ورکشاپ آموزشی - آیسی مدار
رفتن به محتوا

دستگاه تست سرعت عمل با رزبری‌پای پیکو

ابزار و گجت
۰ نظر
۱۸ نفر
کد ۳۰۵۴

سنجش سرعت عمل همیشه یکی از چالش‌های جذاب بین گیمرها و علاقه‌مندان به تکنولوژی بوده. وقتی یک اتفاق غیرمنتظره می‌افته، اینکه چقدر سریع می‌تونی واکنش نشون بدی، خیلی هیجان‌انگیزه. حالا فکر کن بتونی دستگاهی بسازی که این زمان رو با دقت میلی‌ثانیه برات اندازه بگیره و بهت بگه دقیقا چقدر سریع هستی!

تو این آموزش از آیسی‌مدار، می‌خوایم با استفاده از یک برد رزبری‌پای پیکو (Raspberry Pi Pico) و چند تا قطعه ساده، یک دستگاه تستر سرعت عمل (Reaction Time Tester) بسازیم. این پروژه هم برای یادگیری پایه‌ای برنامه‌نویسی میکروکنترلرها عالیه و هم می‌تونه یک گجت سرگرم‌کننده برای رقابت با دوستات باشه.

طرز کار این دستگاه خیلی ساده‌ست؛ روی نمایشگر یک پیام نشون داده میشه و به محض تغییر پیام، تو باید در سریع‌ترین زمان ممکن دکمه رو فشار بدی. سیستم زمان واکنش تو رو محاسبه می‌کنه و روی صفحه نشون میده. پس اگه آماده‌ای که سرعت عملت رو به چالش بکشی، قطعات رو آماده کن تا بریم سراغ ساختش.

قطعات موردنیاز

  • برد رزبری‌پای پیکو (Raspberry Pi Pico)
  • نمایشگر LCD کاراکتری 16x2 (ماژول I2C)
  • پوش‌باتن (دکمه فشاری)
  • تعدادی سیم جامپر
  • کامپیوتر برای برنامه‌نویسی
  • نرم‌افزار Thonny IDE
مرحله ۱

نقشه اتصالات و سیم‌کشی پروژه

برای شروع کار، اول باید نگاهی به نقشه سیم‌کشی بندازیم. تو این تصویر تمام پین‌های مورد نیاز روی برد رزبری‌پای پیکو مشخص شده تا راحت‌تر بتونی قطعات رو به هم وصل کنی. پیشنهاد می‌کنم موقع مونتاژ، این تصویر رو جلوت باز بذاری تا مسیر اتصال سیم‌ها رو به درستی دنبال کنی.

مرحله ۲

اتصال نمایشگر LCD به رزبری‌پای پیکو

حالا نوبت اتصال نمایشگره. ما اینجا از یک LCD با رابط I2C استفاده می‌کنیم که فقط 4 تا پین داره و کارمون رو خیلی راحت می‌کنه. طبق نقشه، پین GND نمایشگر رو به یکی از پین‌های زمین (Ground) در قسمت بالای سمت راست برد پیکو وصل کن (مثلا پین سوم از بالا). پین VCC باید به پین VBUS (بالا سمت راست) متصل بشه تا برقش تامین بشه.

مرحله ۳

اضافه کردن دکمه فشاری (پوش‌باتن)

بعد از راه‌اندازی نمایشگر، باید دکمه‌ای که قراره باهاش سرعت عملمون رو ثبت کنیم به مدار اضافه کنیم. پوش‌باتن رو روی برد بورد قرار بده. یکی از پایه‌های دکمه رو با یه سیم جامپر به پین 3V3 (پین پنجم از بالا سمت راست) وصل کن.

پایه مورب و روبه‌رویی همون پین دکمه رو هم به پین GP14 (دومین پین از پایین سمت چپ) متصل کن. موقع چیدن قطعات روی برد بورد، سعی کن دکمه رو جایی بذاری که فضای کافی برای فشار دادنش داشته باشی و سیم‌ها مزاحم دستت نشن.

