带你一起玩转WPI基于灵动MM32F0140 Arduino平台方案开发板

只看该作者 · 2022-6-7 09:55

相遇

疫情期间，无意中在大大通平台上看到了大联大世平集团推出的基于灵动微MM32F0140 MCU制作的Arduino平台方案，在直播中了解到MM32F0410系列MCU功能特性，以及WPI详细介绍了开发的设计、功能和特点，对网友的很多提问也都进行了答复。活动结束后有幸获得了一块开发板，通过这几天的研究和把玩，今天来带大家一起玩转这块开发板，在程序设计的过程中有不少的注意点和优化设计分享给大家哦。有兴趣的小伙伴可以去观看直播回放哈：https://www.wpgdadatong.com/webinar/243499494

MM32F0140主要特点

Arm Cortex-M0内核，运行频率高达72MHz
最高64KB FLASH和8KB SRAM
内置5个DMA通道
内置32-bit硬件除法单元
3组UART、2组SPI、2组I2C、1组I2C
1组FlexCAN，支持CAN2.0协议
1组高级定时器，可输出4通道带互补的PWM波形，支持死区和刹车功能
1组32-bit定时器、4组16-bit定时器
1组12-bit SAR ADC，最高支持1Msps采样率和13路采样通道
1组高速模拟比较单元
2.0V~5.5V宽工作电压

MM32F0140资源图

开发板功能示意图

开发板实物展示图

开发板功能介绍

大联大世平集团推出的基于灵动微MM32F0140系列MCU制作的Arduino平台方案开发板，搭配了众多的传感器件以及接口IC，例如ams TMF8821多点ToF、Novosense的NSHT35温湿传感器和NCA1042 CAN收发器、Vishay的TFDU4300红外收发器等等，另外还有onsemi的CAT24C03 EEPROM、Winbond的W25Q16JV SPI FLASH、LCD接口、按键、RGB LED等等……另外还兼容Arduino接口，方便更多的扩展与应用。通过这块开发板，我们可以实现如下功能：

实现ADC采样
实现按键检测
实现FlexCAN通讯
实现EEPROM数据存取功能
实现DAC音频播放功能
实现IrDA红外通讯功能
实现LCD TFT液晶屏幕显示
实现NSHT35温湿检测功能
实现RGB LED控制功能
实现SWITCH开关状态检测功能
实现ToF高精度测距功能
实现SPI FLASH数据存取功能
实现Xmodem下载文件/数据到SPI FLASH的应用功能

需要说明的是在收到的开发上NSHT35温湿度传感器属于选焊器件，没有焊接在板子上；另外ToF高精度测距模块使用的TFM8821，对于它的操作需要原厂的技术支持并提供相应的参数文件；所以这两块功能作为保留，暂时无法进行操作和实现；而我们会将开发板上其余所有功能都一一实现，并进行演示和测试。

大大通上提供部分技术文档的下载：https://www.wpgdadatong.com/solution/detail?PID=5481，其中包含原理图、项目计划表、硬件BOM、以及硬件PCB图；但没有提供开发板的软件工程源代码，以及其它的一些手册资料也都没有开放出来，这让很多小伙伴在拿到这个开发板后，都只能看看原理图、看看开发板……要怎么去调试、演示成了最大的问题。下面我们一边分析硬件原理图，一边演示开发板功能，来实现上面提到的实现功能，分享给大家。

原理图设计

原理图的解读和建议

整个开发板由一个Micro USB接口供电，这个Micro USB仅为供电接口，不带有任何通讯调试功能哈；所以个人建议在下次改板时，USB接口可以加一个CH340，作为调试用，会很实用，也会很方便！

开发板上MM32F0140芯片的程序下载接口为1.27mm间距的2*5双排针，可能是为了节省PCB的空间吧，才使用了这们的接口；同样是通过SWD接口下载程序，我更喜欢4PIN（VCC、GND、SWDIO、SWDCLK）或者5PIN（VCC、GND、SWDIO、SWDCLK、NRST）这样的2.54间距排针，这样可以直接插上杜邦线就可以下载程序了，但现在板子上这样的接口，我还需要另外配一个2.54mm间距的2*10 接口转1.27mm间距的2*5接口的转接板，不是很方便。

