1.项目需求

随机点亮板上的一个LED，按下板上的一个按键，在OLED显示屏上显示出从灯亮到按键之间的时间。

2.硬件介绍

基于树莓派Pico的嵌入式系统学习平台，包括树莓派Pico扩展板一块，以及硬禾版本树莓派Pico核心模块一份，可以通过C/C++以及MicroPython编程。其核心板引脚图如下。

Step pico模块为兼容树莓派官方Pico的核心模块，在其基础上增加了4个WS2812彩色灯，以及一个复位按键，USB端口也改成了Type C。它是一款低成本，高性能的微控制器开发板，具有灵活数字接口（完全兼容Raspberry Pi Pico）。

硬件上，Step pico采用Raspberry Pi官方自主研发的RP2040微控制器芯片，搭载了ARM Cortex MO＋双核处理器，高达133MHz的运行频率，内置了264KB SRAM 和2MB闪存，还板载有多达26个多功能的GPIO引脚。

软件上，可选择树莓派提供的C／C＋＋SDK，或者使用MicroPython进行开发，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。

3.设计思路

程序由点灯、按键与显示三个主要功能组成，当用户开始使用时，程序启动并在随机的时间内点亮板上的随机一个led灯，用户按下按键以后，处理器计算从点亮灯到接收到按键之间的时间差，并在OLED上显示结果。程序流程图如下。

4.功能实现

（1）用户引导

当程序开始运行时，OLED屏上会显示“Press K2 button to start”，提示用户进行操作。

当用户按下K2按钮后，OLED屏上会显示“Please press K1 button when the led light is on”，提醒用户进行操作。

等待约2秒后，进入反应测试。

（2）随机灯亮起

在测试过程中，OLED屏下的四个LED灯会随机亮起，同时OLED屏清屏。如下图所示。

（3）显示测试结果

当用户在led灯亮起时按下K1按钮，则OLED屏会显示此次用户的反应时间，如下图所示。

（4）防呆设计

当用户操作过于频繁或误操作时（例如在灯未亮起时按下K1按钮），OLED屏会显示“Error！”提醒用户规范操作。如下图所示。

（5）结束测试

再次按下K2按钮，即可退出测试。

5.主要代码片段及说明

（1）点灯、灭灯操作

from led import r,g,b,y
def Led_off(): #灭灯
    y.off()
    r.off()
    g.off()
    b.off()

def Led_on(): #随机点灯
    seed = random.randint(1,4)
    if seed == 1:
        y.on()
    elif seed == 2:
        r.on()
    elif seed == 3:
        g.on()
    elif seed == 4:
        b.on()

首先用random 模块产生一个随机数seed来实现随机点灯的效果，通过seed的值来调用封装好的点灯、灭灯函数。其中y、r、g、b分别指代四个led灯，led灯的定义在led.py中，代码如下。

from board import pin_cfg
import time
from machine import Pin

r = Pin(pin_cfg.red_led, Pin.OUT)
g = Pin(pin_cfg.green_led, Pin.OUT)
b = Pin(pin_cfg.blue_led, Pin.OUT)
y = Pin(pin_cfg.yellow_led, Pin.OUT)

可以看到四个led灯其实可以看做machine 模块下的四个Pin 对象。machine 模块包含与特定板上硬件相关的特定功能。该模块中的大多数功能允许实现对系统硬件块（如 CPU、定时器、总线等）的直接和不受限制的访问和控制。machine.pin   类是 machine  模块下面的一个硬件类，用于对引脚的配置和控制，提供对 Pin 设备的操作方法。Pin 对象用于控制输入/输出引脚（也称为 GPIO）。Pin 对象通常与一个物理引脚相关联，他可以驱动输出电压和读取输入电压。Pin 类中有设置引脚模式（输入/输出）的方法，也有获取和设置数字逻辑（0 或 1）的方法。而物理引脚的定义在board 模块中，代码如下。

class pin_cfg:
    yellow_led = 20
    blue_led = 21
    green_led = 22
    red_led = 26
    
    buzzer = 19
    mic = 27
    
    i2c0_scl = 17
    i2c0_sda = 16
    
    i2c1_scl = 15
    i2c1_sda = 14

    spi1_mosi = 11
    spi1_sck = 10
    spi1_dc = 9
    spi1_rstn = 8
    spi1_cs = 29

    adc0 = 26
    adc1 = 27

    k1 = 12
    k2 = 13

    pot = 28

（2）检测按钮动作

当按下K1按钮时调用该部分，计算用户反应时间同时输出结果到OLED屏上，同时加入了防呆措施。具体代码如下。

from button import button,k2

lock = False
timer_start = 0 #初始化

def Error(): #防呆
    msg = "Error!"
    print(msg)
    oled.init_display()
    oled.text(msg,0,32)
    oled.show()

def k1_callback(pin):
    global timer_start
    global lock
    if not lock:
        Error()
        return
    timer_reaction = time.ticks_ms() - timer_start # ticks_diff
    oled.text('Your reaction', 0, 20, 1)
    oled.text('time was ' + str(timer_reaction) + 'ms', 0, 40, 1)
    oled.show()
    Led_off()
    lock = False
    
k1 = button(pin_cfg.k1, k1_callback, trigger=Pin.IRQ_FALLING)

可以看出K1按钮其实是一个button对象，button对象的具体定义在button 模块中，在实例化一个button对象时必须传入的参数如下：

def __init__(self, pin, callback=None, trigger=Pin.IRQ_RISING, min_ago=200):

可以直观地看出，K1按钮的引脚定义在board 模块中，而每当我们按下一次K1按钮都会触发一次callback，于是我们可以在k1_callback这个函数中写入防呆和输出功能。当lock被触发时，会触发error函数提醒用户误操作，而正常工作时则会在OLED上显示用户的反应间隔。

（3）OLED屏显示

OLED有关的定义在oled.py中，具体代码如下。

from machine import Pin, SPI
from ssd1306 import SSD1306_SPI
import framebuf
from board import pin_cfg
 
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))

由于这块板子上是一个常见的SSD1306驱动0.96寸OLED，于是写法上也没有什么新奇的地方，我参考了一些常见的写法，实例化了一个oled对象。

6.未来的计划

该项目已经成功实现了反应测试器的功能，预期表现良好，然而还有许多可以提升与扩展的部分：

1.在一次灯熄灭到第二次灯亮起时，可以在OLED屏上显示倒计时。

2.在按下按钮时，可以有声音反馈。

3.可以在多次测试后自动退出，并在OLED屏上显示平均反应时间以达到更精确的测量。