مرحله ۴

کدهای راه‌اندازی نمایشگر

حالا وقت کدنویسیه. توی Thonny از منوی File گزینه New File رو بزن و این قطعه کد اول رو با نام lcd_api.py ذخیره کن. این فایل همون بخش اول کتابخانه‌ست که نمایشگر LCD رو راه می‌ندازه.

JavaScript
import time
class LcdApi:
# Implements the API for talking with HD44780 compatible character LCDs.
# This class only knows what commands to send to the LCD, and not how to get
# them to the LCD.
#
# It is expected that a derived class will implement the hal_xxx functions.
#
# The following constant names were lifted from the avrlib lcd.h header file,
# with bit numbers changed to bit masks.
# HD44780 LCD controller command set
LCD_CLR = 0x01 # DB0: clear display
LCD_HOME = 0x02 # DB1: return to home position
LCD_ENTRY_MODE = 0x04 # DB2: set entry mode
LCD_ENTRY_INC = 0x02 # DB1: increment
LCD_ENTRY_SHIFT = 0x01 # DB0: shift
LCD_ON_CTRL = 0x08 # DB3: turn lcd/cursor on
LCD_ON_DISPLAY = 0x04 # DB2: turn display on
LCD_ON_CURSOR = 0x02 # DB1: turn cursor on
LCD_ON_BLINK = 0x01 # DB0: blinking cursor
LCD_MOVE = 0x10 # DB4: move cursor/display
LCD_MOVE_DISP = 0x08 # DB3: move display (0-> move cursor)
LCD_MOVE_RIGHT = 0x04 # DB2: move right (0-> left)
LCD_FUNCTION = 0x20 # DB5: function set
LCD_FUNCTION_8BIT = 0x10 # DB4: set 8BIT mode (0->4BIT mode)
LCD_FUNCTION_2LINES = 0x08 # DB3: two lines (0->one line)
LCD_FUNCTION_10DOTS = 0x04 # DB2: 5x10 font (0->5x7 font)
LCD_FUNCTION_RESET = 0x30 # See "Initializing by Instruction" section
LCD_CGRAM = 0x40 # DB6: set CG RAM address
LCD_DDRAM = 0x80 # DB7: set DD RAM address
LCD_RS_CMD = 0
LCD_RS_DATA = 1
LCD_RW_WRITE = 0
LCD_RW_READ = 1
def __init__(self, num_lines, num_columns):
self.num_lines = num_lines
if self.num_lines > 4:
self.num_lines = 4
self.num_columns = num_columns
if self.num_columns > 40:
self.num_columns = 40
self.cursor_x = 0
self.cursor_y = 0
self.implied_newline = False
self.backlight = True
self.display_off()
self.backlight_on()
self.clear()
self.hal_write_command(self.LCD_ENTRY_MODE | self.LCD_ENTRY_INC)
self.hide_cursor()
self.display_on()
def clear(self):
# Clears the LCD display and moves the cursor to the top left corner
self.hal_write_command(self.LCD_CLR)
self.hal_write_command(self.LCD_HOME)
self.cursor_x = 0
self.cursor_y = 0
def show_cursor(self):
# Causes the cursor to be made visible
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY |
self.LCD_ON_CURSOR)
def hide_cursor(self):
# Causes the cursor to be hidden
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY)
def blink_cursor_on(self):
# Turns on the cursor, and makes it blink
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY |
self.LCD_ON_CURSOR | self.LCD_ON_BLINK)
def blink_cursor_off(self):
# Turns on the cursor, and makes it no blink (i.e. be solid)
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY |
self.LCD_ON_CURSOR)
def display_on(self):
# Turns on (i.e. unblanks) the LCD
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY)
def display_off(self):
# Turns off (i.e. blanks) the LCD
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL)
def backlight_on(self):
# Turns the backlight on.
# This isn't really an LCD command, but some modules have backlight
# controls, so this allows the hal to pass through the command.
self.backlight = True
self.hal_backlight_on()
def backlight_off(self):
# Turns the backlight off.
# This isn't really an LCD command, but some modules have backlight
# controls, so this allows the hal to pass through the command.
self.backlight = False
self.hal_backlight_off()
def move_to(self, cursor_x, cursor_y):
# Moves the cursor position to the indicated position. The cursor
# position is zero based (i.e. cursor_x == 0 indicates first column).
self.cursor_x = cursor_x
self.cursor_y = cursor_y
addr = cursor_x & 0x3f
if cursor_y & 1:
addr += 0x40 # Lines 1 & 3 add 0x40
if cursor_y & 2: # Lines 2 & 3 add number of columns
addr += self.num_columns
self.hal_write_command(self.LCD_DDRAM | addr)
def putchar(self, char):
# Writes the indicated character to the LCD at the current cursor
# position, and advances the cursor by one position.
if char == '\n':
if self.implied_newline:
# self.implied_newline means we advanced due to a wraparound,
# so if we get a newline right after that we ignore it.
pass
else:
self.cursor_x = self.num_columns
else:
self.hal_write_data(ord(char))
self.cursor_x += 1
if self.cursor_x >= self.num_columns:
self.cursor_x = 0
self.cursor_y += 1
self.implied_newline = (char != '\n')
if self.cursor_y >= self.num_lines:
self.cursor_y = 0
self.move_to(self.cursor_x, self.cursor_y)
def putstr(self, string):
# Write the indicated string to the LCD at the current cursor
# position and advances the cursor position appropriately.
for char in string:
self.putchar(char)
def custom_char(self, location, charmap):
# Write a character to one of the 8 CGRAM locations, available
# as chr(0) through chr(7).
location &= 0x7
self.hal_write_command(self.LCD_CGRAM | (location << 3))
self.hal_sleep_us(40)
for i in range(8):
self.hal_write_data(charmap[i])
self.hal_sleep_us(40)
self.move_to(self.cursor_x, self.cursor_y)
def hal_backlight_on(self):
# Allows the hal layer to turn the backlight on.
# If desired, a derived HAL class will implement this function.
pass
def hal_backlight_off(self):
# Allows the hal layer to turn the backlight off.
# If desired, a derived HAL class will implement this function.
pass
def hal_write_command(self, cmd):
# Write a command to the LCD.
# It is expected that a derived HAL class will implement this function.
raise NotImplementedError
def hal_write_data(self, data):
# Write data to the LCD.
# It is expected that a derived HAL class will implement this function.
raise NotImplementedError
def hal_sleep_us(self, usecs):
# Sleep for some time (given in microseconds)
time.sleep_us(usecs)