整个硬件系统可以工作在5V电压下，也可以工作在3.3V电压下，可以通过JP1接口进行跳帽选择；但需要注意的是开发上的SPI FLASH和LCD都只能是3.3V供电的，所以在5V供电时，需要将这些元器件的连接断开。

官网上下载下来的原理图中关于RGB LED设计部分有错误，原理图中设计通过JP3、JP4、JP5这3个跳帽将RGB LED的3个控制引脚分为与PA2、PA1、PA3进行连接，但在实际收到的开发板上，这3个跳帽连接的是PB1、PA1、PB0这3个端口引脚，应该是为了避免端口功能重复使用，更新的原理图没有同步过来，这个在程序设计的时候，需要注意一下。

CAN通讯的收发芯片使用的是NCA1042，这个芯片的工作电压是5V，所以开发板在测试CAN功能时，一定要有5V电源输入；另外需要注意的是原理图中使用了PA8这个引脚来控制NCA1042的工作状态，需要将PA8置为低电平时，NCA1042才能够正常工作，如果PA8为高电平，那NCA1042则为待机状态，此时CAN收发器是不工作的，更没有数据传输，更有甚者在CAN上位机软件发送数据时，还会提示发送失败，这些需要注意。

在测试IrDA通讯时，需要通过JP8将TFDU4300的SD与GND相连接，这样IrDA才会处于正常工作的状态；另外就是TFDU4300收发数据是半双工的，即同一时刻只能发送数据或者接收数据，更达不到自发自收的功能，所以需要借助我们之前做的IrDA开发板来搭配测试。

开发平台环境

硬件包含：MM32F0140 Arduino开发板、ARM仿真器、USB转TTL调试工具、JTAG 20PIN转10PIN转换板、LCD TFT液晶显示屏、以及用于播放音乐用的音箱。

软件包含：Keil MDK集成开发环境、SecureCRT调试终端、Image2Lcd图片数据提取软件等。

RGB LED控制

使用GPIO的控制方式，循环让3个LED点亮，如果需要实现RGB呼吸灯效果，可以参考之前【MM32+模块】专题帖，实现代码和测试效果如下：

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void RGBLED_Toggle(void)

{

    static uint8_t Step = 0;



    switch(Step)

    {

        case 0:

            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_1, Bit_RESET);

            GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_SET);

            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_0, Bit_SET);

            break;



        case 1:

            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_1, Bit_SET);

            GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_RESET);

            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_0, Bit_SET);

            break;



        case 2:

            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_1, Bit_SET);

            GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_SET);

            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);

            break;



        default:

            break;

    }



    Step = (Step + 1) % 3;

}

独立按键检测

通过时间片轮转调度的方式，软件延时去抖处理，实现了4个按键的独立检测，实现代码和测试效果如下：

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void BUTTON_SubScan(uint8_t *State, uint8_t *Count, uint8_t Value, char *Name)

{

    if(*State == 0)

    {

        if(Value == Bit_RESET) *Count += 1;

        else                   *Count  = 0;



        if(*Count > 5)

        {

            *Count = 0; *State = 1;

            printf("\r\n%s Pressed", Name);

        }

    }

    else

    {

        if(Value != Bit_RESET) *Count += 1;

        else                   *Count  = 0;



        if(*Count > 5)

        {

            *Count = 0; *State = 0;

            printf("\r\n%s Release", Name);

        }

    }

}



void BUTTON_Scan(void)

{

    static uint8_t State[4] = {0, 0, 0, 0};

    static uint8_t Count[4] = {0, 0, 0, 0};



    BUTTON_SubScan(&State[0], &Count[0], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0), "SW2");

    BUTTON_SubScan(&State[1], &Count[1], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_2), "SW3");

    BUTTON_SubScan(&State[2], &Count[2], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_3), "SW4");

    BUTTON_SubScan(&State[3], &Count[3], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_2), "SW5");

