【雕爷学编程】MicroPython手册之 RP2（Pico） 使用参考

MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。

MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。

MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。

使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。

总体来说,MicroPython让Python进入了微控制器领域，是一项重要的创新，既降低了编程门槛，又提供了良好的硬件控制能力。非常适合各类物联网和智能硬件的开发。

RP2（Pico）是树莓派基金会推出的一款微控制器开发板，基于自研的 RP2040 芯片，售价仅为 4 美元。它可以用 C/C++ 或 Python 语言编程，适合用于物联网、机器人、音乐等各种应用场景。下面将从技术参数、主要特点、应用场景和注意事项四个方面，详细地介绍 RP2（Pico）。

技术参数：RP2（Pico）的技术参数如下：

搭载双核 ARM Cortex M0+ 处理器，运行频率 133 MHz
内置 264 KB 的片上 RAM，板载 2 MB 闪存
可通过专用 QSPI 总线支持最高 16 MB 的片外闪存
DMA 控制器
30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入
2 个 UART、2 个 SPI 控制器和 2 个 I2C 控制器
16 个 PWM 通道
USB 1.1 主机和设备支持
8 个树莓派可编程 I/O（PIO）状态机，用于自定义外围设备支持
支持 UF2 的 USB 大容量存储启动模式，用于拖放式编程

主要特点：RP2（Pico）的主要特点有：

低成本：RP2（Pico）的售价仅为 4 美元，是一款非常经济实惠的微控制器开发板。
高性能：RP2（Pico）拥有双核心处理器和丰富的内存资源，可以运行复杂的算法和程序。
灵活性：RP2（Pico）提供了多种编程语言和工具的支持，用户可以根据自己的喜好和需求选择 C/C++ 或 Python 进行开发。
易用性：RP2（Pico）采用了拖放式编程的方式，用户只需要将编译好的 UF2 文件拖放到 Pico 的 USB 存储卷上，就可以完成程序的烧录和运行。
扩展性：RP2（Pico）拥有多达 30 个 GPIO 引脚，可以连接各种传感器、执行器和其他外设，实现各种功能和效果。

应用场景：RP2（Pico）适合用于物联网、机器人、音乐等各种应用场景。例如：

物联网：利用 Pico 的 GPIO、ADC、PWM、I2C、SPI 和 UART 等接口，可以实现各种物联网应用，如智能家居、智能农业、智能交通等。例如，您可以使用 Pico 连接温湿度传感器、继电器和 Wi-Fi 模块，实现远程监控和控制室内环境的功能2。
机器人：利用 Pico 的 GPIO、PWM 和 I2C 等接口，可以实现各种机器人应用，如小车、四轴飞行器、机械臂等。例如，您可以使用 Pico 连接电机驱动模块、超声波测距模块和 OLED 显示屏，实现避障小车的功能2。
音乐：利用 Pico 的 GPIO、PWM 和 SPI 等接口，可以实现各种音乐应用，如合成器、音乐播放器、音乐可视化等。例如，您可以使用 Pico 连接扬声器、麦克风和 TFT 显示屏，实现录音和播放音频的功能2。

注意事项：RP2（Pico）使用参考需要注意的事项有：

安装固件：要在 Pico 上运行 C/C++ 或 Python 程序，您需要先下载相应的 UF2 文件，并将其拖放到 Pico 的 RPI-RP2 卷上，以更新 Pico 的固件。您可以在 树莓派官网 下载适用于 Pico 的 C/C++ 和 Python UF2 文件。
连接串口：要与 Pico 交互，您需要使用 USB 串口工具，如 PuTTY、minicom 或 screen，连接到 Pico 的 USB 串口，并设置波特率为 115200。您也可以使用集成开发环境（IDE），如 Thonny、Mu 或 VS Code，连接到 Pico 的 USB 串口，并使用其内置的编辑器和终端。
编写代码：要在 Pico 上编写 C/C++ 或 Python 代码，您可以使用 IDE 或文本编辑器创建代码文件，并保存为 .c、.cpp 或 .py 格式。您可以使用 Pico C/C++ SDK 或 Pico Python SDK 提供的库和模块，以访问各种功能和硬件资源。
运行代码：要在 Pico 上运行 C/C++ 或 Python 代码，您需要先将代码文件编译为 UF2 文件，并将其拖放到 Pico 的 RPI-RP2 卷上，以烧录和运行程序。如果您想让 Pico 在上电或复位后自动运行某个代码文件，您可以将该文件命名为 main.py 或 boot.py 并保存到 Pico 的根目录下。