قطعه دوم کد رو هم توی یک فایل جدید در Thonny با نام pico_i2c_lcd.py ذخیره کن. این فایل تکمیل‌کننده‌ست و بقیه کارهای راه‌اندازی نمایشگر رو انجام می‌ده.

JavaScript
import time
class LcdApi:
# Implements the API for talking with HD44780 compatible character LCDs.
# This class only knows what commands to send to the LCD, and not how to get
# them to the LCD.
#
# It is expected that a derived class will implement the hal_xxx functions.
#
# The following constant names were lifted from the avrlib lcd.h header file,
# with bit numbers changed to bit masks.
# HD44780 LCD controller command set
LCD_CLR = 0x01 # DB0: clear display
LCD_HOME = 0x02 # DB1: return to home position
LCD_ENTRY_MODE = 0x04 # DB2: set entry mode
LCD_ENTRY_INC = 0x02 # DB1: increment
LCD_ENTRY_SHIFT = 0x01 # DB0: shift
LCD_ON_CTRL = 0x08 # DB3: turn lcd/cursor on
LCD_ON_DISPLAY = 0x04 # DB2: turn display on
LCD_ON_CURSOR = 0x02 # DB1: turn cursor on
LCD_ON_BLINK = 0x01 # DB0: blinking cursor
LCD_MOVE = 0x10 # DB4: move cursor/display
LCD_MOVE_DISP = 0x08 # DB3: move display (0-> move cursor)
LCD_MOVE_RIGHT = 0x04 # DB2: move right (0-> left)
LCD_FUNCTION = 0x20 # DB5: function set
LCD_FUNCTION_8BIT = 0x10 # DB4: set 8BIT mode (0->4BIT mode)
LCD_FUNCTION_2LINES = 0x08 # DB3: two lines (0->one line)
LCD_FUNCTION_10DOTS = 0x04 # DB2: 5x10 font (0->5x7 font)
LCD_FUNCTION_RESET = 0x30 # See "Initializing by Instruction" section
LCD_CGRAM = 0x40 # DB6: set CG RAM address
LCD_DDRAM = 0x80 # DB7: set DD RAM address
LCD_RS_CMD = 0
LCD_RS_DATA = 1
LCD_RW_WRITE = 0
LCD_RW_READ = 1
def __init__(self, num_lines, num_columns):
self.num_lines = num_lines
if self.num_lines > 4:
self.num_lines = 4
self.num_columns = num_columns
if self.num_columns > 40:
self.num_columns = 40
self.cursor_x = 0
self.cursor_y = 0
self.implied_newline = False
self.backlight = True
self.display_off()
self.backlight_on()
self.clear()
self.hal_write_command(self.LCD_ENTRY_MODE | self.LCD_ENTRY_INC)
self.hide_cursor()
self.display_on()
def clear(self):
# Clears the LCD display and moves the cursor to the top left corner
self.hal_write_command(self.LCD_CLR)
self.hal_write_command(self.LCD_HOME)
self.cursor_x = 0
self.cursor_y = 0
def show_cursor(self):
# Causes the cursor to be made visible
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY |
self.LCD_ON_CURSOR)
def hide_cursor(self):
# Causes the cursor to be hidden
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY)
def blink_cursor_on(self):
# Turns on the cursor, and makes it blink
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY |
self.LCD_ON_CURSOR | self.LCD_ON_BLINK)
def blink_cursor_off(self):
# Turns on the cursor, and makes it no blink (i.e. be solid)
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY |
self.LCD_ON_CURSOR)
def display_on(self):
# Turns on (i.e. unblanks) the LCD
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL | self.LCD_ON_DISPLAY)