}

SWITCH开关状态检测

SWITCH是一个4位的拨码开关，通过GPIO端口引脚的状态位来判断拨码开关所处的状态，实现代码和测试效果如下：

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void SWITCH_SubScan(uint8_t *State, uint8_t *Count, uint8_t Value, char *Name)

{

    if(*State == 0)

    {

        if(Value != Bit_RESET) *Count += 1;

        else                   *Count  = 0;



        if(*Count > 5)

        {

            *Count = 0; *State = 1;

            printf("\r\n%s -> OFF", Name);

        }

    }

    else

    {

        if(Value == Bit_RESET) *Count += 1;

        else                   *Count  = 0;



        if(*Count > 5)

        {

            *Count = 0; *State = 0;

            printf("\r\n%s -> ON ", Name);

        }

    }

}



void SWITCH_Scan(void)

{

    static uint8_t State[4] = {0, 0, 0, 0};

    static uint8_t Count[4] = {0, 0, 0, 0};



    SWITCH_SubScan(&State[0], &Count[0], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_15), "SW1-1");

    SWITCH_SubScan(&State[1], &Count[1], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_15), "SW1-2");

    SWITCH_SubScan(&State[2], &Count[2], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_14), "SW1-3");

    SWITCH_SubScan(&State[3], &Count[3], GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_13), "SW1-4");

}

ADC采样

ADC包含了实现掉电压检测功能和可调电位器的电压检测这两个功能，采用的单通道独立查询采样的实现方式，实现代码和测试效果如下：

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void ADC_Handler(void)

{

    uint16_t Result  = 0;

    float    Voltage = 0.0;



    Result = ADC_Convert(ADC_Channel_10);



    Voltage = (float)Result / 4096 * 3.3;



    printf("\r\n");

    printf("\r\nPB3 <-> ADC1_CH10 : %0.3fV", Voltage);



    Result = ADC_Convert(ADC_Channel_12);



    Voltage = (float)Result / 4096 * 3.3;



    printf("\r\nPB7 <-> ADC1_CH12 : %0.3fV", Voltage);

    printf("\r\n");

}

FlexCAN通讯

FlexCAN默认配置为500kbps的通讯速率，每间隔3秒中向CAN总线中发送一个报文；配置了一个接收邮箱，采用中断的方式，在接收到数据后通过调试终端软件打印显示出来，实现代码和测试效果如下：

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void FLEX_CAN_IRQHandler(void)

{

    flexcan_frame_t flexcan_frame_rx;



    if(0U != FLEXCAN_GetMbStatusFlags(FLEX_CAN1, 1 << RX_MESSAGE_BUFFER_NUM))

    {

        FLEXCAN_ClearMbStatusFlags(FLEX_CAN1, 1 << RX_MESSAGE_BUFFER_NUM);



        FLEXCAN_ReadRxMb(FLEX_CAN1, RX_MESSAGE_BUFFER_NUM, &flexcan_frame_rx);



        printf("\r\nReceived message from MB%d", RX_MESSAGE_BUFFER_NUM);



        printf("\r\n");

        printf("\r\nrx form  = 0x%x", (flexcan_frame_rx.id & CAN_ID_STD_MASK) >> CAN_ID_STD_SHIFT);

        printf("\r\nrx word0 = 0x%x", flexcan_frame_rx.dataWord0);

        printf("\r\nrx word1 = 0x%x", flexcan_frame_rx.dataWord1);

        printf("\r\n");

    }



    __DSB();

}



void CAN_Handler(void)

{

    flexcan_frame_t flexcan_frame_tx;



    flexcan_frame_tx.length = 0x08;

    flexcan_frame_tx.type   = (uint8_t)Enum_Flexcan_FrameTypeData;

    flexcan_frame_tx.format = (uint8_t)Enum_Flexcan_FrameFormatStandard;

    flexcan_frame_tx.id     = FLEXCAN_ID_STD(0x123);



    flexcan_frame_tx.dataWord0 = CAN_WORD0_DATA_BYTE_0(0x11) |

                                 CAN_WORD0_DATA_BYTE_1(0x22) |

                                 CAN_WORD0_DATA_BYTE_2(0x33) |

                                 CAN_WORD0_DATA_BYTE_3(0x44);



    flexcan_frame_tx.dataWord1 = CAN_WORD1_DATA_BYTE_4(0x55) |

                                 CAN_WORD1_DATA_BYTE_5(0x66) |

                                 CAN_WORD1_DATA_BYTE_6(0x77) |

                                 CAN_WORD1_DATA_BYTE_7(0x88);



