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[Micropython] 基于树莓派Pico的电压表

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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 Pico

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

  • 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

(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。



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

  1. <div align="left">adc_28 <font color="rgb(154, 110, 58)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">=</font></font> ADC<font color="rgb(153, 153, 153)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">(</font></font><font color="rgb(153, 0, 85)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">28</font></font><font color="rgb(153, 153, 153)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">)                                  </font></font><font color="rgb(112, 128, 144)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">#</font></font><font color="rgb(112, 128, 144)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">初始化</font></font></div><div align="left"><font color="rgb(112, 128, 144)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">ADC</font></font>Value <font color="rgb(154, 110, 58)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">=</font></font> adc_28<font color="rgb(153, 153, 153)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">.</font></font>read_u16<font color="rgb(153, 153, 153)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">(</font></font><font color="rgb(153, 153, 153)"><font face="PingFangSC-Regular, " "="">)             </font></font><span style="color: rgb(112, 128, 144);">#读取ADC的值,返回16位数</span></div>
复制代码


2、读取并打印旋转电位器数值

  1. from machine import Pin, ADC
  2. import time
  3. adc_28 = ADC(28)
  4. while True:
  5.     Value = adc_28.read_u16()
  6.     print(Value)
  7.     time.sleep(0.1)
复制代码


