【Follow me第二季第4期】Arduino Nano RP2040 Connect 任务总贴

meiyao · 发表于2024-12-20 22:27

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本帖最后由 meiyao 于 2025-1-13 09:34 编辑

1、视频：

nauo rp2040_哔哩哔哩_bilibili

2、全部物料清单：

开发板：ARDUINO NANO RP2040 CONNECT

扩展板：FollowMe2024S2P4

OLED：GROVE OLED YELLOW&BLUE DISPLAY

3、软件流程设计思路

必做任务一：搭建环境并开启第一步Blink三色LED / 串口打印Hello DigiKey & EEWorld！；

Arduino Nano RP2040 Connect的必做任务一“搭建环境并开启第一步Blink三色LED/串口打印Hello DigiKey & EEWorld！”涉及多个步骤，以下是对该任务的详细解答：

1、搭建开发环境下载并安装Arduino IDE：

确保使用的是Arduino IDE的最新版本，以便获得最新的功能和支持。

官方连接：

https://www.arduino.cc/en/software

安装RP2040支持包：打开Arduino IDE，进入“工具”>“板子”>“开发板管理器”。

在开发板管理器中，搜索并安装“Arduino Mbed OS RP2040”或“Arduino Nano RP2040 Connect”的支持包。

连接开发板：使用USB连接线（A口to Micro）将Arduino Nano RP2040 Connect开发板连接到电脑。

在Arduino IDE中，通过“工具”>“端口”选择正确的端口。

2、Blink三色LED 了解RGB LED控制：

Arduino Nano RP2040 Connect开发板上的RGB LED是通过Wi-Fi模块Nina W102控制的，在编程时需要包含WiFiNINA库才能使用RGB LED。

编写代码：在Arduino IDE中编写代码，以控制RGB LED的闪烁。

代码如下：

digitalWrite(led1, LOW);
digitalWrite(led2, HIGH);
delay(100); // 减少延迟时间以加快闪烁速度
digitalWrite(led2, LOW);
digitalWrite(led3, HIGH);
delay(100); // 同样减少延迟时间
digitalWrite(led3, LOW);
digitalWrite(led1, HIGH);
delay(100); // 再次减少延迟时间

// 输出消息到串口，但保持延迟时间不变，以便有足够时间查看消息
Serial.println("{ Hello DigiKey & EEWorld！}");
delay(1000); // 保持1秒的延迟，以便观察消息或LED闪烁的结束
  // 慢闪10次
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    digitalWrite(led1, LOW);
    digitalWrite(led2, HIGH);
    delay(200); // 慢闪延迟200毫秒
    digitalWrite(led2, LOW);
    digitalWrite(led3, HIGH);
    delay(200);
    digitalWrite(led3, LOW);
    digitalWrite(led1, HIGH);
    delay(200);
  }
  
  // 快闪10次
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    digitalWrite(led1, LOW);
    digitalWrite(led2, HIGH);
    delay(50); // 快闪延迟50毫秒
    digitalWrite(led2, LOW);
    digitalWrite(led3, HIGH);
    delay(50);
    digitalWrite(led3, LOW);
    digitalWrite(led1, HIGH);
    delay(50);
  }
  Serial.println("Arduino® Nano RP2040 Connect");

3、串口打印Hello DigiKey & EEWorld！代码：

在上面的代码中添加串口打印语句。

修改后的代码如下：

  //设置串口打印后续Print
  Serial.begin(9600);


Serial.println("{ Hello DigiKey & EEWorld！}");

Serial.println("Arduino® Nano RP2040 Connect");

4、实际输出结果

15371f8679a704b0cfe8df08c64d8af4

必做任务二：学习IMU基础知识，调试IMU传感器，通过串口打印六轴原始数据；

Arduino Nano RP2040 Connect 惯性测量单元基础知识，调试IMU传感器，并通过串口打印六轴原始数据。

1、IMU基础知识 IMU（Inertial Measurement Unit）是一个由不同传感器组成的部件，用于记录特定力、角速度、方向等数据。

在Arduino Nano RP2040 Connect上，通常集成了LSM6DSOX这款6轴IMU传感器，它包含以下两个主要部分：

三轴加速度计：用于测量加速力，这种力可以是静态的（持续的重力作用力），也可以是动态的（如感知运动或振动）。

陀螺仪是通过测量科氏力来检测角速度的，科氏力在大学物理中提到过.

