【RA】Renesas MCU development

前情提要❤
 
本人是训练营老学员，算上这次的RA MCU开发，一共3届了，每次都能让自己进步一点点。从一开始学习分析电路原理，到绘制PCB，再到后来的代码编写、测试与烧录验证，一步一个脚印。个人一直对从硬件到软件的电子设计全流程开发很感兴趣，在此感谢立创和RA共同举办的本届训练营活动，让我懂得了能让你熬夜的不只有追剧和游戏，还有设计电路和代码调试 (￣▽￣)~*
闲话少说，这次使用RA系列的芯片，我打算做一款精巧简约、模块化的智能感应灯。虽然它支持触摸按键，但是我认为触摸按键太过占用空间，所以选用了小体积的常规按键。通过搭配RGB灯带（WS2812B）、12864OLED模块、光线传感模块、DHT11温湿度模块、HC-SR04超声波测距模块，实现了RGB灯带的模式切换、测距、测温湿度、测光照强度，并使用OLED屏幕实时显示这些信息。
 
正文~~
 
概述
 
MCU：选用 R7FA2E1A72DFL芯片，提供 SW & TTL 两种烧录方式；
供电：Micro-USB接口（5PIN），仅使用 5V供电引脚 & GND引脚；LDO降压至3.3V，给光线传感模块和OLED屏幕供电；
按键：BOOT 烧录按键；RESET 重置按键；LIGHT_ONOFF 灯带开关按键；LIGHT_MODE 灯带模式切换按键；
模块：RGB灯带（WS2812B）、12864OLED模块、光线传感模块、DHT11温湿度模块、HC-SR04超声波测距模块；
外壳：定制亚克力板（其实是上次训练营没用完的，不能浪费嘛，要节约~(<ゝω・)☆），使用M3铜柱螺丝固定，保护电路。
代码：代码已公开，在附件的压缩包里，如果觉得贴心请点赞、收藏~
 
功能介绍
 
已开发
 
LIGHT_ONOFF键 控制 灯带开关；LIGHT_MODE键 切换 灯带模式（4种：“高亮白光”、“高亮红光”、“高亮绿光”、“高亮蓝光”）。
使用 DHT11 测量温湿度；使用 光敏电阻 测量光照强度；使用HC-SR04测量距离。
OLED屏显示：灯带 开关状态 & 当前模式；当前 温度-℃ & 湿度-%；距离-cm；光照强度（量化电平值，越低表示光照强度越大）。
 
待开发
 
记录关灯前的灯带模式，下次开灯后不必再将灯带模式重置为“高亮白光”；通过长按 LIGHT_ONOFF键，调节灯带亮度。
计算光照强度，显示实际值。
完善灯带开关机制：（可选）光照强度高/低，自动关/开灯；（可选）距离远/近，自动关/开灯；（注意与按键开关进行合理搭配！）。
绘制3D打印外壳。
 
成品拍摄图
 
（提示：有一颗灯珠坏掉了，不听使唤，不过不影响展示~）
 
RGB灯带（WS2812B）
 
引脚：P213 - 模式 TXD；P014 - 模式 Input；P015 - 模式 Input；配置 - SPI(r_sci_spi)。
描述：灯带含30颗灯珠，3引脚（5V、DATA、GND）；使用SPI，设置波特率为6000000，输出码元信号，控制灯带状态；按键配置GPIO输入，检测输入电平值。
 
WS2812B驱动IC
 
使用说明
根据芯片参数，设置 SPI波特率=6000000，因此1位持续时间=1÷6000000≈155ns；
使用 8位二进制 表达 单极性归零码；
0码：0b 1100 0000（二进制）；0x c0（十六进制）；
1码：0b 1111 0000（二进制）；0x f0（十六进制）。
数据传输方式
 
12864OLED模块
 
引脚：P400 - 模式 SCL0；P401 - 模式 SDA0；配置 - IIC Master(r_iic_master)。
描述：参考官方教程，移植STM32中的12864OLED，并添加特殊字符至oledfont.h。
 
12864OLED
 
4PIN 0.96寸 12864OLED屏（GND、VCC、SCL、SDA），使用3.3V供电。
 
光线传感模块
 
引脚：P000 - 模式 AN000；配置 - ADC(r_adc)。
描述：使用光敏电阻（已集成至PCB中），3.3V供电，通过读取光敏电阻的量化电平值，判断光照强度（电平值越高，光照强度越低）。
 
GL4516光敏电阻
 
 
DHT11温湿度模块
 
引脚：P208 - 模式 Input；配置 - 无。
描述：使用DHT11模块，编写驱动，以5V供电，读取温湿度值。
 
DHT11
 
3PIN（Signal、5V、GND）；
采用单总线数据格式，单个数据引脚端口完成输入输出双向传输；数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出；
数据格式：8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据 + 8bit校验和；
发送时序：主机发送开始信号，变为输出模式低电平，保持至少18ms时间，再高电平20~40us时间，然后变为输入模式，读取DHT11的响应；DHT11接收到主机发送的开始信号，会输出低电平，保持80us时间，作为响应信号，然后输出高电平，保持80us时间后，开始输出数据，待40bit数据传输结束后，上拉电阻拉高总线。
 
HC-SR04超声波测距模块
 
引脚：P101 - 模式 IRQ01；P102 - 模式 Output；配置 - IRQ(r_icu) - Timer(r_gpt)
描述：使用HC-SR04模块，编写驱动，以5V供电，读取距离（单位cm）；设置外部中断，使用定时器记录HC-SR04传入的高电平持续时间，进而计算出距离。
说明：电路设计时，TRIG引脚和ECHO引脚设置失当，在实际使用时，需要进行调换（设备的TRIG接HC-SR04的ECHO）
 
HC-SR04
 
4PIN (VCC, TRIG, ECHO, GND);
IO trigger ranging requires at least 10us high-level signal; automatically sends 8 40KHz square waves to detect whether there is a signal return; if there is a signal return, output through IO High level, high level duration = the time from transmission to return of ultrasonic wave; distance (unit : cm) = high level
time Although the ecology of the chip is not rich enough, it also exercises oneself and allows one to deeply understand the underlying logic of the chip. Finally, I would like to thank Lichuang and Renesas RA for jointly organizing the training camp. I hope it will continue to be held in the future. I will definitely support it!