5.1. 实验一、使用 Arduino IDE 在 YADAN Board 上开发程序

5.1.1. 实验目的

1. 了解和熟悉使用 Arduino IDE 给 YADAN Board 开发程序的方法

2. 熟悉和掌握 YADAN Board 的 UART 串口和 GPIO 的使用方法

5.1.2. 实验内容

1. 了解和学习 Arduino 语言中使用 UART 串口的相关函数，尝试编写代码通过 UART 串口发送 hello,world，尝试编写代码接收 PC 通过 UART 串口调试助手发送来的数据。了解和学习 UART 串口收发的数据格式，了解 ASCII 和 HEX 在 UART 串口收发中的区别。

2. 了解和学习 Arduino 语言中使用 GPIO 和 PWM 的相关函数，尝试编写代码使用 PWM 控制 LED 的亮暗程度，尝试通过 PWM 调光来实现呼吸灯的效果。

3. 尝试将上述的 1、2 结合，编写代码，使得 YADAN Board 能通过 UART 串口接收 PC 发送来的参数以调整呼吸灯的效果，例如调整呼吸频率、总体亮度等等，同时开发板可以反馈当前呼吸灯参数给 PC。

5.1.3. 实验解答

使用 Arduino 的库可以很快地完成以上开发任务，下面是要使用的相关库函数。

1. GPIO 相关函数

   pinMode(pin, mode);           // 设置引脚模式  
   digitalWrite(pin, value);     // 设置引脚的输出值  
   analogWrite(pin, value);      // 设置引脚输出 PWM 波  
   delay(ms);                    // 毫秒延时函数  

   详情请参考 Arduino Reference:
   https://www.arduino.cc/reference/en/

2. UART 串口的相关函数
   详情请参考 Arduino Reference:
   https://www.Arduino.cc/reference/en/language/functions/communication/serial/

5.2. 实验二、 RISC-V GCC 工具链的熟悉与使用

5.2.1. 实验目的

1. 学习和掌握第四章中 RISC-V GCC 工具链的使用方法

2. 了解和熟悉下载程序的使用

5.2.2. 实验内容

1. 在百度网盘上下载样例空工程，使用 VS Code 打开目录 Demoproject，在里面 main.c 文件中编写图 4.12 中让灯闪烁的代码。使用 wincompile.py 编译工程，获得 simple.bin 文件。

2. 尝试使用下载程序 YADANdownload.py，参照第四章里方法将 .bin 文件下载到开发板上观察 LED 的闪烁现象。

3. 修改、优化代码。例如尝试自己配置定时器而非直接使用 delay() 来实现延时。

5.2.3. 实验解答

5.2.3.1. 有关寄存器级操作

在第四章样例程序的图 4.12 中，使用了

PADDIR = 1 << 13; 

这样的语句来设置 13 号引脚为输出模式，其实是不合理的。因为这样的语句会同时将 13 号引脚之外的其它所有引脚设置为输入模式，也就是影响了其它引脚原来的状态。

所以，在进行寄存器级的操作时，如果只想操作某一个位，需要使用位操作。比如想仅设置 13 号引脚为输入模式、而不想改变其它引脚的状态时，可以使用类似这样的语句

PADDIR |= 1 << 13; 

这样的语句会仅将 PADDIR 寄存器的第 13 位置为 1，而不改变其它位原来的值。

5.2.3.2. 有关定时器

样例工程中已预先声明了定时器中断相关的函数，我们若需要使用定时器，仅需重写相应的函数即可，一共有 4 个，如下：

void ISR_TA_OVF (void);  // Timer_A 的溢出中断
void ISR_TA_CMP (void);  // Timer_A 的比较中断
void ISR_TB_OVF (void);  // Timer_B 的溢出中断
void ISR_TB_CMP (void);  // Timer_B 的比较中断

除此之外，我们还需设置定时器的 CTRL 寄存器 (Timer Control)。如果需要使用比较中断，还需设置 CMP 寄存器 (Timer Compare)，当定时器计数值达到 CMP 中设定值时，会触发中断函数 ISR_T?_CMP()。
(寄存器的详细介绍请参考第二章)

5.3. 实验三、函数库设计

5.3.1. 实验目的

1. 学习和熟悉 YADAN Core 或 Zero-riscy 的相关外设库编写的方法

2. 了解和学习 I²C 协议

5.3.2. 实验内容

1. 学习编写 GPIO 库函数

2. 设计并编写 UART 串口常用的库函数

3. 学习 I²C 协议，编写 I²C 库函数

5.3.3. 实验解答

5.3.3.1. 编写 GPIO 的库函数

在实验二中，我们通过寄存器级的操作已经实现了 GPIO 的使用，但是直接操作寄存器的代码的可读性不是很好，于是我们可以设计并编写库函数来更方便地操作 GPIO。

在设计库函数时，要先考虑操作 GPIO 可能需要哪些功能，例如设置 GPIO 输入输出模式、控制输出值、读取输入值等，然后再编写具体的函数实现。在编写时，还需要使函数具有一定的通用性，例如，设置 GPIO 输入输出模式的函数可以编写如下：

void set_gpio_pin_direction(int pinnumber, int direction)
{
    volatile int old_dir;
    old_dir = *(volatile int*) (GPIO_REG_PADDIR);
    if (direction == 0)
        old_dir &= ~(1 << pinnumber);
    else
        old_dir |= 1 << pinnumber;
    *(volatile int*) (GPIO_REG_PADDIR) = old_dir;
}

5.3.3.2. 编写 UART 串口的库函数

仿照 GPIO 的库的编写方式，我们可以继续尝试编写 UART 串口的库函数，例如可以尝试实现以下函数：

void uart_set_cfg(uint16_t baud);                  // UART 设置波特率函数
void uart_sendchar(unsigned char c);               // UART 发送字符函数
void uart_send(const char* str, unsigned int len); // UART 发送字符串函数
char uart_getchar();                               // UART 接收一个字符函数
void uart_wait_tx_done(void);                      // UART 查询传输是否结束的函数

5.3.3.3. 编写 I²C 的库函数

也可以继续尝试编写 I²C 通信接口的库函数，例如可以尝试实现以下函数：

void I2C_setup(int prescaler, int enable);  // I²C 初始化函数，可设置分频系数，启用I²C
void I2C_send_data(int value);              // I²C 发送数据函数
void I2C_send_command(int value);           // I²C 发送命令、设置 I²C 动作的函数：
int I2C_get_status(void);                   // I²C 状态获取函数
int I2C_get_data(void);                     // I²C 读数据函数
int I2C_get_ack(void);                      // I²C 应答信号获取函数
int I2C_busy(void);                         // I²C 忙信号查询函数

5.4. 实验四、综合实验

5.4.1. 实验目的

1. 学习更多外设的原理，并编写函数库

2. 将不同外设综合起来，学习系统设计

5.4.2. 实验内容

不限制设计内容，推荐设计一个小系统以实现某种应用功能

5.4.3. 参考设计

1. 温湿度显示系统
   使用 DHT11 温湿度传感器采集温湿度信息，通过 UART 串口发送到 PC 机显示。
   DHT11 是一款单总线通信的温湿度传感器，仅需一个上拉的 GPIO 端口就可以实现数据传输。完成此设计需要了解 DHT11 的通信方式，并编写相应的库函数，实现对 DHT11 的驱动。

2. 编写一个 GUI 库实现绘图功能
   实验三编写了 I²C 库，我们可以借助它驱动 I²C 接口的 128x64 的 OLED 点阵显示屏。
   在本设计中，我们可以尝试编写一个 GUI 库，实现画点、画线、画常见图形、画字符等操作。