ESP32+FreeRTOS

Esp32 模块中已经提供了 FreeRTOS（实时操作系统）固件。

FreeRTOS有助于提高系统性能和管理模块的资源。FreeRTOS允许用户处理多项任务，如测量传感器读数，发出网络请求，控制电机速度等，所有这些任务都可以同时独立运行。

FreeRTOS为不同的应用程序提供了多个API。这些 API 可用于创建任务并使其在不同内核上运行。您需要创建任务以将代码的特定部分分配给特定内核。您还可以确定代码将在哪个内核上运行的优先级。

硬件

软件

tone() 函数

Arduino 内置函数：Reference > Language > Functions > Advanced io > Tone

在引脚上生成指定频率（和 50% 占空比）的方波。可以指定持续时间，否则波形会一直持续到调用 noTone()。该引脚可以连接到压电蜂鸣器或其他扬声器以播放音调。 一次只能产生一种音调。如果一个音调已经在另一个引脚上播放，则对tone() 的调用将无效。如果音调在同一个引脚上播放，则呼叫将设置其频率。 使用tone() 函数会干扰引脚3 和11 上的PWM 输出（在Mega以外的板上）。 不可能产生低于 31Hz 的音调。

语法

tone(pin, frequency) // 语法一

tone(pin, frequency, duration) // 语法二

tone(17, 1760, 1000, 0);  // 17：管脚  1760：频率 1000：延时 0：通道

入口参数：

• pin: 生成音调的 Arduino 引脚。
• frequency: 以赫兹为单位的音调频率。允许的数据类型： unsigned int 无符号整数。
• duration: 以毫秒为单位的音调持续时间（可选）。允许的数据类型：unsigned long

noTone()函数

停止生成由tone() 触发的方波。如果没有生成音调，则无效。

语法

noTone(pin)

注意： 如果您想在多个引脚上播放不同的音高，您需要在一个引脚上调用 noTone()，然后再在下一个引脚上调用tone()。

示例程序P1

开发环境是VSCode + PlatformIO IDE

#include 
#include 
#include 
#include // buzzer pin
#define BUZZER 19
#define ADC_PIN 34
uint16_t adc = 0;
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE); // U8G2_R0：屏幕旋转0°度/*** @brief  屏幕显示界面1* @param  无* @param  无* @retval adc：检测电池电量ADC34*/
void page1(int adc) {u8g2.setFont(u8g2_font_helvR08_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(0,0);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String("ADC:") + String(adc));u8g2.nextPage();//刷新屏幕
}/*** @brief  《两只老虎》简谱* @param  无* @param  无* @retval count：计数*/
void two_tigers_music_play()
{
byte count = 0;                 // byte 占1个字节 1*8bit=8位 0~256 节省内存
// low 1-7 低音
unsigned int  LOW_1 = 262;      // unsigned int 占4个字节 4*8bit=32位  0~4294967295
unsigned short LOW_1_P_5 = 277; // unsigned short 等于 uint16_t
uint16_t LOW_2 = 294;           // uint16_t 占2个字节 2*8bit=16位  0~65535
uint16_t LOW_2_P_5 = 311;
uint16_t LOW_3 = 330;
uint16_t LOW_4 = 349;
uint16_t LOW_4_P_5 = 370;
uint16_t LOW_5 = 392;
uint16_t LOW_5_P_5 = 415;
uint16_t LOW_6 = 440;
uint16_t LOW_6_P_5 = 466;
uint16_t LOW_7 = 494;for (count = 0; count < 2; count++) // 每句歌词唱两遍
{tone(BUZZER, LOW_1);delay(500);tone(BUZZER, LOW_2);delay(500);tone(BUZZER, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER, LOW_1);delay(500);noTone(BUZZER);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER, LOW_4);delay(500);tone(BUZZER, LOW_5);delay(1000);noTone(BUZZER);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER, LOW_5);delay(350);tone(BUZZER, LOW_6);delay(150); tone(BUZZER, LOW_5);delay(350);tone(BUZZER, LOW_4);delay(150); tone(BUZZER, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER, LOW_1);delay(500);noTone(BUZZER);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER, LOW_1_P_5);delay(500);tone(BUZZER, LOW_5_P_5);delay(500);tone(BUZZER, LOW_1_P_5);delay(1000);noTone(BUZZER);delay(500);
}} /*** @brief  任务2函数* @param  无* @param  无* @retval pvParameters：*/
void task_2( void * pvParameters ){
for(;;){adc = analogRead(ADC_PIN);page1(adc); // 显示电量vTaskDelay(1);
}
}
/*** @brief  任务3函数* @param  无* @param  无* @retval pvParameters：*/
void task_3( void * pvParameters ){
for(;;){two_tigers_music_play();// 播放营业vTaskDelay(1);
}
}/*** @brief  初始化setup()* @param  无* @param  无* @retval */
void setup() {pinMode(BUZZER, OUTPUT);pinMode(ADC_PIN, INPUT);u8g2.enableUTF8Print();u8g2.setI2CAddress(0x3C*2);u8g2.begin();u8g2.firstPage();do{page1(adc);}while(u8g2.nextPage());xTaskCreatePinnedToCore(task_2, "task_2", 4096, NULL, 0, NULL, 1);xTaskCreatePinnedToCore(task_3, "task_3", 4096, NULL, 8, NULL, 1);
//xTaskCreatePinnedToCore 函数参数说明：
// task_2:实现任务的函数名称（task1）
// "task_2":任务的任何名称（“ task1”等）
// 4096:分配给任务的堆栈大小，以字为单位
// NULL:任务输入参数（可以为NULL）
// 2:任务的优先级（0是最低优先级）
// NULL:任务句柄（可以为NULL）
// 1:任务将运行的ESP32D的内核ID（0或1）
}void loop() {vTaskDelay(1);
}

