TWEN-ASR ONE 语音识别系列教程--- GPIOADCPWM的使用

Posted 2022-11-16 初五霸

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。

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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

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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。

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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

缩写	含义
I	输入
O	输出
IO	双向
P	电源或地
T+D	三态下拉
T+U	三态上拉
OUT	上电默认为输出模式
IN	上电默认为输入模式

    功能选择。可以不看手册，直接在图形IO的名称上，就可以看出。P0_0-3，默认功能就是模拟功能。例如P0_5引脚。在图形块中可以看出：第一功能空，第二功能是GPIO，第三功能UART1_TX;图形块已经设置好。 输入模式对应读取引脚，输出模式对应写引脚。

图1.3 P0_5设置引脚块

如果你想查看关于引脚功能描述更多内容，请参考文章【1】。下载地址：天问ASR-ONE芯片手册。
    GPIO 有输入、输出、中断模式。 其中中断模式可以设置为高电平、低电平、上升沿、下降沿、双边沿触发。如下图所示：

图1.4 中断相关程序块

一般引脚触发中断后，在程序块里面读取引脚是否有中断，有中断的话，执行中断代码。中断代码里面用清除中断引脚标志位。

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，设置为输入模式、输出、中断触发。
    （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1.5 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1.6 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1.7 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1.8 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);

    （3）P0_0中断模式。 中断属于输入，实现程序主要是P0_0中断相应会进行计数，并且用串口打印输出。 电路原理图如图1.7 P0_0 按键输入接线图所示。

图1.9 中断测试程序

#include "asr.h"
#include "setup.h"
#include "HardwareSerial.h"

uint32_t snid;
uint8_t Counter = 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 GPIO0_irq()
  if(gpio_get_irq_status(0))
    Clear_GPIO_irq(0);
    Counter = Counter + 1;
    Serial.println(Counter);
  


/*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"
  pinMode(0,input);
  setPinFun(0,FIRST_FUNCTION);
  pinMode(0,input);
  Set_GPIO_irq(0,up_edges_trigger,GPIO0_irq);

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1.10 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1.11 P0_0输入模式程序注释图

    （3）P0_0中断测试程序分析。 P0_0上升沿触发中断，进入中断服务程序块后，首先会判断是否有中断，如有中断清空中断，执行中断服务程序。在中断里Counter会增加1，最后串口打印Counter的值。

图1.12 中断测试程序注释

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1.13 P0_0输出高电平红灯灭

图1.14 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1.15 P0_0输入模式松开按键

图1.16 P0_0输入模式按下按键

    （3）P0_0中断程序运行测试。 当松开按键按下时，P0_0会变化成高电平，即上升沿，会触发中断服务程序。由于按键被按下后，会有抖动。即按键按下后，可能会多次触发中断。如下测试，我是按了6次按键。中断执行了19次。

图1.17 按6次按键，中断触发次数结果

再按两次按键，结果如下所示：

图1.18 再按2次，中断触发次数结果

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。GPIO可设置为中断，中断触发中断服务程序块执行。

---

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：

$$U=\frac{Val}{4095}\ast 3.3v$$

--- 公式1

其中， $Val$是读取的ADC值，$U$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。

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三、TWEN-ASR ONE PWM使用

3.1 PWM 使用说明

    PWM，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
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