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。

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。

  1. # MicroPython SSD1306 OLED driver, I2C and SPI interfaces
  2. from micropython import const
  3. import framebuf
  4. # register definitions
  5. SET_CONTRAST = const(0x81)
  6. SET_ENTIRE_ON = const(0xA4)
  7. SET_NORM_INV = const(0xA6)
  8. SET_DISP = const(0xAE)
  9. SET_MEM_ADDR = const(0x20)
  10. SET_COL_ADDR = const(0x21)
  11. SET_PAGE_ADDR = const(0x22)
  12. SET_DISP_START_LINE = const(0x40)
  13. SET_SEG_REMAP = const(0xA0)
  14. SET_MUX_RATIO = const(0xA8)
  15. SET_IREF_SELECT = const(0xAD)
  16. SET_COM_OUT_DIR = const(0xC0)
  17. SET_DISP_OFFSET = const(0xD3)
  18. SET_COM_PIN_CFG = const(0xDA)
  19. SET_DISP_CLK_DIV = const(0xD5)
  20. SET_PRECHARGE = const(0xD9)
  21. SET_VCOM_DESEL = const(0xDB)
  22. SET_CHARGE_PUMP = const(0x8D)
  23. # Subclassing FrameBuffer provides support for graphics primitives
  24. # http://docs.micropython.org/en/latest/pyboard/library/framebuf.html
  25. class SSD1306(framebuf.FrameBuffer):
  26.     def __init__(self, width, height, external_vcc):
  27.         self.width = width
  28.         self.height = height
  29.         self.external_vcc = external_vcc
  30.         self.pages = self.height // 8
  31.         self.buffer = bytearray(self.pages * self.width)
  32.         super().__init__(self.buffer, self.width, self.height, framebuf.MONO_VLSB)
  33.         self.init_display()
  34.     def init_display(self):
  35.         for cmd in (
  36.             SET_DISP,  # display off
  37.             # address setting
  38.             SET_MEM_ADDR,
  39.             0x00,  # horizontal
  40.             # resolution and layout
  41.             SET_DISP_START_LINE,  # start at line 0
  42.             SET_SEG_REMAP | 0x01,  # column addr 127 mapped to SEG0
  43.             SET_MUX_RATIO,
  44.             self.height - 1,
  45.             SET_COM_OUT_DIR | 0x08,  # scan from COM[N] to COM0
  46.             SET_DISP_OFFSET,
  47.             0x00,
  48.             SET_COM_PIN_CFG,
  49.             0x02 if self.width > 2 * self.height else 0x12,
  50.             # timing and driving scheme
  51.             SET_DISP_CLK_DIV,
  52.             0x80,
  53.             SET_PRECHARGE,
  54.             0x22 if self.external_vcc else 0xF1,
  55.             SET_VCOM_DESEL,
  56.             0x30,  # 0.83*Vcc
  57.             # display
  58.             SET_CONTRAST,
  59.             0xFF,  # maximum
  60.             SET_ENTIRE_ON,  # output follows RAM contents
  61.             SET_NORM_INV,  # not inverted
  62.             SET_IREF_SELECT,
  63.             0x30,  # enable internal IREF during display on
  64.             # charge pump
  65.             SET_CHARGE_PUMP,
  66.             0x10 if self.external_vcc else 0x14,
  67.             SET_DISP | 0x01,  # display on
  68.         ):  # on
  69.             self.write_cmd(cmd)
  70.         self.fill(0)
  71.         self.show()
  72.     def poweroff(self):
  73.         self.write_cmd(SET_DISP)
  74.     def poweron(self):
  75.         self.write_cmd(SET_DISP | 0x01)
  76.     def contrast(self, contrast):
  77.         self.write_cmd(SET_CONTRAST)
  78.         self.write_cmd(contrast)
  79.     def invert(self, invert):
  80.         self.write_cmd(SET_NORM_INV | (invert & 1))
  81.     def rotate(self, rotate):
  82.         self.write_cmd(SET_COM_OUT_DIR | ((rotate & 1) << 3))
  83.         self.write_cmd(SET_SEG_REMAP | (rotate & 1))
  84.     def show(self):
  85.         x0 = 0
  86.         x1 = self.width - 1
  87.         if self.width != 128:
  88.             # narrow displays use centred columns
  89.             col_offset = (128 - self.width) // 2
  90.             x0 += col_offset
  91.             x1 += col_offset
  92.         self.write_cmd(SET_COL_ADDR)
  93.         self.write_cmd(x0)
  94.         self.write_cmd(x1)
  95.         self.write_cmd(SET_PAGE_ADDR)
  96.         self.write_cmd(0)
  97.         self.write_cmd(self.pages - 1)
  98.         self.write_data(self.buffer)
  99. class SSD1306_I2C(SSD1306):
  100.     def __init__(self, width, height, i2c, addr=0x3C, external_vcc=False):
  101.         self.i2c = i2c
  102.         self.addr = addr
  103.         self.temp = bytearray(2)
  104.         self.write_list = [b"\x40", None]  # Co=0, D/C#=1
  105.         super().__init__(width, height, external_vcc)
  106.     def write_cmd(self, cmd):
  107.         self.temp[0] = 0x80  # Co=1, D/C#=0
  108.         self.temp[1] = cmd
  109.         self.i2c.writeto(self.addr, self.temp)
  110.     def write_data(self, buf):
  111.         self.write_list[1] = buf
  112.         self.i2c.writevto(self.addr, self.write_list)
  113. class SSD1306_SPI(SSD1306):
  114.     def __init__(self, width, height, spi, dc, res, cs, external_vcc=False):
  115.         self.rate = 10 * 1024 * 1024
  116.         dc.init(dc.OUT, value=0)
  117.         res.init(res.OUT, value=0)
  118.         cs.init(cs.OUT, value=1)
  119.         self.spi = spi
  120.         self.dc = dc
  121.         self.res = res
  122.         self.cs = cs
  123.         import time
  124.         self.res(1)
  125.         time.sleep_ms(1)
  126.         self.res(0)
  127.         time.sleep_ms(10)
  128.         self.res(1)
  129.         super().__init__(width, height, external_vcc)
  130.     def write_cmd(self, cmd):
  131.         self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)
  132.         self.cs(1)
  133.         self.dc(0)
  134.         self.cs(0)
  135.         self.spi.write(bytearray([cmd]))
  136.         self.cs(1)
  137.     def write_data(self, buf):
  138.         self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)
  139.         self.cs(1)
  140.         self.dc(1)
  141.         self.cs(0)
  142.         self.spi.write(buf)
  143.         self.cs(1)
复制代码



将ssd1306.py驱动文件通过Thonny上传到Pico的根目录,如下图所示。


使用方法:

  1. #导入Pin, SoftSPI, ssd1306
  2. from machine import Pin, SoftSPI
  3. import ssd1306
  4. #实例化spi
  5. spi = SoftSPI(baudrate=500000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(10), mosi=Pin(11),
  6. #定义引脚
  7. miso = Pin(12))
  8. dc = Pin(9)   
  9. rst = Pin(8)  
  10. cs = Pin(23)  
  11. #实例化ssd1306
  12. display = ssd1306.SSD1306_SPI(128, 64, spi, dc, rst, cs)
  13. #清屏
  14. display.fill(0)
  15. #显示VoltageValue
  16. display.text(str(VoltageValue), 50, 30, 1)
  17. display.show()
复制代码


6 完整代码

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


7 运行效果


程序运行效果如下图所示:

程序运行后,PC端显示如下图所示:
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  中级技匠

发表于 2023-8-23 21:40:57

厉害厉害
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花生编程  中级技匠

发表于 2023-8-23 21:42:00

不错不错!!
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三春牛-创客  初级技神

发表于 2023-8-24 14:53:38

厉害厉害
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三春牛-创客  初级技神

发表于 2023-8-24 14:56:58

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