示例程序P2

开发环境是VSCode + PlatformIO IDE

/*
1.ESP32 NTP Client-Server: Get Date and Time (Arduino IDE) : https://randomnerdtutorials.com/esp32-date-time-ntp-client-server-arduino/
2.ESP32 Weather Station Interface PCB Shield (Temperature, Humidity, Pressure, Date and Time):https://randomnerdtutorials.com/esp32-weather-station-pcb/
3.esp32获取网络天气时钟--桌面旋转太空人天气预报站： https://blog.csdn.net/DWX_top/article/details/120650278
*/#include 
// #include  // tone库 ESP32 for Arduino IDE  
#include // 屏幕显示依赖库
#include 
#include 
#include 
// buzzer pin
#define BUZZER 19
#define ADC_PIN 34
#define BUTTON 18
uint16_t adc = 0;
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE); // U8G2_R0：屏幕旋转0°度
// Insert your network credentials
const char* ssid     = "CMCC-e47q";// wifi名称
const char* password = "23vc6uxj"; // wifi 密码// NTP Server Details
const char* ntpServer = "pool.ntp.org"; //"ntp.ntsc.ac.cn";
const long  gmtOffset_sec = 28800;  // 北京时区
const int   daylightOffset_sec = 3600;uint16_t alarm_clock_hour = 0;
uint16_t alarm_clock_minute = 0;
/*** @brief  屏幕界面1* @param  adc ：读取电池的ADC* @retval alarm_clock_minute: 时钟的分钟数值*/
uint16_t page1(uint16_t adc) {//DATE AND TIMEstruct tm timeinfo;if(!getLocalTime(&timeinfo)){//Serial.println("Failed to obtain time");}//Serial.println(&timeinfo, "%A, %B %d %Y %H:%M:%S");//GET DATE//Get full weekday namechar weekDay[10];strftime(weekDay, sizeof(weekDay), "%a", &timeinfo);//Get day of monthchar dayMonth[4];strftime(dayMonth, sizeof(dayMonth), "%d", &timeinfo);//Get abbreviated month namechar monthName[5];strftime(monthName, sizeof(monthName), "%b", &timeinfo);//Get yearchar year[6];strftime(year, sizeof(year), "%Y", &timeinfo);//GET TIME//Get hour (12 hour format)/*char hour[4];strftime(hour, sizeof(hour), "%I", &timeinfo);*///Get hour (24 hour format)char hour[4];strftime(hour, sizeof(hour), "%H", &timeinfo);alarm_clock_hour = atoi(hour);  // c标准库函数-- atoi() 将字符串转换为整型//Get minutechar minute[4];strftime(minute, sizeof(minute), "%M", &timeinfo);alarm_clock_minute = atoi(minute); // c标准库函数-- atoi() 将字符串转换为整型u8g2.firstPage();do{u8g2.setFont(u8g2_font_timR08_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(0,0);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String("bat:") + String(adc));u8g2.setFont(u8g2_font_timR18_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(30,10);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String(hour) + String(":") + String(minute)); // 时 分u8g2.setFont(u8g2_font_timR10_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(16,40);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String(weekDay) + String(",") + String(dayMonth) + String(" ") + String(monthName) + String(" ")+String(year)); // 星期 ， 日 月 年}while(u8g2.nextPage());//刷新屏幕vTaskDelay(100);return alarm_clock_minute;
}/*** @brief  《两只老虎》简谱* @param  无* @param  无* @retval 无*/
void two_tigers_music_play()
{
byte count = 0;                 // byte 占1个字节 1*8bit=8位 0~256 节省内存
// low 1-7 低音