    FLEXCAN_TransferSendBlocking(FLEX_CAN1, TX_MESSAGE_BUFFER_NUM, &flexcan_frame_tx);

}

IrDA红外通讯

在测试IrDA功能的时候需要搭配另外一块IrDA功能板进行测试，在上电的时候会自动向外发送一串数据，然后以中断方式接收数据并通过调试终端软件打印显示出来；实现代码和测试效果如下：

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void UART2_IRQHandler(void)

{

    if(UART_GetITStatus(UART2, UART_IT_RXIEN) != RESET)

    {

        printf("%d ", UART_ReceiveData(UART2));

        UART_ClearITPendingBit(UART2, UART_IT_RXIEN);

    }

}



void IrDA_SendData(uint8_t Data)

{

    UART_SendData(UART2, Data);

    while(UART_GetFlagStatus(UART2, UART_IT_TXIEN) == RESET);

}



void IrDA_Test(void)

{

    printf("\r\nIrDA TX : ");



    for(uint8_t i = 0; i < 10; i++)

    {

        IrDA_SendData(i);

        printf("%d ", i);

    }



    printf("\r\n");

}

EEPROM数据存取

测试函数向EEPROM中先写入100字节数据，再读取到缓存数组，通过调试终端软件打印显示出来；需要注意的是EEPROM是按PAGE进行写入，每个PAGE的写入操作需要一段时间的间隔，这个代码实现的时候需要特别注意；实现代码和测试效果如下：

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void EEPROM_Test(void)

{

    uint8_t rBuffer[100], wBuffer[100];

    uint8_t Address = 0,  Length = 100;



    printf("\r\n");



    for(uint8_t i = 0; i < Length; i++)

    {

        rBuffer[i] = 0;

        wBuffer[i] = i + 100;

    }



    printf("\r\nEEPROM Write......");



    EEPROM_WriteData(Address, wBuffer, Length);



    printf("\r\n");



    printf("\r\nEEPROM Read :");



    EEPROM_ReadData(Address, rBuffer, Length);



    for(uint8_t i = 0; i < Length; i++)

    {

        if((i % 16) == 0) printf("\r\n");



        printf("0x%02x ", rBuffer[i]);

    }



    printf("\r\n");

}

W25Q16数据存取

W25Q16用来保存WAV音频文件和字库文件，为了实现WAV播放音乐时流畅的效果，在读取数据时应尽可能的迅速，所以W25Q16的SPI接口使用DMA的通讯操作方式；在测试W25Q16时先对全片的所有SECTOR进行擦除操作，然后验证写数据和读数据的操作，实现代码和测试效果如下：

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void W25Q16_Test(void)

{

    uint8_t Buffer[128];



    W25Q16_ReadDeviceID();



    W25Q16_ReadJEDEC_ID();



    for(uint16_t i = 0; i < 512; i++)

    {

        printf("\r\nW25Q16 Erase Sector[%03d]......", i);

        W25Q16_SectorErase(i);

    }



    printf("\r\n");



    printf("\r\nW25Q16 Erase Sector[0]......");

    W25Q16_SectorErase(0);



    printf("\r\nW25Q16 Read :");

    W25Q16_FastRead(0, Buffer, sizeof(Buffer));



    for(uint8_t i = 0; i < sizeof(Buffer); i++)

    {

        if((i % 16) == 0) printf("\r\n");



        printf("0x%02x ", Buffer[i]);

    }



    printf("\r\n");



    printf("\r\nW25Q16 Write......");



    memset(Buffer, 0, sizeof(Buffer));



    for(uint8_t i = 0; i < sizeof(Buffer); i++)

