TWEN-ASR ONE 语音识别系列教程（2）— GPIO、ADC、PWM的使用

twjs879

TWEN-ASR ONE 语音识别系列教程（2）— GPIO、ADC、PWM的使用
提示：作者使用 TWEN-ASR ONE V1.0开发板进行开发学习。

文章目录

前言
一、TWEN-ASR ONE GPIO读写操作
1.1 GPIO 使用说明
1.2 GPIO 代码编写
1.3 GPIO 代码分析1.4 GPIO 运行测试
1.5 GPIO 使用小结
二、TWEN-ASR ONE ADC读取操作
2.1 ADC 使用说明
2.2 ADC 代码编写
2.3 ADC 代码分析
2.4 ADC 运行测试
2.5 ADC 使用小结
三、TWEN-ASR ONE PWM使用
3.1 PWM 使用说明
3.2 PWM 代码编写
3.3 PWM 代码分析
3.4 PWM 运行测试
3.5 PWM 使用小结
四、总结
前言

    通过《TWEN-ASR 语音识别系列教程（1）—运行第一个程序》文章，我们学习了如何编写一个TWEN-ASR程序、下载程序、调试程序。从上文可知，TWEN-ASR ONE开发板引脚丰富，引脚主要功能有GPIO、ADC、PWM、 UART、IIC、SPI。本文将介绍TWEN-ASR ONE的GPIO、ADC、PWM使用。 主要内容有：

TWEN-ASR GPIO读写操作；
TWEN-ASR ADC获取当前电压值；
TWEN-ASR 根据ADC的值，使用PWM调节红灯的亮度。
一、TWEN-ASR ONE GPIO读写操作

1.1 GPIO 使用说明

    了解GPIO使用前，先了解TWEN-ASR ONE芯片的一些信息，如下图所示芯片引脚信息图。


图1.1 TWEN-ASR ONE 引脚信息图
    TWEN-ASR GPIO可支持27个GPIO口（IO功能复用）、每个GPIO口可配置中断功能、支持两路带滤波功能外部中断。因为IO功能复用，所以GPIO工作前需要选择引脚功能。当然如果使用默认的话，可以不设置。 例如P0_0引脚功能[1]如下图1.2 引脚功能描述图所示：


图1.2 引脚功能描述图
从上图1.2可以看出，P0_0是芯片的第4引脚，IO口有4mA的驱动能力。默认是输入模式。T+D表示三态下拉。具体的状态定义如下表1.1所示。

表1.1 状态定义表


1.2 GPIO 代码编写

    根据前面的分析，如果我们使用P0_0为GPIO的输入输出引脚，需要设定为第一功能引脚。同时根据使用需求，设置为输入或输出模式。
    （1）P0_0输出模式测试程序。 实现程序主要是通过P0_0输出高低电平，控制灯的亮灭。电路原理图如下：


图1.3 P0_0外接扩展电路图
其中，高电平红灯灭，低电平红灯亮。 这与官方的板载RGB灯恰好相反。具体代码编写如下：

图形代码：


图1.4 P0_0输出模式测试程序图
字符代码：
#include "asr.h"
#include "setup.h"

uint32_t snid;
void ASR_CODE();

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

void setup()
{
  //{speak:小蝶-清新女声,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:欢迎使用智能管家，用智能管家唤醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家唤醒我}
  //{ID:2,keyword:"唤醒词",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令词",ASR:"打开红灯",ASRTO:"好的，马上打开红灯"}
  //{ID:6,keyword:"命令词",ASR:"关闭红灯",ASRTO:"好的，马上关闭红灯"}
  setPinFun(0,FIRST_FUNCTION);
  pinMode(0,output);
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}

（2）P0_0输入模式。 实现程序主要是按键按下，P0_0获取到高电平；按键松开，P0_0获取到低电平。 电路原理图如下：


图1.5 P0_0 按键输入接线图
也许有人会疑问为什么KEY1 1引脚接3.3V。因为P0_0默认T+D（三态下拉），即默认P0_0悬空的情况下，读取到的是低电平。 所以KEY1 1引脚接3.3V，当按键KEY1按下时，P0_0读取到高电平，松开按键KEY1读取到低电平。

图形代码：


图1.6 P0_0输入模式程序图
字符代码：
#include "asr.h"
#include "setup.h"
#include "HardwareSerial.h"

uint32_t snid;
void ASR_CODE();

