实验三十六综合实验#

🌟 项目简介#

前面我们已经完成了多个独立小实验（如LED闪烁、红外遥控、超声波测距等），每次都要单独上传代码，操作比较麻烦。那能不能把它们“打包”在一起，用一个按键就能切换不同功能呢？
当然可以！ 本实验就是这样一个“多功能集成器”：
✅ 按一次键 → 切换一个功能
✅ 循环切换 → 6812彩灯 / 红外接收 / 摇杆读取 / 电位器调光 / 超声波测距
✅ 所有功能共用同一块Pico板和同一份代码，无需反复烧录！

🔧 工作原理#

我们利用按键中断来统计按下次数，再用 keys % 5 计算余数（0、1、2、3、4），每个余数对应一个实验功能：

余数 0 → 随机颜色循环点亮 4 颗 6812 RGB 灯
余数 1 → 等待红外遥控信号，并在串口打印按键编码（如“Up”“OK”）
余数 2 → 实时读取摇杆的 X/Y 轴模拟值 + 按键 Z 值，并打印到串口
余数 3 → 旋转电位器调节白色LED亮度（PWM控制）
余数 4 → 触发超声波模块，测量前方距离（单位：厘米）

所有传感器/模块共用 Pico 的 GPIO 引脚，通过程序逻辑分时控制，互不干扰。

📦 所需材料#


Raspberry Pi Pico板 ×1	Raspberry Pi Pico扩展板 ×1	keyes DIY电子积木白色LED模块 ×1	keyes DIY电子积木单路按键模块 ×1	keyes DIY电子积木旋转电位器模块 ×1

keyes DIY电子积木红外接收模块 ×1	keyes DIY电子积木摇杆模块 ×1	keyes brick HC-SR04超声波传感器 ×1	Keyes DIY电子积木 6812 RGB模块 ×1	MicroUSB线 ×1

防反插3Pin ×5	防反插4Pin ×1	防反插5Pin ×1	遥控器 ×1

💡 小提示：所有模块都使用标准防反插接口，插错方向无法插入，接线更安全、更省心！

🔌 接线图#

📌 关键引脚对照表（请务必按此连接）：

模块名称	连接引脚（Pico端）	说明
白色LED模块	GP14	PWM输出，控制亮度
单路按键模块	GP16	下降沿触发中断
旋转电位器模块	ADC28（GP28）	模拟输入，读取旋钮位置
红外接收模块	GP11	数字输入，接收红外信号
摇杆模块（Z键）	GP22	数字输入，检测是否按下
摇杆模块（X轴）	ADC26（GP26）	模拟输入，X方向电压
摇杆模块（Y轴）	ADC27（GP27）	模拟输入，Y方向电压
超声波模块（Trig）	GP6	输出触发脉冲
超声波模块（Echo）	GP7	输入回波信号
6812 RGB模块	GP15	PIO高速驱动，单线协议

✅ 接线完成后，请再次核对——尤其注意 GP15（RGB）、GP11（红外）、GP6/GP7（超声波） 这几组不能接错！

💻 示例代码（MicroPython）#

# Keyes Starter Kit for Raspberry Pi Pico
# 课程 36
# Comprehensive experiment

from machine import Pin, PWM, ADC
import array, time
import random
import rp2

# 初始化各传感器
potentiometer = ADC(28)           # 电位器 → GP28
button = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)  # 按键 → GP16（上拉，按下为低电平）
led = PWM(Pin(14))                # 白色LED → GP14
led.freq(1000)

ird = Pin(11, Pin.IN)             # 红外接收 → GP11
B = Pin(22, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 摇杆Z键 → GP22（上拉）
X = ADC(26)                       # 摇杆X轴 → GP26
Y = ADC(27)                       # 摇杆Y轴 → GP27