unsigned int  LOW_1 = 262;      // unsigned int 占4个字节 4*8bit=32位  0~4294967295
unsigned short LOW_1_P_5 = 277; // unsigned short 等于 uint16_t
uint16_t LOW_2 = 294;           // uint16_t 占2个字节 2*8bit=16位  0~65535
uint16_t LOW_2_P_5 = 311;
uint16_t LOW_3 = 330;
uint16_t LOW_4 = 349;
uint16_t LOW_4_P_5 = 370;
uint16_t LOW_5 = 392;
uint16_t LOW_5_P_5 = 415;
uint16_t LOW_6 = 440;
uint16_t LOW_6_P_5 = 466;
uint16_t LOW_7 = 494;for (count = 0; count < 2; count++) // 每句歌词唱两遍
{tone(BUZZER, LOW_1);delay(500);tone(BUZZER, LOW_2);delay(500);tone(BUZZER, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER, LOW_1);delay(500);noTone(BUZZER);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER, LOW_4);delay(500);tone(BUZZER, LOW_5);delay(1000);noTone(BUZZER);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER, LOW_5);delay(350);tone(BUZZER, LOW_6);delay(150); tone(BUZZER, LOW_5);delay(350);tone(BUZZER, LOW_4);delay(150); tone(BUZZER, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER, LOW_1);       delay(500);noTone(BUZZER);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER, LOW_1_P_5);delay(500);tone(BUZZER, LOW_5_P_5);delay(500);tone(BUZZER, LOW_1_P_5);delay(1000);noTone(BUZZER);delay(500);
}} /*** @brief  任务2函数* @param  无* @param  无* @retval pvParameters：*/
void task_2( void * pvParameters ){
for(;;){adc = analogRead(ADC_PIN);page1(adc); // 显示电量vTaskDelay(100);
}
}
/*** @brief  任务3函数* @param  无* @param  无* @retval pvParameters：*/
void task_3( void * pvParameters ){
for(;;){if((alarm_clock_minute % 60) == 0 || digitalRead(BUTTON)== 0){two_tigers_music_play();// 整点播放 or 按键触发播放}vTaskDelay(1);
}
}/*** @brief  初始化setup()* @param  无* @param  无* @retval */
void setup() {Serial.begin(115200);pinMode(BUZZER, OUTPUT);pinMode(ADC_PIN, INPUT);pinMode(BUTTON,INPUT_PULLUP);u8g2.enableUTF8Print();u8g2.setI2CAddress(0x3C*2);u8g2.begin();u8g2.firstPage();do{page1(adc);}while(u8g2.nextPage());// Connect to Wi-FiSerial.print("Connecting to ");Serial.println(ssid);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected.");// Init and get the timeconfigTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);xTaskCreatePinnedToCore(task_2, "task_2", 4096, NULL, 2, NULL, 1);xTaskCreatePinnedToCore(task_3, "task_3", 4096, NULL, 0, NULL, 1);
//xTaskCreatePinnedToCore 函数参数说明：
// task_2:实现任务的函数名称（task1）
// "task_2":任务的任何名称（“ task1”等）
// 4096:分配给任务的堆栈大小，以字为单位
// NULL:任务输入参数（可以为NULL）
// 2:任务的优先级（0是最低优先级）
// NULL:任务句柄（可以为NULL）
// 1:任务将运行的ESP32D的内核ID（0或1）
}void loop() {vTaskDelay(1);
}

示例程序P3

ESP32的ADC 和DAC 使用要点总结：

• 1.要用 dacWrite() 而非 analogWrite() 函数，前者 输出模拟信号，后者输出 PWM 信号；
• 2.要使用analogReadMilliVolts() 直接读取电压，这个函数会结合衰减系数和特征曲线进行计算。
• 3.要把esp32 库升级到2.0.5版本以上，否则 analogReadMilliVolts() 读数是错误的。
• 4.使用电阻分压，使待测电压降低到2500mV以内。
• 5.根据 ADC原始结果计算电压，可以使用公式：Vout = Dout * Vmax / Dmax
  - Vout ：电压
  - Dout ：ADC 原始数字读数。
  - Vmax ：最大可测量输入模拟电压，请参阅 ADC 衰减。
  - Dmax：输出 ADC 原始数字读取结果的最大值，在 Single Read 模式下为 4095，在 Continuous Read 模式下为 4095。