def display_off(self):
# Turns off (i.e. blanks) the LCD
self.hal_write_command(self.LCD_ON_CTRL)
def backlight_on(self):
# Turns the backlight on.
# This isn't really an LCD command, but some modules have backlight
# controls, so this allows the hal to pass through the command.
self.backlight = True
self.hal_backlight_on()
def backlight_off(self):
# Turns the backlight off.
# This isn't really an LCD command, but some modules have backlight
# controls, so this allows the hal to pass through the command.
self.backlight = False
self.hal_backlight_off()
def move_to(self, cursor_x, cursor_y):
# Moves the cursor position to the indicated position. The cursor
# position is zero based (i.e. cursor_x == 0 indicates first column).
self.cursor_x = cursor_x
self.cursor_y = cursor_y
addr = cursor_x & 0x3f
if cursor_y & 1:
addr += 0x40 # Lines 1 & 3 add 0x40
if cursor_y & 2: # Lines 2 & 3 add number of columns
addr += self.num_columns
self.hal_write_command(self.LCD_DDRAM | addr)
def putchar(self, char):
# Writes the indicated character to the LCD at the current cursor
# position, and advances the cursor by one position.
if char == '\n':
if self.implied_newline:
# self.implied_newline means we advanced due to a wraparound,
# so if we get a newline right after that we ignore it.
pass
else:
self.cursor_x = self.num_columns
else:
self.hal_write_data(ord(char))
self.cursor_x += 1
if self.cursor_x >= self.num_columns:
self.cursor_x = 0
self.cursor_y += 1
self.implied_newline = (char != '\n')
if self.cursor_y >= self.num_lines:
self.cursor_y = 0
self.move_to(self.cursor_x, self.cursor_y)
def putstr(self, string):
# Write the indicated string to the LCD at the current cursor
# position and advances the cursor position appropriately.
for char in string:
self.putchar(char)
def custom_char(self, location, charmap):
# Write a character to one of the 8 CGRAM locations, available
# as chr(0) through chr(7).
location &= 0x7
self.hal_write_command(self.LCD_CGRAM | (location << 3))
self.hal_sleep_us(40)
for i in range(8):
self.hal_write_data(charmap[i])
self.hal_sleep_us(40)
self.move_to(self.cursor_x, self.cursor_y)
def hal_backlight_on(self):
# Allows the hal layer to turn the backlight on.
# If desired, a derived HAL class will implement this function.
pass
def hal_backlight_off(self):
# Allows the hal layer to turn the backlight off.
# If desired, a derived HAL class will implement this function.
pass
def hal_write_command(self, cmd):
# Write a command to the LCD.
# It is expected that a derived HAL class will implement this function.
raise NotImplementedError
def hal_write_data(self, data):
# Write data to the LCD.
# It is expected that a derived HAL class will implement this function.
raise NotImplementedError
def hal_sleep_us(self, usecs):
# Sleep for some time (given in microseconds)
time.sleep_us(usecs)
مرحله ۵