# 超声波模块
trigger = Pin(6, Pin.OUT)
echo = Pin(7, Pin.IN)

# 6812 RGB灯配置
NUM_LEDS = 4
PIN_NUM = 15
brightness = 0.2

# 红外遥控指令码库（Keyes遥控器常用按键）
act = {
    "1": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHHLHLLLHLLHLHHH",
    "2": "LLLLLLLLHHHHHHHHHLLHHLLLLHHLLHHH",
    "3": "LLLLLLLLHHHHHHHHHLHHLLLLLHLLHHHH",
    "4": "LLLLLLLLHHHHHHHHLLHHLLLLHHLLHHHH",
    "5": "LLLLLLLLHHHHHHHHLLLHHLLLHHHLLHHH",
    "6": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHHHHLHLHLLLLHLH",
    "7": "LLLLLLLLHHHHHHHHLLLHLLLLHHHLHHHH",
    "8": "LLLLLLLLHHHHHHHHLLHHHLLLHHLLLHHH",
    "9": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHLHHLHLHLHLLHLH",
    "0": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHLLHLHLHLHHLHLH",
    "Up": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHHLLLHLHLLHHHLH",
    "Down": "LLLLLLLLHHHHHHHHHLHLHLLLLHLHLHHH",
    "Left": "LLLLLLLLHHHHHHHHLLHLLLHLHHLHHHLH",
    "Right": "LLLLLLLLHHHHHHHHHHLLLLHLLLHHHHLH",
    "Ok": "LLLLLLLLHHHHHHHHLLLLLLHLHHHHHHLH",
    "*": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHLLLLHLHLHHHHLH",
    "#": "LLLLLLLLHHHHHHHHLHLHLLHLHLHLHHLH"
}

#红外解码函数（读取一次完整信号）
def read_ircode(ird):
    wait = 1
    complete = 0
    seq0 = []
    seq1 = []
    
    while wait == 1:
        if ird.value() == 0:
            wait = 0
    
    while wait == 0 and complete == 0:
        start = time.ticks_us()
        while ird.value() == 0:
            ms1 = time.ticks_us()
            diff = time.ticks_diff(ms1, start)
            seq0.append(diff)
        
        while ird.value() == 1 and complete == 0:
            ms2 = time.ticks_us()
            diff = time.ticks_diff(ms2, ms1)
            if diff > 10000:
                complete = 1
            seq1.append(diff)
    
    # 解析高/低电平时间，生成"H"/"L"字符串
    code = ""
    for val in seq1:
        if val < 2000:
            if val < 700:
                code += "L"
            else:
                code += "H"
    
    # 匹配预设指令
    command = ""
    for k, v in act.items():
        if code == v:
            command = k
            break
    return command if command else "Unknown"

#PIO程序：驱动6812 RGB灯（底层高速时序）
@rp2.asm_pio(sideset_init=rp2.PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=rp2.PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True, pull_thresh=24)
def sk6812():
    T1 = 2
    T2 = 5
    T3 = 3
    wrap_target()
    label("bitloop")
    out(x, 1) .side(0) [T3 - 1]
    jmp(not_x, "do_zero") .side(1) [T1 - 1]
    jmp("bitloop") .side(1) [T2 - 1]
    label("do_zero")
    nop() .side(0) [T2 - 1]
    wrap()

# 初始化PIO状态机（驱动GP15）
sm = rp2.StateMachine(0, sk6812, freq=8_000_000, sideset_base=Pin(PIN_NUM))
sm.active(1)

# RGB灯显示缓冲区
ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])

def pixels_show():
    dimmer_ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])
    for i, c in enumerate(ar):
        r = int(((c >> 8) & 0xFF) * brightness)
        g = int(((c >> 16) & 0xFF) * brightness)
        b = int((c & 0xFF) * brightness)
        dimmer_ar[i] = (g << 16) + (r << 8) + b
    sm.put(dimmer_ar, 8)
    time.sleep_ms(10)

def pixels_set(i, color):
    ar[i] = (color[1] << 16) + (color[0] << 8) + color[2]