三轴陀螺仪：用于测量和保持物体的方向和角速度。陀螺仪比加速度计更先进，因为它可以测量物体的倾斜和横向方向，而加速度计只能测量其线性运动。

对姿态的描述，最直观的便是欧拉角了。实际上一个动图便能十分直观的理解.

2、调试IMU传感器安装所需库：

打开Arduino IDE。进入“工具”>“库管理器”。搜索并安装“Arduino_LSM6DSOX”库。

连接开发板：使用USB连接线将Arduino Nano RP2040 Connect开发板连接到电脑。

在Arduino IDE中，通过“工具”>“端口”选择正确的端口。

编写代码：下面是一个简单的示例代码，演示如何读取加速度和陀螺仪数据，并通过串口打印输出：

根据上图可以看到，我通过摆动板了，就可以读到IMU传感器的数据并通过串口打印出来。

3.代码：

    // 打印加速度计X轴的数据
Serial.print("accelerated speed_X = "); // 在串行监视器上打印文本标签
Serial.print(acc_x); // 打印变量acc_x的值，它应该包含加速度计X轴的数据
Serial.print('\t'); // 打印一个制表符，用于在输出中创建水平间隔

// 打印加速度计Y轴的数据
Serial.print("accelerated speed_Y = "); // 在串行监视器上打印文本标签
Serial.print(acc_y); // 打印变量acc_y的值，它应该包含加速度计Y轴的数据
Serial.print('\t'); // 打印一个制表符

// 打印加速度计Z轴的数据
Serial.print("accelerated speed_Z = "); // 在串行监视器上打印文本标签
Serial.print(acc_z); // 打印变量acc_z的值，它应该包含加速度计Z轴的数据
Serial.print('\n'); // 打印一个换行符，以开始新的一行输出

// 打印陀螺仪X轴的数据
Serial.print("Gyro_X = "); // 在串行监视器上打印文本标签
Serial.print(gyro_x); // 打印变量gyro_x的值，它应该包含陀螺仪X轴的数据
Serial.print('\t'); // 打印一个制表符

// 打印陀螺仪Y轴的数据
Serial.print("Gyro_Y = "); // 在串行监视器上打印文本标签
Serial.print(gyro_y); // 打印变量gyro_y的值，它应该包含陀螺仪Y轴的数据
Serial.print('\t'); // 打印一个制表符

// 打印陀螺仪Z轴的数据
Serial.print("Gyro_Z = "); // 在串行监视器上打印文本标签
Serial.print(gyro_z); // 打印变量gyro_z的值，它应该包含陀螺仪Z轴的数据
Serial.print('\n'); // 打印一个换行符，以结束当前行的输出并开始新的一行

必做任务三：学习PDM麦克风技术知识，调试PDM麦克风，通过串口打印收音数据和音频波形。

1、PDM麦克风技术知识 PDM麦克风简介：

PDM麦克风是一种基于脉冲密度调制技术的麦克风，它输出的是数字信号，适合直接处理数字音频。

Arduino Nano RP2040 Connect板载了MP34DT06JTR这款PDM麦克风，它是一款超紧凑、低功耗、全向、数字MEMS麦克风。

PDM工作原理： PDM是一种调制形式，用于表示数字域中的模拟信号。它是1位数字采样的高频数据流，其中脉冲的相对密度对应于模拟信号的幅度。大量的“1”对应于高（正）幅度值，而大量的“0”对应于低（负）幅度值，交替的“1”和“0”对应于幅度值0。

PDM麦克风的应用： PDM麦克风适用于语音识别、音频采集等场景，因为它能够直接输出数字信号，方便后续的数字音频处理。

PDM调制器（在PDM麦克风内）或噪声整形器（在PCM到PCM转换器内）有能力产生在通带内有着非常低噪声的1比特信号。

给定一个正弦波输入信号时，PDM调制器输出的时域和频域的视图。时域输出在两个电平之间以高速率切换。频域内，在xx轴上通带从00扩展到0.5fs0.5fs。在此之上是由过采样创建的频谱空间。在通带之上很容易见到猛烈的噪声上升。同样可见的是一个很小数量的三次谐波失真（峰值接近0.06fs0.06fs）。