/*
1.ESP32 NTP Client-Server: Get Date and Time (Arduino IDE) : https://randomnerdtutorials.com/esp32-date-time-ntp-client-server-arduino/
2.ESP32 Weather Station Interface PCB Shield (Temperature, Humidity, Pressure, Date and Time):https://randomnerdtutorials.com/esp32-weather-station-pcb/
3.esp32获取网络天气时钟--桌面旋转太空人天气预报站： https://blog.csdn.net/DWX_top/article/details/120650278
*/#include 
// #include  // tone库 ESP32 for Arduino IDE  
#include // 屏幕显示依赖库
#include 
#include 
#include 
// BUZZER_PIN pin
#define BUZZER_PIN 19
#define ADC_PIN 34
#define BUTTON_PIN 18
// uint16_t adc = 0;
float volt = 0;U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE); // U8G2_R0：屏幕旋转0°度
// Insert your network credentials
const char* ssid     = "CMCC-e47q";// wifi名称
const char* password = "23vc6uxj"; // wifi 密码// NTP Server Details
const char* ntpServer = "pool.ntp.org"; //"ntp.ntsc.ac.cn";
const long  gmtOffset_sec = 28800;  // 北京时区
const int   daylightOffset_sec = 3600;uint16_t alarm_clock_hour = 0;
uint16_t alarm_clock_minute = 0;
/*** @brief  屏幕界面1* @param  volt ：读取电池的电压* @retval alarm_clock_minute: 时钟的分钟数值*/
uint16_t page1(float volt) {//DATE AND TIMEstruct tm timeinfo;if(!getLocalTime(&timeinfo)){//Serial.println("Failed to obtain time");}//Serial.println(&timeinfo, "%A, %B %d %Y %H:%M:%S");//GET DATE//Get full weekday namechar weekDay[10];strftime(weekDay, sizeof(weekDay), "%a", &timeinfo);//Get day of monthchar dayMonth[4];strftime(dayMonth, sizeof(dayMonth), "%d", &timeinfo);//Get abbreviated month namechar monthName[5];strftime(monthName, sizeof(monthName), "%b", &timeinfo);//Get yearchar year[6];strftime(year, sizeof(year), "%Y", &timeinfo);//GET TIME//Get hour (12 hour format)/*char hour[4];strftime(hour, sizeof(hour), "%I", &timeinfo);*///Get hour (24 hour format)char hour[4];strftime(hour, sizeof(hour), "%H", &timeinfo);alarm_clock_hour = atoi(hour);  // c标准库函数-- atoi() 将字符串转换为整型//Get minutechar minute[4];strftime(minute, sizeof(minute), "%M", &timeinfo);alarm_clock_minute = atoi(minute); // c标准库函数-- atoi() 将字符串转换为整型u8g2.firstPage();do{u8g2.setFont(u8g2_font_timR08_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(0,0);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String("bat:") + String(volt));u8g2.setFont(u8g2_font_timR18_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(30,10);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String(hour) + String(":") + String(minute)); // 时 分u8g2.setFont(u8g2_font_timR10_tf); //设置字体 字号 字形u8g2.setFontPosTop();  // 设置定位的位置以字符顶开始u8g2.setCursor(16,40);  // 设置屏幕坐标u8g2.print(String(weekDay) + String(",") + String(dayMonth) + String(" ") + String(monthName) + String(" ")+String(year)); // 星期 ， 日 月 年}while(u8g2.nextPage());//刷新屏幕vTaskDelay(100);return alarm_clock_minute;
}/*** @brief  《两只老虎》简谱* @param  无* @param  无* @retval 无*/
void two_tigers_music_play()
{
byte count = 0;                 // byte 占1个字节 1*8bit=8位 0~256 节省内存
// low 1-7 低音
unsigned int  LOW_1 = 262;      // unsigned int 占4个字节 4*8bit=32位  0~4294967295
unsigned short LOW_1_P_5 = 277; // unsigned short 等于 uint16_t
uint16_t LOW_2 = 294;           // uint16_t 占2个字节 2*8bit=16位  0~65535
uint16_t LOW_2_P_5 = 311;
uint16_t LOW_3 = 330;
uint16_t LOW_4 = 349;
