基于树莓派Pico的电压表 DF创客社区

豆爸发表于 2023-8-23 01:47:05

基于树莓派Pico的电压表

本帖最后由豆爸于 2023-9-1 02:44 编辑

1 项目需求制作一个电压表具体要求：利用板上的电位计调节电压从0-3.3V之间变化，在OLED显示屏上显示电压值，可以以数字的方式，也可以以图形的方式来显示。
2 功能设计2.1 电压测量功能
通过调节旋钮电位器（GPIO28）旋钮，模拟作为被测对象，产生0-3.3V之间变化的电压模拟量。树莓派Pico内部ADC，模拟读取GPIO28数值，通过计算转换得到相应的电压值。
2.2 电压显示功能
将计算转换后的电压值，显示在OLED液晶屏上。
3 硬件介绍3.1 STEP Picohttps://qn.eetree.cn/FvKswTTpAjeSvqoL1GxJpMc-_4Xi
STEP Pico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。采用了RaspberryPi官方自主研发的RP2040微处理器芯片，搭载了ARM Cortex M0+双核处理器，高达133MHz的运行频率，内置了264KB SRAM和2MB闪存，板载了26个多功能GPIO引脚，支持C/C++、Python编程。
3.2 树莓派Pico扩展板 https://qn.eetree.cn/Fl_QeX-UcPcuxyDA0881kidyMz6z

[*]2个按键输入
[*]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
[*]1路音频信号输入

4 功能实现4.1流程图https://qn.eetree.cn/FuBuSS2CBMGp-m7yQY3bdltFcS8J
（1）模拟读取树莓派Pico的GPIO28得到一个电压的数字量的值，并赋值给变量Value。（2）通过计算，将电压数字量值Value转换成电压值，并赋值给VoltageValue。
4.2 Thonny的下载与安装
Thonny是一个面向初学者的 Python IDE。Thonny 由爱沙尼亚的 Tartu 大学开发，它采用了不同的方法，因为它的调试器是专为学习和教学编程而设计的。
https://thonny.org/img/screenshot.pngInstaller with 64-bit Python 3.10下载链接：https://github.com/thonny/thonny/releases/download/v4.0.2/thonny-4.0.2.exe

5 功能实现5.1 旋转电位器读数范围测量
1、machine库
读取ADC值
<div align="left">adc_28 = ADC(28) #初始化</div><div align="left">ADCValue = adc_28.read_u16() #读取ADC的值，返回16位数</div>

2、读取并打印旋转电位器数值
from machine import Pin, ADC
import time
adc_28 = ADC(28)
while True:
Value = adc_28.read_u16()
print(Value)
time.sleep(0.1)

执行上述代码，打开串口监视器，并将旋钮电位器分别顺时针、逆时针拧到头，查看打印的数值，查找最大值和最小值。经过测试，旋转电位器最小值为256，旋转电位器最大值为65535。
5.2 将读取到Value的转化为电压
计算方法：（读取的旋转电位器值Value - 旋转电位器最小值）/(旋转电位器最大值 - 旋转电位器最小值)*3.3这里乘以3.3的，是基于我们认定旋转电位器最小值对应于电压0V，旋转电位器最大值对应于3.3V。因此，VoltageValue = (Value - 256)/(65535 - 256)*3.3
5.3 电压显示
树莓派Pico扩展板板载了一块0.96寸SSD1306驱动的SPI接口的OLED。从Pico训练板的原理图可知，OLED各SPI引脚连接的GPIO。https://qn.eetree.cn/Fjq6Ru0QLwoq9jG362GXe7GEce4D
1、SSD1306库
这里我们使用了一个OLED驱动库文件ssd1306.py，这个文件可以从github下载，也可以新建一个ssd1306.py的文件，将下面代码复制粘贴进去。
# MicroPython SSD1306 OLED driver, I2C and SPI interfaces

from micropython import const
import framebuf

# register definitions
SET_CONTRAST = const(0x81)
SET_ENTIRE_ON = const(0xA4)
SET_NORM_INV = const(0xA6)
SET_DISP = const(0xAE)
SET_MEM_ADDR = const(0x20)
SET_COL_ADDR = const(0x21)
SET_PAGE_ADDR = const(0x22)
SET_DISP_START_LINE = const(0x40)
SET_SEG_REMAP = const(0xA0)
SET_MUX_RATIO = const(0xA8)
SET_IREF_SELECT = const(0xAD)
SET_COM_OUT_DIR = const(0xC0)
SET_DISP_OFFSET = const(0xD3)
SET_COM_PIN_CFG = const(0xDA)
SET_DISP_CLK_DIV = const(0xD5)
SET_PRECHARGE = const(0xD9)
SET_VCOM_DESEL = const(0xDB)
SET_CHARGE_PUMP = const(0x8D)

# Subclassing FrameBuffer provides support for graphics primitives
# http://docs.micropython.org/en/latest/pyboard/library/framebuf.html
class SSD1306(framebuf.FrameBuffer):
def __init__(self, width, height, external_vcc):
 self.width = width
 self.height = height
 self.external_vcc = external_vcc
 self.pages = self.height // 8
 self.buffer = bytearray(self.pages * self.width)
 super().__init__(self.buffer, self.width, self.height, framebuf.MONO_VLSB)
 self.init_display()

