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標題: TWEN-ASR ONE 語音識別系列教程（2）— GPIO、ADC、PWM的使用 [打印本頁]

作者: twjs 時間: 2021-6-18 19:24
標題: TWEN-ASR ONE 語音識別系列教程（2）— GPIO、ADC、PWM的使用
TWEN-ASR ONE 語音識別系列教程（2）— GPIO、ADC、PWM的使用
提示：作者使用 TWEN-ASR ONE V1.0開發板進行開發學習。

文章目錄

前言
一、TWEN-ASR ONE GPIO讀寫操作
1.1 GPIO 使用說明
1.2 GPIO 代碼編寫
1.3 GPIO 代碼分析1.4 GPIO 運行測試
1.5 GPIO 使用小結
二、TWEN-ASR ONE ADC讀取操作
2.1 ADC 使用說明
2.2 ADC 代碼編寫
2.3 ADC 代碼分析
2.4 ADC 運行測試
2.5 ADC 使用小結
三、TWEN-ASR ONE PWM使用
3.1 PWM 使用說明
3.2 PWM 代碼編寫
3.3 PWM 代碼分析
3.4 PWM 運行測試
3.5 PWM 使用小結
四、總結
前言

通過《TWEN-ASR 語音識別系列教程（1）—運行第一個程序》文章，我們學習了如何編寫一個TWEN-ASR程序、下載程序、調試程序。從上文可知，TWEN-ASR ONE開發板引腳豐富，引腳主要功能有GPIO、ADC、PWM、 UART、IIC、SPI。本文將介紹TWEN-ASR ONE的GPIO、ADC、PWM使用。主要內容有：

TWEN-ASR GPIO讀寫操作；
TWEN-ASR ADC獲取當前電壓值；
TWEN-ASR 根據ADC的值，使用PWM調節紅燈的亮度。
一、TWEN-ASR ONE GPIO讀寫操作

1.1 GPIO 使用說明

了解GPIO使用前，先了解TWEN-ASR ONE芯片的一些信息，如下圖所示芯片引腳信息圖。

圖1.1 TWEN-ASR ONE 引腳信息圖
TWEN-ASR GPIO可支持27個GPIO口（IO功能復用）、每個GPIO口可配置中斷功能、支持兩路帶濾波功能外部中斷。因為IO功能復用，所以GPIO工作前需要選擇引腳功能。當然如果使用默認的話，可以不設置。例如P0_0引腳功能[1]如下圖1.2 引腳功能描述圖所示：

圖1.2 引腳功能描述圖
從上圖1.2可以看出，P0_0是芯片的第4引腳，IO口有4mA的驅動能力。默認是輸入模式。T+D表示三態下拉。具體的狀態定義如下表1.1所示。

表1.1 狀態定義表

1.2 GPIO 代碼編寫

根據前面的分析，如果我們使用P0_0為GPIO的輸入輸出引腳，需要設定為第一功能引腳。同時根據使用需求，設置為輸入或輸出模式。
（1）P0_0輸出模式測試程序。實現程序主要是通過P0_0輸出高低電平，控制燈的亮滅。電路原理圖如下：

圖1.3 P0_0外接擴展電路圖
其中，高電平紅燈滅，低電平紅燈亮。這與官方的板載RGB燈恰好相反。具體代碼編寫如下：

圖形代碼：

圖1.4 P0_0輸出模式測試程序圖
字符代碼：
#include "asr.h"
#include "setup.h"

uint32_t snid;
void ASR_CODE();

//{ID:250,keyword:"命令詞",ASR:"最大音量",ASRTO:"音量調整到最大"}
//{ID:251,keyword:"命令詞",ASR:"中等音量",ASRTO:"音量調整到中等"}
//{ID:252,keyword:"命令詞",ASR:"最小音量",ASRTO:"音量調整到最小"}
void app(){
  while (1) {
digitalWrite(0,1);
delay(1000);
digitalWrite(0,0);
delay(1000);
  }
vTaskDelete(NULL);
}
/*描述該功能...
*/
void ASR_CODE(){
  if((snid) == 4){
digitalWrite(13,1);
  }
  if((snid) == 6){
digitalWrite(13,0);
  }
}

void setup()
{
  //{speak:小蝶-清新女聲,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:歡迎使用智能管家，用智能管家喚醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家喚醒我}
  //{ID:2,keyword:"喚醒詞",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令詞",ASR:"打開紅燈",ASRTO:"好的，馬上打開紅燈"}
  //{ID:6,keyword:"命令詞",ASR:"關閉紅燈",ASRTO:"好的，馬上關閉紅燈"}
  setPinFun(0,FIRST_FUNCTION);
  pinMode(0,output);
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}

