【Follow me第二季第2期】智能家居之智能书房 - 基础任务

鲜de芒果

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1. 任务要求

驱动12x8点阵LED；用DAC生成正弦波；用OPAMP放大DAC信号；用ADC采集并且打印数据到串口等其他接口可上传到上位机显示曲线

 

2. 硬件准备

Arduino R4 WIFI板子上自带一个内置的放大器，可以将 A1 引脚作为正向输入、A2 引脚作为反向输入、A3 引脚作为输出。电压放大器，顾名思义是放大电压的。一个简单的 2 倍放大器可以使用两个 10k 电阻来构建，计算公式如上图所示。在反向输入 和 GND 之间连接一个电阻。然后使用第二个电阻连接输出和 反向输入 在一起。电路图如下所示。在 正向输入 的任何信号现在将以输出引脚的两倍幅度出现。注意，输入信号 和Arduino板应该共享同一个 GND。这里我将 A0 引脚作为 DAC 输出连接到 A1 引脚，作为放大器的正向输入。

 

3. 代码实现

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/**
 * FollowMe 2-2 任务2：
 * 1. 驱动12x8点阵LED；
 * 2. 用DAC生成正弦波；
 * 3. 用OPAMP放大DAC信号；
 * 4. 用ADC采集并且打印数据到串口等其他接口可上传到上位机显示曲线
 */
#include "Arduino_LED_Matrix.h"
#include "analogWave.h"
#include "OPAMP.h"

// LED矩阵
ArduinoLEDMatrix matrix;
// 使用DAC（A0）引脚模拟波形
analogWave wave(DAC);
uint32_t tick = 0;
bool isWink = false;
int freq = 10;  // 正弦波频率

void setup() {
  // 初始化串口
  Serial.begin(115200);
  // LED矩阵初始化
  matrix.begin();
  delay(1000);
  // 初始化ADC
  // 根据指定正弦波频率产生正弦波
  wave.sine(freq);
  // 限制 DAC 正弦波幅值，避免经过放大后超出ADC的随范围而导致器件损坏
  wave.amplitude(0.2f); 
  // 开启放大器
  OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED);
}

// LED 矩阵帧映射
uint8_t frame[8][12] = {
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
};

// 绘制微笑表情 左眼
void leftEye(){
  frame[1][3] = 1;
  frame[1][4] = 1;
  frame[2][3] = 1;
  frame[2][4] = 1;
}

// 绘制微笑表情 右眼
void rightEye(){
  frame[1][8] = 1;
  frame[1][9] = 1;
  frame[2][8] = 1;
  frame[2][9] = 1;
}

// 绘制微笑表情 嘴吧
void mouth(){
  frame[5][3] = 1;
  frame[5][9] = 1;
  frame[6][3] = 1;
  frame[6][4] = 1;
  frame[6][5] = 1;
  frame[6][6] = 1;
  frame[6][7] = 1;
  frame[6][8] = 1;
  frame[6][9] = 1;
}

// 绘制微笑表情 眨右眼
void wink(){
  frame[1][3] = 0;
  frame[1][4] = 0;
  frame[2][3] = 1;
  frame[2][4] = 1;
}

// 绘制微笑表情 眨双眼
void winkAll(){
  frame[1][3] = 0;
  frame[1][4] = 0;
  frame[1][8] = 0;
  frame[1][9] = 0;
}

void loop(){
  if(0 == (tick % 1000)) {
    if(isWink) {
      // wink();
      winkAll(); // 眨双眼
      // 使用LED矩阵渲染 眨双眼微笑表情
      matrix.renderBitmap(frame, 8, 12);
      isWink = false;
    } else {
      // 生成微笑表情
      leftEye(); 
      rightEye();
      mouth();
      // 使用LED矩阵渲染 微笑表情
      matrix.renderBitmap(frame, 8, 12);
      isWink = true;
    }
  }
  Serial.println(analogRead(A4));
  delay(1); // 延时1毫秒
  tick ++;
}

 

4. 效果展示

下图为使用面包板搭建的 2 倍放大电路，从左侧的示波器可看出 蓝色曲线 为 DAC 输出信号，幅值上限大概 1V 左右，黄色曲线为放大 2 倍后的信号，可以看到频率是一样的，幅值为 DAC 输出信号的 2 倍。

下图为使用 ADC 采样的 DAC 输出信号放大后的结果，使用串口发送数据到电脑端的上位机 Vofa+ 绘制的图形。可以看到最大值为 413
, ADC 使用 10bit 精度进行采样，得出放大后的信号最大约为：2V