MIC标准原理图：

TDM系统框图：

2、调试PDM麦克风环境准备：

如果需要在MicroPython环境中使用PDM麦克风，需要下载并安装专门的驱动PinkInk/mp34dt06-a-micropython-driver。

代码编写与上传：在Arduino IDE中编写代码，以初始化PDM麦克风并通过串口打印收音数据。

输出结果：

点我弄出声响时，出现不一样的声音波形，会特别的高，从下图波形就可以看到。

通过串口打印音频波形使用串口绘图器， Arduino IDE提供了串口绘图器（Serial Plotter）工具，可以用于观察音频数据的波形变化。在上传了上述代码后，打开串口监视器旁边的串口绘图器。调整绘图器的设置，以便能够清晰地看到音频波形的变化。

数据可视化：在串口绘图器中，可以观察到PDM麦克风收音的音频波形。通过大声说话或发出其他声音，可以看到波形随之变化。

3、代码：

  delay(10);
  digitalWrite(led1, LOW);
digitalWrite(led2, HIGH);
delay(100); // 减少延迟时间以加快闪烁速度
digitalWrite(led2, LOW);
digitalWrite(led3, HIGH);
delay(100); // 同样减少延迟时间
digitalWrite(led3, LOW);
digitalWrite(led1, HIGH);
delay(100); // 再次减少延迟时间

// 输出消息到串口，但保持延迟时间不变，以便有足够时间查看消息
Serial.println("{ Hello DigiKey & EEWorld！}");
delay(1000); // 保持1秒的延迟，以便观察消息或LED闪烁的结束
  // 慢闪10次
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    digitalWrite(led1, LOW);
    digitalWrite(led2, HIGH);
    delay(200); // 慢闪延迟200毫秒
    digitalWrite(led2, LOW);
    digitalWrite(led3, HIGH);
    delay(200);
    digitalWrite(led3, LOW);
    digitalWrite(led1, HIGH);
    delay(200);
  }
  
  // 快闪10次
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    digitalWrite(led1, LOW);
    digitalWrite(led2, HIGH);
    delay(50); // 快闪延迟50毫秒
    digitalWrite(led2, LOW);
    digitalWrite(led3, HIGH);
    delay(50);
    digitalWrite(led3, LOW);
    digitalWrite(led1, HIGH);
    delay(50);
  }
  Serial.println("Arduino® Nano RP2040 Connect");
}


void onPDMdata() {
  // 获取PDM缓存可读字节数
  int bytesAvailable = PDM.available();
  // 将缓存读取到Buff中
  PDM.read(sampleBuffer, bytesAvailable);
  // 16-bit, 2 bytes per sample
  samplesRead = bytesAvailable / 2;
}

选做任务一（非必做）：通过RGB LED不同颜色、亮度显示PDM麦克风收到的声音大小；

实现步骤

初始化PDM麦克风：在setup()函数中，初始化PDM麦克风，并设置回调函数以处理接收到的音频数据。

  Serial.begin(115200);  // 初始化串口通信
  while (!Serial);  
  // 设置LED 引脚输出
  pinMode(LEDR, OUTPUT);  
  pinMode(LEDG, OUTPUT);  
  pinMode(LEDB, OUTPUT);  
  // 配置数据回调函数
  PDM.onReceive(onPDMdata);
  if (!PDM.begin(channels, frequency)) {
    Serial.println("Failed to start PDM!");
    while (1);  // 启动失败
  }

读取音频数据：在回调函数中，读取PDM麦克风接收到的音频数据，并存储在缓冲区中。

  if (samplesRead) {
    float rms = getRMSAmplitude(sampleBuffer, samplesRead);
    controlLEDs(rms);
    
    // 打印RMS值到串口（减缓打印速度）
    Serial.println(rms);
    delay(100); // 添加延时，单位为毫秒（这里设置为100ms）
    
    // 重置已读取的样本数量
    samplesRead = 0;

计算声音大小：使用一种算法（如峰值振幅法、RMS振幅法等）来计算音频数据的振幅或声音大小。

映射到RGB LED：将计算出的声音大小映射到RGB LED的颜色和亮度上。例如，可以设定低音量时红色LED亮起，中低音量时绿色LED亮起，中高音量时蓝色LED亮起，高音量时RGB全亮。