（2）P0_0輸入模式。實現程序主要是按鍵按下，P0_0獲取到高電平；按鍵松開，P0_0獲取到低電平。電路原理圖如下：

圖1.5 P0_0 按鍵輸入接線圖
也許有人會疑問為什么KEY1 1引腳接3.3V。因為P0_0默認T+D（三態下拉），即默認P0_0懸空的情況下，讀取到的是低電平。所以KEY1 1引腳接3.3V，當按鍵KEY1按下時，P0_0讀取到高電平，松開按鍵KEY1讀取到低電平。

圖形代碼：

圖1.6 P0_0輸入模式程序圖
字符代碼：
#include "asr.h"
#include "setup.h"
#include "HardwareSerial.h"

uint32_t snid;
void ASR_CODE();

//{ID:250,keyword:"命令詞",ASR:"最大音量",ASRTO:"音量調整到最大"}
//{ID:251,keyword:"命令詞",ASR:"中等音量",ASRTO:"音量調整到中等"}
//{ID:252,keyword:"命令詞",ASR:"最小音量",ASRTO:"音量調整到最小"}
void app(){
  while (1) {
Serial.println((digitalRead(0)));
delay(1000);
  }
vTaskDelete(NULL);
}
/*描述該功能...
*/
void ASR_CODE(){
  if((snid) == 4){
digitalWrite(13,1);
  }
  if((snid) == 6){
digitalWrite(13,0);
  }
}

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  //{speak:小蝶-清新女聲,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:歡迎使用智能管家，用智能管家喚醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家喚醒我}
  //{ID:2,keyword:"喚醒詞",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令詞",ASR:"打開紅燈",ASRTO:"好的，馬上打開紅燈"}
  //{ID:6,keyword:"命令詞",ASR:"關閉紅燈",ASRTO:"好的，馬上關閉紅燈"}
  setPinFun(0,FIRST_FUNCTION);
  pinMode(0,input);
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}

1.3 GPIO 代碼分析

如果上面的代碼含義明白可以跳過【1.3節代碼分析】。不太清楚，可以參考下面的代碼分析。

（1）P0_0輸出模式測試程序分析。

初始化：
設置引腳功能為第一引腳功能；
設置輸出模式。
線程中寫操作：
使用寫引腳塊，可設置為高，低電平。
在線程中，重復執行P0_0高電平，低電平。中間延時一秒鐘。關鍵代碼注釋如下：

圖1.7 P0_0輸出模式程序注釋圖
（2）P0_0輸入模式測試程序分析。

初始化：

設置串口0波特率為9600；
設置引腳功能為第一引腳功能；
設置輸入模式。
線程中讀操作：

使用讀引腳塊，讀取的內容通過串口打印出來。
在線程中，每秒鐘讀取P0_0狀態，并通過串口打印出來。關鍵代碼注釋如下：

圖1.8 P0_0輸入模式程序注釋圖
1.4 GPIO 運行測試

（1）P0_0輸出模式程序運行測試。紅燈閃爍，紅燈每間隔一秒亮或滅。輸出高電平紅燈滅，輸出高電平紅燈亮。

圖1.9 P0_0輸出高電平紅燈滅

圖1.10 P0_0輸出低電平紅燈亮
（2）P0_0輸入模式程序運行測試。當松開按鍵讀取到低電平，當按鍵按下時，P0_0讀取到高電平。具體測試結果如下圖所示。

圖1.11 P0_0輸入模式松開按鍵

圖1.12 P0_0輸入模式按下按鍵
1.5 GPIO 使用小結

GPIO的使用，一般需要設置功能引腳，設置輸入輸出模式，輸入模式對應讀取引腳狀態，輸出模式對應輸出高或低電平。實際使用設置功能引腳需要查看芯片引腳功能描述。而輸入或輸出模式則需要根據實際使用情況設置。