uint16_t LOW_4_P_5 = 370;
uint16_t LOW_5 = 392;
uint16_t LOW_5_P_5 = 415;
uint16_t LOW_6 = 440;
uint16_t LOW_6_P_5 = 466;
uint16_t LOW_7 = 494;for (count = 0; count < 2; count++) // 每句歌词唱两遍
{tone(BUZZER_PIN, LOW_1);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_2);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_1);delay(500);noTone(BUZZER_PIN);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER_PIN, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_4);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_5);delay(1000);noTone(BUZZER_PIN);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER_PIN, LOW_5);delay(350);tone(BUZZER_PIN, LOW_6);delay(150); tone(BUZZER_PIN, LOW_5);delay(350);tone(BUZZER_PIN, LOW_4);delay(150); tone(BUZZER_PIN, LOW_3);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_1);       delay(500);noTone(BUZZER_PIN);delay(500);
}for (count = 0; count < 2; count++)
{tone(BUZZER_PIN, LOW_1_P_5);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_5_P_5);delay(500);tone(BUZZER_PIN, LOW_1_P_5);delay(1000);noTone(BUZZER_PIN);delay(500);
}} /*** @brief  任务2函数* @param  无* @param  无* @retval pvParameters：*/
void task_2( void * pvParameters ){for(;;){// volt = analogRead(ADC_PIN) *4.2 / 4095;           //  ADC 原始结果计算电压公式：Vout = Dout * Vmax / Dmaxvolt = analogReadMilliVolts(ADC_PIN) * 11 / 1000.0;  // 10k + 1k 电阻串联分4.2V电压  1V = 1000mVpage1(volt); // 显示电量vTaskDelay(100);
}
}
/*** @brief  任务3函数* @param  无* @param  无* @retval pvParameters：*/
void task_3( void * pvParameters ){
for(;;){if((alarm_clock_minute % 60) == 0 || digitalRead(BUTTON_PIN)== 0){two_tigers_music_play();// 整点播放 or 按键触发播放}vTaskDelay(1);
}
}/*** @brief  初始化setup()* @param  无* @param  无* @retval */
void setup() {Serial.begin(115200);pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);pinMode(ADC_PIN, INPUT);pinMode(BUTTON_PIN,INPUT_PULLUP);u8g2.enableUTF8Print();u8g2.setI2CAddress(0x3C*2);u8g2.begin();u8g2.firstPage();do{page1(volt);}while(u8g2.nextPage());// Connect to Wi-FiSerial.print("Connecting to ");Serial.println(ssid);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected.");// Init and get the timeconfigTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);xTaskCreatePinnedToCore(task_2, "task_2", 4096, NULL, 2, NULL, 1);xTaskCreatePinnedToCore(task_3, "task_3", 4096, NULL, 0, NULL, 1);
//xTaskCreatePinnedToCore 函数参数说明：
// task_2:实现任务的函数名称（task1）
// "task_2":任务的任何名称（“ task1”等）
// 4096:分配给任务的堆栈大小，以字为单位
// NULL:任务输入参数（可以为NULL）
// 2:任务的优先级（0是最低优先级）
// NULL:任务句柄（可以为NULL）
// 1:任务将运行的ESP32D的内核ID（0或1）
}void loop() {vTaskDelay(1);
}

float adc;
adc = analogRead(ADC_PIN) * 4.2 / 4095;           //  ADC 原始结果计算电压公式：Vout = Dout * Vmax / Dmax
adc = analogReadMilliVolts(ADC_PIN) * 11 / 1000.0;  // 10k + 1k 电阻串联分4.2V电压  1V = 1000mV

参考资料

• [1] 【CSDN】使用ARDUINO UNO和无源蜂鸣器实现音乐-《两只老虎》

• [2] 【CSDN】Arduino之运用u8gbil库控制OLED

• [3] Mixly2.0 中自带u8g2和freeRTOS积木模块
  

• [4] 【RNT】ESP32 NTP Client-Server: Get Date and Time (Arduino IDE)

• [5] 【RNT】ESP32 Weather Station Interface PCB Shield (Temperature, Humidity, Pressure, Date and Time)

• [6] 【CSDN】esp32获取网络天气时钟–桌面旋转太空人天气预报站

• [7]【B站】ESP32-S2 正确调用 ADC DAC库函数（Arduino 环境）

• [8]【ESPRESSIF】Analog to Digital Converter (ADC)