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

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  //{speak:小蝶-清新女声,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:欢迎使用智能管家，用智能管家唤醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家唤醒我}
  //{ID:2,keyword:"唤醒词",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令词",ASR:"打开红灯",ASRTO:"好的，马上打开红灯"}
  //{ID:6,keyword:"命令词",ASR:"关闭红灯",ASRTO:"好的，马上关闭红灯"}
  setPinFun(0,FIRST_FUNCTION);
  pinMode(0,input);
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}

1.3 GPIO 代码分析

    如果上面的代码含义明白可以跳过【1.3节代码分析】。不太清楚，可以参考下面的代码分析。

    （1）P0_0输出模式测试程序分析。

初始化：
设置引脚功能为第一引脚功能；
设置输出模式。
线程中写操作：
使用写引脚块，可设置为高，低电平。
在线程中，重复执行P0_0高电平，低电平。中间延时一秒钟。关键代码注释如下：



图1.7 P0_0输出模式程序注释图
    （2）P0_0输入模式测试程序分析。

初始化：

设置串口0波特率为9600；
设置引脚功能为第一引脚功能；
设置输入模式。
线程中读操作：

使用读引脚块，读取的内容通过串口打印出来。
在线程中，每秒钟读取P0_0状态，并通过串口打印出来。关键代码注释如下：


图1.8 P0_0输入模式程序注释图
1.4 GPIO 运行测试

    （1）P0_0输出模式程序运行测试。 红灯闪烁，红灯每间隔一秒亮或灭。输出高电平红灯灭，输出高电平红灯亮。


图1.9 P0_0输出高电平红灯灭


图1.10 P0_0输出低电平红灯亮
    （2）P0_0输入模式程序运行测试。 当松开按键读取到低电平，当按键按下时，P0_0读取到高电平。具体测试结果如下图所示。


图1.11 P0_0输入模式松开按键


图1.12 P0_0输入模式按下按键
1.5 GPIO 使用小结

    GPIO的使用，一般需要设置功能引脚，设置输入输出模式，输入模式对应读取引脚状态，输出模式对应输出高或低电平。实际使用设置功能引脚需要查看芯片引脚功能描述。而输入或输出模式则需要根据实际使用情况设置。

二、TWEN-ASR ONE ADC读取操作

2.1 ADC 使用说明

    TWEN-ASR ONE ADC拥有4路12bit SAR ADC输入通道。 ADC IO可与数字GPIO进行功能复用。从图1.1 TWEN-ASR ONE 引脚信息图，可知ADC 引脚分别是AIN0~AIN3,对应是P0_0 ~P0_3。因为IO复用特别需要注意功能引脚设置。而ADC是默认的功能。所以使用ADC无需另外设置功能引脚。

2.2 ADC 代码编写

    实现程序主要是读取AIN0数值，并进行电压换算,最后用串口打印电压值。 关于电压的换算，由于TWEN-ASR是12位的ADC，那么读取的范围0 ~（212 - 1），即0 ~ 4095。0对应电压为0V,4095对应3.3V（参考电压）。读取数值和电压是线性关系，换算公式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是读取的ADC值， U U U是换算出来的电压值。测试ADC将会使用滑动电位器， 测试电路原理如下图2.1所示：


图2.1 ADC测试接线图
其中，P0_0对应AIN0，滑到最左边电压为3.3V，滑到最右边电压为0V。

图形代码：


图2.2 ADC测试程序图
字符代码：
#include "asr.h"
#include "setup.h"
#include "HardwareSerial.h"

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

//{ID:250,keyword:"命令词",ASR:"最大音量",ASRTO:"音量调整到最大"}
//{ID:251,keyword:"命令词",ASR:"中等音量",ASRTO:"音量调整到中等"}
//{ID:252,keyword:"命令词",ASR:"最小音量",ASRTO:"音量调整到最小"}
void app(){
  while (1) {
    Serial.print("U=");
    Serial.print(((adc_read(0) / 4096.0) * 3.3));
    Serial.println("V");
    delay(1000);
  }
vTaskDelete(NULL);
}
/*描述该功能...
*/
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-清新女声,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:欢迎使用智能管家，用智能管家唤醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家唤醒我}
  //{ID:2,keyword:"唤醒词",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令词",ASR:"打开红灯",ASRTO:"好的，马上打开红灯"}
  //{ID:6,keyword:"命令词",ASR:"关闭红灯",ASRTO:"好的，马上关闭红灯"}
  xTaskCreate(app,"app",128,NULL,4,NULL);