二、TWEN-ASR ONE ADC讀取操作

2.1 ADC 使用說明

TWEN-ASR ONE ADC擁有4路12bit SAR ADC輸入通道。 ADC IO可與數字GPIO進行功能復用。從圖1.1 TWEN-ASR ONE 引腳信息圖，可知ADC 引腳分別是AIN0~AIN3,對應是P0_0 ~P0_3。因為IO復用特別需要注意功能引腳設置。而ADC是默認的功能。所以使用ADC無需另外設置功能引腳。

2.2 ADC 代碼編寫

實現程序主要是讀取AIN0數值，并進行電壓換算,最后用串口打印電壓值。關于電壓的換算，由于TWEN-ASR是12位的ADC，那么讀取的范圍0 ~（212 - 1），即0 ~ 4095。0對應電壓為0V,4095對應3.3V（參考電壓）。讀取數值和電壓是線性關系，換算公式1如下：

U = V a l 4095 ∗ 3.3 v U=\frac{Val}{4095}*3.3v
U=
4095
Val

∗3.3v

--- 公式1

其中， V a l Val Val是讀取的ADC值， U U U是換算出來的電壓值。測試ADC將會使用滑動電位器，測試電路原理如下圖2.1所示：

圖2.1 ADC測試接線圖
其中，P0_0對應AIN0，滑到最左邊電壓為3.3V，滑到最右邊電壓為0V。

圖形代碼：

圖2.2 ADC測試程序圖
字符代碼：
#include "asr.h"
#include "setup.h"
#include "HardwareSerial.h"

uint32_t snid;
float res = 0;
void ASR_CODE();

//{ID:250,keyword:"命令詞",ASR:"最大音量",ASRTO:"音量調整到最大"}
//{ID:251,keyword:"命令詞",ASR:"中等音量",ASRTO:"音量調整到中等"}
//{ID:252,keyword:"命令詞",ASR:"最小音量",ASRTO:"音量調整到最小"}
void app(){
  while (1) {
Serial.print("U=");
Serial.print(((adc_read(0) / 4096.0) * 3.3));
Serial.println("V");
delay(1000);
  }
vTaskDelete(NULL);
}
/*描述該功能...
*/
void ASR_CODE(){
  switch (snid) {
case 4:
digitalWrite(13,1);
break;
case 6:
digitalWrite(13,0);
break;
  }
}

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  //{speak:小蝶-清新女聲,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:歡迎使用智能管家，用智能管家喚醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家喚醒我}
  //{ID:2,keyword:"喚醒詞",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令詞",ASR:"打開紅燈",ASRTO:"好的，馬上打開紅燈"}
  //{ID:6,keyword:"命令詞",ASR:"關閉紅燈",ASRTO:"好的，馬上關閉紅燈"}
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}

2.3 ADC 代碼分析

如果上面的代碼含義明白可以跳過【2.3 ADC 代碼分析】。不太清楚，可以參考下面的代碼分析。
P0_0引腳默認是ADC功能引腳，所以不需要設置功能引腳。在線程app里面，"讀入ADC值AN0"就是讀取AIN0的值，并根據公式1進行電壓換算。

圖2.3 ADC測試程序注釋圖
2.4 ADC 運行測試

程序下載完后，打開串口監視器。

圖2.4 萬用表與串口打印數據比較（1）圖
由上圖可知，串口打印出U=3.3 V，而實際萬用表測出來是3.608V，誤差有0.308V左右。因為參考電壓選用了3.3V，而實際是3.608V。當我再次測量ASR-ONE 3.3V引腳時，實測電壓為3.637V。所以修改程序為：

圖2.5 根據實測3.3V引腳電壓，修改程序圖
調節滑動電位器，到最左端。萬用表實測電壓為3.640V，串口輸出為3.63V或3.64V。可見經過修改參考值后，數據與萬用表接近。

圖2.6 萬用表與串口打印數據比較（2）圖
再次調節滑動電位器。萬用表實測電壓為2.275V,串口輸出為2.27、2.28、2.29V。可見數據與萬用表接近。誤差還是很小的，在接受范圍內。