کد اصلی پروژه و نتیجه‌گیری

این هم کد اصلی برنامه و خود بازیه. یک فایل جدید در Thonny باز کن و این کد رو با نام main.py ذخیره کن تا بازی اجرا بشه.

Python
from machine import Pin, I2C
from time import sleep, ticks_ms, ticks_diff
from pico_i2c_lcd import I2cLcd
# -------- LCD SETUP ----------
I2C_ADDR = 0x27 # Change if your LCD uses a different address
I2C_NUM_ROWS = 2
I2C_NUM_COLS = 16
i2c = I2C(0, scl=Pin(1), sda=Pin(0), freq=400000)
lcd = I2cLcd(i2c, I2C_ADDR, I2C_NUM_ROWS, I2C_NUM_COLS)
# -------- BUTTON SETUP ----------
button = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
# -------- FUNCTIONS ----------
def show(msg, delay=2):
lcd.clear()
lcd.putstr(msg)
sleep(delay)
def wait_for_press():
"""Waits until button is pressed."""
while button.value() == 0:
pass
sleep(0.02) # debounce
def reaction_attempt(num):
# Show attempt number
show(f"Attempt {num}", 2)
lcd.clear()
sleep(2)
# Show GO and start timer
lcd.clear()
lcd.putstr("GO")
start = ticks_ms()
# Wait for button press
wait_for_press()
end = ticks_ms()
reaction_time = ticks_diff(end, start)
# Show reaction time
lcd.clear()
lcd.putstr("Time: " + str(reaction_time) + " ms")
sleep(2)
# -------- MAIN PROGRAM ----------
# Intro screens
show("Reaction Time Test", 3)
show("You will get 3 attempts", 3)
show("click button when 'GO' shows", 3)
# Three attempts
reaction_attempt(1)
reaction_attempt(2)
reaction_attempt(3)
# Ending screens
show("Reaction time complete", 3)
lcd.clear()
sleep(0.5)
show("Thank you for participating", 5)
lcd.clear()

تو میتونی اولین سازنده باشی!

اگه پروژه رو ساختی به اشتراک بزار و اعتبار هدیه بگیر

این آموزش با استانداردهای اختصاصی آیسی‌مدار بازنویسی و بهینه‌سازی شده و تمامی حقوق انتشار آن متعلق به این مجموعه است و در صورت کپی یا بازنشر پیگرد قانونی خواهد داشت.

آموزش‌های مشابه

گفتگو‌های کاربران

هنوز نظری ثبت نشده؛ تو شروع کن!