    {

        Buffer[i] = i;

    }



    W25Q16_PageProgram(0, Buffer, sizeof(Buffer));



    printf("\r\nW25Q16 Read :");



    W25Q16_FastRead(0, Buffer, sizeof(Buffer));



    for(uint8_t i = 0; i < sizeof(Buffer); i++)

    {

        if((i % 16) == 0) printf("\r\n");



        printf("0x%02x ", Buffer[i]);

    }



    printf("\r\n");

}

Xmodem下载文件/数据

Xmodem功能通过UART1接口，使用SecureCRT软件将音频文件和字库文件下载到W25Q16存储芯片中；实现代码可以参考附件中的程序，也可以参考之前的Xmodem专题帖，测试效果如下：

LCD液晶显示

LCD的控制接口与W25Q16共用了SPI1的SCK和MOSI这两个引脚，但W25Q16需要发送数据和接收数据双向功能，但LCD只需要发送数据即可；所以为了保证W25Q16数据读写正常，在不操作W25Q16时需要将SPI1接收数据的功能关闭！！！LCD实现了图片显示和中英文字符显示，英文字符的字库存放在程序空间，而中文字库则存放在W25Q16存储芯片，实现代码和测试效果如下所示：

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void LCD_ShowLOG(uint8_t StartX, uint8_t StartY, const char *str)

{

    while(*str != '\0')

    {

        if(*str < 0x7F)

        {

            if(StartX > (128 - 8))

            {

                StartX = 0; StartY += 16;

            }



            if(StartY > (128 - 16))

            {

                StartX = 0; StartY = 0;



                LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);

            }



            LCD_ShowEN(StartX, StartY, *str);



            StartX += 0x08;

            str    += 0x01;

        }

        else

        {

            if(StartX > (128 - 16))

            {

                StartX = 0; StartY += 16;

            }



            if(StartY > (128 - 16))

            {

                StartX = 0; StartY = 0;



                LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);

            }



            LCD_ShowCN(StartX, StartY,  str);



            StartX += 0x10;

            str    += 0x02;

        }

    }

}



void LCD_DrawImage(void)

{

    uint16_t Color = 0;

    uint32_t Index = 0;



    for(uint32_t i = 0; i < 47; i++)

    {

        for(uint32_t j = 0; j < 128; j++)

        {

            Color   = gImage_**[Index++];

            Color <<= 8;

            Color  |= gImage_**[Index++];



            LCD_DrawPoint(j, i, Color);

        }

    }

}

WAV播放音乐

通过读取W25Q16存储芯片中的WAV音乐文件，进行解析，通过I2C接口将数据发送到HT5010功放芯片进行音乐播放；I2S使用了双缓存空间与DMA的数据传输方式，结合W25Q16存储芯片DMA读取数据的操作方式，加快数据读取速度，使音乐播放效果更流畅；实现代码和测试效果如下所示：

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void WAV_PlaySong(void)

{

    WAV_TypeDef WaveFile;



    if(WAV_PlayState == 0)

    {

        if(WAV_DecodeFile(&WaveFile, 0x00000000) == 0)

        {

            if((WaveFile.BitsPerSample == 16) && (WaveFile.nChannels == 2) &&

               (WaveFile.SampleRate  > 44000) && (WaveFile.SampleRate < 48100))

            {

                WAV_NextIndex = 0;

                WAV_PlayEnded = 0;

                WAV_TxLength  = 0;

                WAV_PlayState = 1;



                printf("\r\n");

                printf("\r\nWAV Data Size : %d, Data Start : 0x%08x", WAV_DataSize, WAV_Offset);

                printf("\r\n");



                WAV_PrepareData();

                WAV_PlayHandler();

            }

            else

            {

                printf("\r\nWAV File Format Error!\r\n"); return;

            }

        }

        else

        {

            printf("\r\nNo WAV File!\r\n"); return;

        }

    }

    else

    {

        printf("\r\nThe Song Is Not Over Yet!\r\n");

    }

}