圖2.7 萬用表與串口打印數據比較（3）圖
2.5 ADC 使用小結

ADC 使用不需要設置功能引腳，因為默認就是ADC功能。ADC 引腳分別是AIN0~AIN3,對應是P0_0 ~P0_3。本文使用P0_0進行測試，可見ADC使用，需要對參考電壓的修正，才能準確測量出電壓值。當然如果使用穩壓管的電壓作為參考電壓，這樣就不用修正。或者ASR-ONE是否有內部的基準電壓可用。想要用好ASR-ONE的ADC還需要對芯片更多的了解。

三、TWEN-ASR ONE PWM使用

3.1 PWM 使用說明

PWM，英文名Pulse Width Modulation，是脈沖寬度調制縮寫，它是通過對一系列脈沖的寬度進行調制，等效出所需要的波形（包含形狀以及幅值），對模擬信號電平進行數字編碼，也就是說通過調節占空比的變化來調節信號、能量等的變化，占空比就是指在一個周期內，信號處于高電平的時間占據整個信號周期的百分比，例如方波的占空比就是50%[2]。

圖3.1 PWM占空比示意圖
在天問Block軟件中，有兩個PWM相關的塊。使用PWM只需要進行PWM初始化，設置占空比、初始值、調整占空比。

圖3.2 天問Block PWM相關塊
3.2 PWM 代碼編寫

實現程序主要是讀取AIN0數值，根據讀到的數值，調節板載RGB燈的綠燈的亮度，值越大亮度越大，反之，亮度越小。 RGB燈的電路原理圖如下所示：

圖3.3 RGB燈電路原理圖
其中，PWM5是控制綠燈。

圖形代碼：

圖3.4 PWM測試程序圖
字符代碼：
#include "asr.h"
#include "setup.h"

uint32_t snid;
void ASR_CODE();

//{ID:250,keyword:"命令詞",ASR:"最大音量",ASRTO:"音量調整到最大"}
//{ID:251,keyword:"命令詞",ASR:"中等音量",ASRTO:"音量調整到中等"}
//{ID:252,keyword:"命令詞",ASR:"最小音量",ASRTO:"音量調整到最小"}
void app(){
  while (1) {
pwm_set_duty(PWM5,adc_read(0),0x1000);
delay(50);
  }
vTaskDelete(NULL);
}
/*描述該功能...
*/
void ASR_CODE(){
  if((snid) == 4){
digitalWrite(13,1);
  }
  if((snid) == 6){
digitalWrite(13,0);
  }
}

void setup()
{
  //{speak:小蝶-清新女聲,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:歡迎使用智能管家，用智能管家喚醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家喚醒我}
  //{ID:2,keyword:"喚醒詞",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令詞",ASR:"打開紅燈",ASRTO:"好的，馬上打開紅燈"}
  //{ID:6,keyword:"命令詞",ASR:"關閉紅燈",ASRTO:"好的，馬上關閉紅燈"}
  setPinFun(14,SECOND_FUNCTION);
  PWM_enble(PWM5,1000,0x1000,0x000);
  pwm_set_duty(PWM5,adc_read(0),0x1000);
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}

3.3 PWM 代碼分析

如果上面的代碼含義明白可以跳過【3.3 PWM 代碼分析】。不太清楚，可以參考下面的代碼分析。
PWM 頻率設置為1000，最大占空比為0x1000。這么設置是因為ADC最大值為0xFFF。

圖3.5 PWM測試程序注釋圖
3.4 PWM 運行測試

調節電位器的大小。AIN0讀到值大時，燈會比較亮。如下圖所示：

圖3.6 ADC數值較大時
AIN0讀到值小時，燈會比較暗。如下圖所示：

圖3.7 ADC數值較小時
改變PWM占空比，相當于改變PWM5引腳的電壓值，從而達到調節亮度的目的。

3.5 PWM 使用小結

在天問Block軟件里面，PWM使用非常便捷，設置頻率，設置占空比。PWM塊有PWM0~PWM5可以使用。PWM在控制直流電機速度、LED燈亮度等等場合應用比較多，使用ASR-ONE可以快速的實現想要的效果。

四、總結

本文介紹TWEN-ASR ONE的GPIO、ADC、PWM使用。GPIO使用，設置功能引腳,設置為輸入輸出模式。ADC使用，需要注意參考電壓，12位ADC的數值范圍為0~4095。PWM使用，設置頻率，占空比。TWEN-ASR-ONE總體來說，不管GPIO、ADC、PWM編程實現非常方便，有很多塊可以使用。
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