msg)  
    oled.text(msg,0,32)  
    oled.show()  
  
def k1_callback(pin):  
    global timer_start  
    time_reaction = time.ticks_ms() - timer_start  
    print_result("time is "+str(time_reaction) + "ms")  
      
      
k1 = button(pin_cfg.k1,k1_callback,trigger=Pin.IRQ_FALLING)  
  
print_result("press k2to start")  
while True:  
    if k2.value() == True:  
        oled.fill(0)  
        oled.show()  
        print_result("")  
        r.on()  
        time.sleep(random.uniform(3,5))  
        ws2812b.on_all()  
        timer_start = time.ticks_ms()  
        time.sleep(1)  
        ws2812b.off_all()  
        r.off()

七.遇到的难题及解决方法

在编程过程中遇到了一些难题，例如oled显示屏显示一个信息后，再次利用oled.text和oled.show函数后显示下一个信息时，前后两个信息会叠加显示再屏幕上。进过查阅资料后可知，利用oled.fill(0)和oled.show()函数可以实现屏幕的清零。

八.未来的计划

反应时间的测量知识利用这个硬件模块所有功能中很小的一部分，在未来的计划中，我希望自己能够多学习相关的知识。利用Raspberry Pi Pico开发板的功能，做出更多更有趣的功能。