更新RGB LED：根据映射结果，更新RGB LED的颜色和亮度。

代码示例演示了如何通过RGB LED显示PDM麦克风收到的声音大小：

  if (rms < 500) {
    digitalWrite(LEDR, HIGH);
    digitalWrite(LEDG, LOW);
    digitalWrite(LEDB, LOW);
  } 
  // 500<rms<1500绿色LED亮起
  else if (rms < 1500) {
    digitalWrite(LEDR, LOW);
    digitalWrite(LEDG, HIGH);
    digitalWrite(LEDB, LOW);
  }
  // 1500<rms<3000蓝色LED亮起
  else if (rms < 3000) {
    digitalWrite(LEDR, LOW);
    digitalWrite(LEDG, LOW);
    digitalWrite(LEDB, HIGH);
  } 
  // rms>3000LED全亮
  else {
    digitalWrite(LEDR, HIGH);
    digitalWrite(LEDG, HIGH);
    digitalWrite(LEDB, HIGH);
  }

在串口绘图器中，可以观察到PDM麦克风收音的音频波形。通过大声说话或发出其他声音，可以看到波形随之变化。

串口输出值。

下面的图是我正常居住环境声音。

输出结果：

79d956517b94cd23c854881e4365ac42

Arduino Nano RP2040 Connect OLED

硬件连接：

Arduino Nano RP2040 Connect开发板、OLED显示器需支持I2CI通信协议相连接线。

连接步骤：将OLED显示器的VCC和GND分别连接到Arduino Nano RP2040 Connect的3.3V和GND引脚。根据OLED显示器的通信协议（I2C），将相应的数据线SDA、SCL对于I2C连接到Arduino Nano RP2040 Connect的对应引脚上。可以添加适当的电阻来限流，以保护OLED显示器和Arduino Nano RP2040 Connect的引脚。

软件设置：安装库文件：在Arduino IDE中，需要安装支持OLED显示器的库文件，如Adafruit_GFX和Adafruit_SSD1306（针对常见的SSD1306驱动的OLED显示器）。

编写代码：使用Arduino IDE编写代码，初始化OLED显示器，并显示所需的内容。

代码示例如下（以I2C通信协议为例）：

oid testdrawline() {
  int16_t i;

  display.clearDisplay(); // Clear display buffer

  for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
    display.drawLine(0, 0, i, display.height()-1, SSD1306_WHITE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn line
    delay(1);
  }
  for(i=0; i<display.height(); i+=4) {
    display.drawLine(0, 0, display.width()-1, i, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  delay(250);

  display.clearDisplay();

  for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
    display.drawLine(0, display.height()-1, i, 0, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  for(i=display.height()-1; i>=0; i-=4) {
    display.drawLine(0, display.height()-1, display.width()-1, i, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  delay(250);

  display.clearDisplay();

  for(i=display.width()-1; i>=0; i-=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, display.height()-1, i, 0, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  for(i=display.height()-1; i>=0; i-=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, display.height()-1, 0, i, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  delay(250);

  display.clearDisplay();

  for(i=0; i<display.height(); i+=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, 0, 0, i, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, 0, i, display.height()-1, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000); // Pause for 2 seconds
}

void testdrawrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2; i+=2) {
    display.drawRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i, SSD1306_WHITE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfillrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2; i+=3) {
    // The INVERSE color is used so rectangles alternate white/black
    display.fillRect(i, i, display.width()-i*2, display.height()-i*2, SSD1306_INVERSE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawcircle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<max(display.width(),display.height())/2; i+=2) {
    display.drawCircle(display.width()/2, display.height()/2, i, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfillcircle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=max(display.width(),display.height())/2; i>0; i-=3) {
    // The INVERSE color is used so circles alternate white/black
    display.fillCircle(display.width() / 2, display.height() / 2, i, SSD1306_INVERSE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn circle
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawroundrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2-2; i+=2) {
    display.drawRoundRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i,
      display.height()/4, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfillroundrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2-2; i+=2) {
    // The INVERSE color is used so round-rects alternate white/black
    display.fillRoundRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i,
      display.height()/4, SSD1306_INVERSE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawtriangle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<max(display.width(),display.height())/2; i+=5) {
    display.drawTriangle(
      display.width()/2  , display.height()/2-i,
      display.width()/2-i, display.height()/2+i,
      display.width()/2+i, display.height()/2+i, SSD1306_WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfilltriangle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=max(display.width(),display.height())/2; i>0; i-=5) {
    // The INVERSE color is used so triangles alternate white/black
    display.fillTriangle(
      display.width()/2  , display.height()/2-i,
      display.width()/2-i, display.height()/2+i,
      display.width()/2+i, display.height()/2+i, SSD1306_INVERSE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawchar(void) {
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(1);      // Normal 1:1 pixel scale
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text
  display.setCursor(0, 0);     // Start at top-left corner
  display.cp437(true);         // Use full 256 char 'Code Page 437' font

