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[Micropython]基于树莓派Pico的电压表

豆爸 | 初级技匠 | 创造力： | 帖子： | 发消息 | 串个门 | 加好友 | 打招呼
2023-8-23 01:47:05 [显示全部楼层]
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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. 

  3. from micropython import const

  4. import framebuf

  5. 

  6. 

  7. # register definitions

  8. SET_CONTRAST = const(0x81)

  9. SET_ENTIRE_ON = const(0xA4)

  10. SET_NORM_INV = const(0xA6)

  11. SET_DISP = const(0xAE)

  12. SET_MEM_ADDR = const(0x20)

  13. SET_COL_ADDR = const(0x21)

  14. SET_PAGE_ADDR = const(0x22)

  15. SET_DISP_START_LINE = const(0x40)

  16. SET_SEG_REMAP = const(0xA0)

  17. SET_MUX_RATIO = const(0xA8)

  18. SET_IREF_SELECT = const(0xAD)

  19. SET_COM_OUT_DIR = const(0xC0)

  20. SET_DISP_OFFSET = const(0xD3)

  21. SET_COM_PIN_CFG = const(0xDA)

  22. SET_DISP_CLK_DIV = const(0xD5)

  23. SET_PRECHARGE = const(0xD9)

  24. SET_VCOM_DESEL = const(0xDB)

  25. SET_CHARGE_PUMP = const(0x8D)

  26. 

  27. # Subclassing FrameBuffer provides support for graphics primitives

  28. # http://docs.micropython.org/en/latest/pyboard/library/framebuf.html

  29. class SSD1306(framebuf.FrameBuffer):

  30.     def __init__(self, width, height, external_vcc):

  31.         self.width = width

  32.         self.height = height

  33.         self.external_vcc = external_vcc

  34.         self.pages = self.height // 8

  35.         self.buffer = bytearray(self.pages * self.width)

  36.         super().__init__(self.buffer, self.width, self.height, framebuf.MONO_VLSB)

  37.         self.init_display()

  38. 

  39.     def init_display(self):

  40.         for cmd in (

  41.             SET_DISP,  # display off

  42.             # address setting

  43.             SET_MEM_ADDR,

  44.             0x00,  # horizontal

  45.             # resolution and layout

  46.             SET_DISP_START_LINE,  # start at line 0

  47.             SET_SEG_REMAP | 0x01,  # column addr 127 mapped to SEG0

  48.             SET_MUX_RATIO,

  49.             self.height - 1,

  50.             SET_COM_OUT_DIR | 0x08,  # scan from COM[N] to COM0

  51.             SET_DISP_OFFSET,

  52.             0x00,

  53.             SET_COM_PIN_CFG,

  54.             0x02 if self.width > 2 * self.height else 0x12,

  55.             # timing and driving scheme

  56.             SET_DISP_CLK_DIV,

  57.             0x80,

  58.             SET_PRECHARGE,

  59.             0x22 if self.external_vcc else 0xF1,

  60.             SET_VCOM_DESEL,

  61.             0x30,  # 0.83*Vcc

  62.             # display

  63.             SET_CONTRAST,

  64.             0xFF,  # maximum

  65.             SET_ENTIRE_ON,  # output follows RAM contents

  66.             SET_NORM_INV,  # not inverted

  67.             SET_IREF_SELECT,

  68.             0x30,  # enable internal IREF during display on

  69.             # charge pump

  70.             SET_CHARGE_PUMP,

  71.             0x10 if self.external_vcc else 0x14,

  72.             SET_DISP | 0x01,  # display on

  73.         ):  # on

  74.             self.write_cmd(cmd)

  75.         self.fill(0)

  76.         self.show()

  77. 

  78.     def poweroff(self):

  79.         self.write_cmd(SET_DISP)

  80. 

  81.     def poweron(self):

  82.         self.write_cmd(SET_DISP | 0x01)

  83. 

  84.     def contrast(self, contrast):

  85.         self.write_cmd(SET_CONTRAST)

  86.         self.write_cmd(contrast)

  87. 

  88.     def invert(self, invert):

  89.         self.write_cmd(SET_NORM_INV | (invert & 1))

  90. 

  91.     def rotate(self, rotate):

  92.         self.write_cmd(SET_COM_OUT_DIR | ((rotate & 1) << 3))

  93.         self.write_cmd(SET_SEG_REMAP | (rotate & 1))

  94. 

  95.     def show(self):

  96.         x0 = 0

  97.         x1 = self.width - 1

  98.         if self.width != 128:

  99.             # narrow displays use centred columns

  100.             col_offset = (128 - self.width) // 2

  101.             x0 += col_offset

  102.             x1 += col_offset

  103.         self.write_cmd(SET_COL_ADDR)

  104.         self.write_cmd(x0)

  105.         self.write_cmd(x1)

  106.         self.write_cmd(SET_PAGE_ADDR)

  107.         self.write_cmd(0)

  108.         self.write_cmd(self.pages - 1)

  109.         self.write_data(self.buffer)

  110. 

  111. 

  112. class SSD1306_I2C(SSD1306):

  113.     def __init__(self, width, height, i2c, addr=0x3C, external_vcc=False):

  114.         self.i2c = i2c

  115.         self.addr = addr

  116.         self.temp = bytearray(2)

  117.         self.write_list = [b"\x40", None]  # Co=0, D/C#=1

  118.         super().__init__(width, height, external_vcc)

  119. 

  120.     def write_cmd(self, cmd):

  121.         self.temp[0] = 0x80  # Co=1, D/C#=0

  122.         self.temp[1] = cmd

  123.         self.i2c.writeto(self.addr, self.temp)

  124. 

  125.     def write_data(self, buf):

  126.         self.write_list[1] = buf

  127.         self.i2c.writevto(self.addr, self.write_list)

  128. 

  129. 

  130. class SSD1306_SPI(SSD1306):

  131.     def __init__(self, width, height, spi, dc, res, cs, external_vcc=False):

  132.         self.rate = 10 * 1024 * 1024

  133.         dc.init(dc.OUT, value=0)

  134.         res.init(res.OUT, value=0)

  135.         cs.init(cs.OUT, value=1)

  136.         self.spi = spi

  137.         self.dc = dc

  138.         self.res = res

  139.         self.cs = cs

  140.         import time

  141. 

  142.         self.res(1)

  143.         time.sleep_ms(1)

  144.         self.res(0)

  145.         time.sleep_ms(10)

  146.         self.res(1)

  147.         super().__init__(width, height, external_vcc)

  148. 

  149.     def write_cmd(self, cmd):

  150.         self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)

  151.         self.cs(1)

  152.         self.dc(0)

  153.         self.cs(0)

  154.         self.spi.write(bytearray([cmd]))

  155.         self.cs(1)

  156. 

  157.     def write_data(self, buf):

  158.         self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)

  159.         self.cs(1)

  160.         self.dc(1)

  161.         self.cs(0)

  162.         self.spi.write(buf)

  163.         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. 

  3. from machine import Pin, SoftSPI

  4. import ssd1306

  5. #实例化spi

  6. 

  7. spi = SoftSPI(baudrate=500000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(10), mosi=Pin(11),

  8. #定义引脚

  9. 

  10. miso = Pin(12))

  11. dc = Pin(9)   

  12. rst = Pin(8)  

  13. cs = Pin(23)  

  14. #实例化ssd1306

  15. 

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

  17. #清屏

  18. 

  19. display.fill(0)

  20. #显示VoltageValue

  21. 

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

  23. 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。
Pico, 树莓派, micropython

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精彩评论(4)

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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