}


2.3 ADC 代码分析

    如果上面的代码含义明白可以跳过【2.3 ADC 代码分析】。不太清楚，可以参考下面的代码分析。
    P0_0引脚默认是ADC功能引脚，所以不需要设置功能引脚。 在线程app里面，"读入ADC值AN0"就是读取AIN0的值，并根据公式1进行电压换算。


图2.3 ADC测试程序注释图
2.4 ADC 运行测试

    程序下载完后，打开串口监视器。

图2.4 万用表与串口打印数据比较（1）图
由上图可知，串口打印出U=3.3 V，而实际万用表测出来是3.608V，误差有0.308V左右。因为参考电压选用了3.3V，而实际是3.608V。当我再次测量ASR-ONE 3.3V引脚时，实测电压为3.637V。所以修改程序为：


图2.5 根据实测3.3V引脚电压，修改程序图
调节滑动电位器，到最左端。万用表实测电压为3.640V，串口输出为3.63V或3.64V。可见经过修改参考值后，数据与万用表接近。


图2.6 万用表与串口打印数据比较（2）图
再次调节滑动电位器。万用表实测电压为2.275V,串口输出为2.27、2.28、2.29V。可见数据与万用表接近。误差还是很小的，在接受范围内。


图2.7 万用表与串口打印数据比较（3）图
2.5 ADC 使用小结

     ADC 使用不需要设置功能引脚，因为默认就是ADC功能。ADC 引脚分别是AIN0~AIN3,对应是P0_0 ~P0_3。本文使用P0_0进行测试，可见ADC使用，需要对参考电压的修正，才能准确测量出电压值。当然如果使用稳压管的电压作为参考电压，这样就不用修正。或者ASR-ONE是否有内部的基准电压可用。想要用好ASR-ONE的ADC还需要对芯片更多的了解。

三、TWEN-ASR ONE PWM使用

3.1 PWM 使用说明

   &#8194WM，英文名Pulse Width Modulation，是脉冲宽度调制缩写，它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形（包含形状以及幅值），对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%[2]。


图3.1 PWM占空比示意图
    在天问Block软件中，有两个PWM相关的块。使用PWM只需要进行PWM初始化，设置占空比、初始值、调整占空比。


图3.2 天问Block PWM相关块
3.2 PWM 代码编写

    实现程序主要是读取AIN0数值，根据读到的数值，调节板载RGB灯的绿灯的亮度，值越大亮度越大，反之，亮度越小。 RGB灯的电路原理图如下所示：


图3.3 RGB灯电路原理图
其中，PWM5是控制绿灯。

图形代码：

图3.4 PWM测试程序图
字符代码：
#include "asr.h"
#include "setup.h"

uint32_t snid;
void ASR_CODE();

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

void setup()
{
  //{speak:小蝶-清新女声,vol:10,speed:10}
  //{playid:10001,voice:欢迎使用智能管家，用智能管家唤醒我。}
  //{playid:10002,voice:我退下了，用智能管家唤醒我}
  //{ID:2,keyword:"唤醒词",ASR:"智能管家",ASRTO:"我在"}
  //{ID:4,keyword:"命令词",ASR:"打开红灯",ASRTO:"好的，马上打开红灯"}
  //{ID:6,keyword:"命令词",ASR:"关闭红灯",ASRTO:"好的，马上关闭红灯"}
  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 代码分析

    如果上面的代码含义明白可以跳过【3.3 PWM 代码分析】。不太清楚，可以参考下面的代码分析。
PWM 频率设置为1000，最大占空比为0x1000。这么设置是因为ADC最大值为0xFFF。


图3.5 PWM测试程序注释图
3.4 PWM 运行测试

    调节电位器的大小。AIN0读到值大时，灯会比较亮。如下图所示：


图3.6 ADC数值较大时
    AIN0读到值小时，灯会比较暗。如下图所示：



图3.7 ADC数值较小时
改变PWM占空比，相当于改变PWM5引脚的电压值，从而达到调节亮度的目的。

3.5 PWM 使用小结

    在天问Block软件里面，PWM使用非常便捷，设置频率，设置占空比。PWM块有PWM0~PWM5可以使用。PWM在控制直流电机速度、LED灯亮度等等场合应用比较多，使用ASR-ONE可以快速的实现想要的效果。

四、总结

    本文介绍TWEN-ASR ONE的GPIO、ADC、PWM使用。GPIO使用，设置功能引脚,设置为输入输出模式。ADC使用，需要注意参考电压，12位ADC的数值范围为0~4095。PWM使用，设置频率，占空比。TWEN-ASR-ONE总体来说，不管GPIO、ADC、PWM编程实现非常方便，有很多块可以使用。
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