#超声波测距函数（单位：厘米）
def getDistance(trigger, echo):
    trigger.low()
    time.sleep_us(2)
    trigger.high()
    time.sleep_us(10)
    trigger.low()
    
    while echo.value() == 0:
        start = time.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        end = time.ticks_us()
    
    d = (end - start) * 0.0343 / 2  # 声速0.0343 cm/us，除以2得单程距离
    return d

# 全局变量：记录按键次数
keys = 0

#按键中断回调函数（每按一次，keys+1）
def toggle_handle(pin):
    global keys
    time.sleep_ms(20)  # 消抖
    if pin.value() == 0:  # 确保是按下动作（低电平）
        keys += 1

# 绑定中断（下降沿触发）
button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=toggle_handle)

#各功能函数
def show6812():
    R = random.randint(0, 255)
    G = random.randint(0, 255)
    B = random.randint(0, 255)
    for i in range(NUM_LEDS):
        pixels_set(i, (R, G, B))
    pixels_show()
    time.sleep(0.3)

def IRreceive():
    command = read_ircode(ird)
    print("IR Command:", command)

def showJoystick():
    B_value = B.value()
    X_value = X.read_u16()
    Y_value = Y.read_u16()
    print(f"Joystick → Button:{B_value}, X:{X_value}, Y:{Y_value}")
    time.sleep(0.1)

def adjustLight():
    pot_value = potentiometer.read_u16()
    led.duty_u16(pot_value)  # 0~65535 映射亮度
    print(f"Potentiometer: {pot_value}")

def showDistance():
    try:
        distance = getDistance(trigger, echo)
        print(f"Distance: {distance:.2f} cm")
    except:
        print("Distance: Error")
    time.sleep(0.1)

#主循环：根据按键次数切换功能
while True:
    nums = keys % 5
    print(f"Mode: {nums}")
    
    if nums == 0:
        show6812()
    elif nums == 1:
        IRreceive()
    elif nums == 2:
        showJoystick()
    elif nums == 3:
        adjustLight()
    elif nums == 4:
        showDistance()

📚 代码解析（小学生也能懂！）#

代码片段	是什么意思？	小贴士
`button.irq(...)`	告诉Pico：“只要按键一按下去，立刻执行 `toggle_handle` 函数！”	中断就像“电话铃响”，不用一直盯着看，来了就处理
`keys % 5`	“用按键次数除以5，只看余数是多少” → 0→1→2→3→4→0→1…永远循环	`%` 叫“取余运算符”，是循环切换的核心！
`pixels_set(i, (R,G,B))`	给第 `i` 颗RGB灯设置红®、绿(G)、蓝(B)的亮度（0~255）	三原色混合，就能变出任何颜色！🌈
`led.duty_u16(pot_value)`	把电位器读到的数字（0~65535），直接变成LED的亮度	数字越大，灯越亮；0就是完全熄灭
`getDistance(...)`	发个“滴”声波出去，听它弹回来用了多久，算出有多远	就像蝙蝠用回声定位！🦇

✅ 实验现象（按顺序观察）#

接好线，用USB线给Pico通电，打开Thonny或串口工具（波特率115200），看到如下效果：

初始状态（按键0次 → 余数0）
→ 四颗6812灯珠开始随机变色，每0.3秒换一次颜色！
按第1下 → 余数1
→ 彩灯停止，串口等待红外信号。拿起遥控器对准接收头，按任意键 → 显示 "IR Command: Up" 或 "Ok" 等。
按第2下 → 余数2
→ 串口开始快速打印摇杆数据，例如：Joystick → Button:1, X:32768, Y:65535（Z没按是1，X居中约32768）
按第3下 → 余数3
→ 白色LED亮度随电位器旋转实时变化，串口同步显示数值（0最暗，65535最亮）
按第4下 → 余数4
→ 串口每0.1秒打印一次距离，如 Distance: 12.45 cm（手靠近/远离会变化）
按第5下 → 余数0
→ 回到第一步，彩灯再次闪烁！从此无限循环 ✅