  // Not all the characters will fit on the display. This is normal.
  // Library will draw what it can and the rest will be clipped.
  for(int16_t i=0; i<256; i++) {
    if(i == '\n') display.write(' ');
    else          display.write(i);
  }

  display.display();
  delay(2000);
}

void testdrawstyles(void) {
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(1);             // Normal 1:1 pixel scale
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);        // Draw white text
  display.setCursor(0,0);             // Start at top-left corner
  display.println(F("Hello, world!"));

  display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE); // Draw 'inverse' text
  display.println(3.141592);

  display.setTextSize(2);             // Draw 2X-scale text
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.print(F("0x")); display.println(0xDEADBEEF, HEX);

  display.display();
  delay(2000);
}

void testscrolltext(void) {
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(2); // Draw 2X-scale text
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(10, 0);
  display.println(F("scroll"));
  display.display();      // Show initial text
  delay(100);

  // Scroll in various directions, pausing in-between:
  display.startscrollright(0x00, 0x0F);
  delay(2000);
  display.stopscroll();
  delay(1000);
  display.startscrollleft(0x00, 0x0F);
  delay(2000);
  display.stopscroll();
  delay(1000);
  display.startscrolldiagright(0x00, 0x07);
  delay(2000);
  display.startscrolldiagleft(0x00, 0x07);
  delay(2000);
  display.stopscroll();
  delay(1000);
}

void testdrawbitmap(void) {
  display.clearDisplay();

  display.drawBitmap(
    (display.width()  - LOGO_WIDTH ) / 2,
    (display.height() - LOGO_HEIGHT) / 2,
    logo_bmp, LOGO_WIDTH, LOGO_HEIGHT, 1);
  display.display();
  delay(1000);
}

#define XPOS   0 // Indexes into the 'icons' array in function below
#define YPOS   1
#define DELTAY 2

void testanimate(const uint8_t *bitmap, uint8_t w, uint8_t h) {
  int8_t f, icons[NUMFLAKES][3];

  // Initialize 'snowflake' positions
  for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
    icons[f][XPOS]   = random(1 - LOGO_WIDTH, display.width());
    icons[f][YPOS]   = -LOGO_HEIGHT;
    icons[f][DELTAY] = random(1, 6);
    Serial.print(F("x: "));
    Serial.print(icons[f][XPOS], DEC);
    Serial.print(F(" y: "));
    Serial.print(icons[f][YPOS], DEC);
    Serial.print(F(" dy: "));
    Serial.println(icons[f][DELTAY], DEC);
  }

  for(;;) { // Loop forever...
    display.clearDisplay(); // Clear the display buffer

    // Draw each snowflake:
    for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
      display.drawBitmap(icons[f][XPOS], icons[f][YPOS], bitmap, w, h, SSD1306_WHITE);
    }

    display.display(); // Show the display buffer on the screen
    delay(200);        // Pause for 1/10 second

    // Then update coordinates of each flake...
    for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
      icons[f][YPOS] += icons[f][DELTAY];
      // If snowflake is off the bottom of the screen...
      if (icons[f][YPOS] >= display.height()) {
        // Reinitialize to a random position, just off the top
        icons[f][XPOS]   = random(1 - LOGO_WIDTH, display.width());
        icons[f][YPOS]   = -LOGO_HEIGHT;
        icons[f][DELTAY] = random(1, 6);
      }
    }
  }
}

驱动OLED效果：

b7255c5e4beefc1a1e7b8acb58080d60

心得体会：

在完成这些任务的过程中，我深刻体会到了理论与实践的紧密结合。从最初的搭建环境到成功点亮Blink三色LED，再到串口打印出“Hello DigiKey & EEWorld！”，每一步都让我感受到了技术实现的成就感，但是第一步都是坎坷，也是提升。

学习IMU传感器和PDM麦克风技术时，我不仅掌握了基础知识，还通过调试和串口打印数据，加深了对这些技术的理解，因为之前从来没有做过这方面的，选做任务的挑战也让我受益匪浅，整个过程充满了探索和挑战，但正是这些经历，让我对嵌入式系统和物联网技术有了更深入的认识和体会。

RP2040.zip (4.41 KB, 下载次数: 3)

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