def init_display(self):
 for cmd in (
 SET_DISP,# display off
 # address setting
 SET_MEM_ADDR,
 0x00,# horizontal
 # resolution and layout
 SET_DISP_START_LINE,# start at line 0
 SET_SEG_REMAP | 0x01,# column addr 127 mapped to SEG0
 SET_MUX_RATIO,
 self.height - 1,
 SET_COM_OUT_DIR | 0x08,# scan from COM to COM0
 SET_DISP_OFFSET,
 0x00,
 SET_COM_PIN_CFG,
 0x02 if self.width > 2 * self.height else 0x12,
 # timing and driving scheme
 SET_DISP_CLK_DIV,
 0x80,
 SET_PRECHARGE,
 0x22 if self.external_vcc else 0xF1,
 SET_VCOM_DESEL,
 0x30,# 0.83*Vcc
 # display
 SET_CONTRAST,
 0xFF,# maximum
 SET_ENTIRE_ON,# output follows RAM contents
 SET_NORM_INV,# not inverted
 SET_IREF_SELECT,
 0x30,# enable internal IREF during display on
 # charge pump
 SET_CHARGE_PUMP,
 0x10 if self.external_vcc else 0x14,
 SET_DISP | 0x01,# display on
 ):# on
 self.write_cmd(cmd)
 self.fill(0)
 self.show()

def poweroff(self):
 self.write_cmd(SET_DISP)

def poweron(self):
 self.write_cmd(SET_DISP | 0x01)

def contrast(self, contrast):
 self.write_cmd(SET_CONTRAST)
 self.write_cmd(contrast)

def invert(self, invert):
 self.write_cmd(SET_NORM_INV | (invert & 1))

def rotate(self, rotate):
 self.write_cmd(SET_COM_OUT_DIR | ((rotate & 1) << 3))
 self.write_cmd(SET_SEG_REMAP | (rotate & 1))

def show(self):
 x0 = 0
 x1 = self.width - 1
 if self.width != 128:
 # narrow displays use centred columns
 col_offset = (128 - self.width) // 2
 x0 += col_offset
 x1 += col_offset
 self.write_cmd(SET_COL_ADDR)
 self.write_cmd(x0)
 self.write_cmd(x1)
 self.write_cmd(SET_PAGE_ADDR)
 self.write_cmd(0)
 self.write_cmd(self.pages - 1)
 self.write_data(self.buffer)

class SSD1306_I2C(SSD1306):
def __init__(self, width, height, i2c, addr=0x3C, external_vcc=False):
 self.i2c = i2c
 self.addr = addr
 self.temp = bytearray(2)
 self.write_list = # Co=0, D/C#=1
 super().__init__(width, height, external_vcc)

def write_cmd(self, cmd):
 self.temp = 0x80# Co=1, D/C#=0
 self.temp = cmd
 self.i2c.writeto(self.addr, self.temp)

def write_data(self, buf):
 self.write_list = buf
 self.i2c.writevto(self.addr, self.write_list)

class SSD1306_SPI(SSD1306):
def __init__(self, width, height, spi, dc, res, cs, external_vcc=False):
 self.rate = 10 * 1024 * 1024
 dc.init(dc.OUT, value=0)
 res.init(res.OUT, value=0)
 cs.init(cs.OUT, value=1)
 self.spi = spi
 self.dc = dc
 self.res = res
 self.cs = cs
 import time

 self.res(1)
 time.sleep_ms(1)
 self.res(0)
 time.sleep_ms(10)
 self.res(1)
 super().__init__(width, height, external_vcc)

def write_cmd(self, cmd):
 self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)
 self.cs(1)
 self.dc(0)
 self.cs(0)
 self.spi.write(bytearray())
 self.cs(1)

def write_data(self, buf):
 self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)
 self.cs(1)
 self.dc(1)
 self.cs(0)
 self.spi.write(buf)
 self.cs(1)

将ssd1306.py驱动文件通过Thonny上传到Pico的根目录，如下图所示。
https://qn.eetree.cn/FlU3jYwM_lOWbIK-BXTEYRTgDkh4
使用方法：
#导入Pin, SoftSPI, ssd1306

from machine import Pin, SoftSPI
import ssd1306
#实例化spi

spi = SoftSPI(baudrate=500000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(10), mosi=Pin(11),
#定义引脚

miso = Pin(12))
dc = Pin(9)
rst = Pin(8)
cs = Pin(23)
#实例化ssd1306

display = ssd1306.SSD1306_SPI(128, 64, spi, dc, rst, cs)
#清屏

display.fill(0)
#显示VoltageValue

display.text(str(VoltageValue), 50, 30, 1)
display.show()

6 完整代码
from machine import Pin, ADC, SoftSPI
import ssd1306
import time
adc_28 = ADC(28)
spi = SoftSPI(baudrate=500000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(10), mosi=Pin(11), miso=Pin(12))
dc = Pin(9)
rst = Pin(8)
cs = Pin(23)
display = ssd1306.SSD1306_SPI(128, 64, spi, dc, rst, cs)
while True:
Value = adc_28.read_u16()
VoltageValue = (Value - 256)/(65535 - 256)*3.3
print(VoltageValue)
display.fill(0)
display.text(str(VoltageValue), 50, 30, 1)
display.show()
time.sleep(0.5)

7 运行效果

程序运行效果如下图所示：https://qn.eetree.cn/Fhp1b7Fwu_T2QvaAPMfWoQKJCMCn
https://qn.eetree.cn/Fv4NXgEqn9AYqNJNlClVF_ELoEC8程序运行后，PC端显示如下图所示：https://qn.eetree.cn/FjL_XOQIL4CplXEk_8kjznurYdds可以看出，电压随着旋转变阻器的转动而变化，电压在0V到3.3V之间连续变化。

花生编程 发表于 2023-8-23 21:40:57

厉害厉害

花生编程 发表于 2023-8-23 21:42:00

不错不错！！

三春牛-创客 发表于 2023-8-24 14:53:38

厉害厉害

三春牛-创客 发表于 2023-8-24 14:56:58

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