MicroPython 是一种完整的 Python 3 编程语言，可以直接运行在嵌入式硬件上，如树莓派 Pico1。您可以通过 USB 串口获得一个交互式的提示符（REPL），并立即执行命令，还有一个内置的文件系统。Pico 的 MicroPython 端口包含了访问低级芯片特定硬件的模块。

MicroPython 的 RP2（Pico）的主要功能模块有：

双核心：RP2040 芯片拥有两个 ARM Cortex-M0+ 处理器核心，可以同时运行不同的任务。
外部闪存：Pico 开发板上有一个 2MB 的 QSPI 闪存芯片，可以存储 MicroPython 的固件和用户的代码文件。
USB：Pico 开发板上有一个 USB Type-C 接口，可以用于给 Pico 供电、传输数据和编程。
GPIO：Pico 开发板上有 26 个可编程的通用输入输出引脚（GPIO），可以用于连接各种传感器、执行器和其他外设。
ADC：Pico 开发板上有 4 个模拟输入引脚，可以用于读取模拟信号，如电压、电流和温度。
PWM：Pico 开发板上有 16 个 PWM（脉冲宽度调制）通道，可以用于控制 LED、电机和音频输出。
I2C：Pico 开发板上有 2 个 I2C（双向串行总线）接口，可以用于与其他 I2C 设备通信，如显示屏、RTC（实时时钟）和 EEPROM（电可擦可编程只读存储器）。
SPI：Pico 开发板上有 2 个 SPI（串行外设接口）接口，可以用于与其他 SPI 设备通信，如 SD 卡、Flash 存储器和 TFT 显示屏。
UART：Pico 开发板上有 2 个 UART（通用异步收发器）接口，可以用于与其他 UART 设备通信，如 GPS 模块、蓝牙模块和 Wi-Fi 模块。

RP2的主要特点有:
双核ARM M0+ architecture,运算能力强,速度快
264KB on-chip RAM,足够大部分MicroPython应用
支持MicroPython语法,易学易用
集成PIO状态机,适合控制硬件和低层访问
USB和其他外设接口,易于扩展

RP2的主要应用场景包括:
智能家居、可穿戴等物联网设备的控制端
机器人和其他对实时性有要求的控制系统
传感器数据采集和处理平台
小型的手持或桌面工具仪表

在使用时,需要注意:

PIO和一般GPIO用法不同,需要学习使用方法
无操作系统,需要自行控制任务调度
存储空间有限,代码需优化,可使用外部存储扩展

下面给出一些代码示例:

案例1：控制LED

from machine import Pin
import time
led = Pin(25, Pin.OUT)
while True:
  led.toggle()
  time.sleep(0.5)

案例2：读取温湿度传感器

import dht
from machine import Pin

d = dht.DHT22(Pin(15))
d.measure()
t, h = d.temperature(), d.humidity()

案例3：通过PIO驱动步进电机

import rp2
from machine import Pin

# PIO程序定义步进电机的步进序列
@rp2.asm_pio()  
def stepper():
  wrap_target()
  out(x,1)
  set(x,0)
  
sm = rp2.StateMachine(0, stepper, freq=2000) 
sm.active(1)

pins = [Pin(i, Pin.OUT) for i in (2,3,4,5)]
sm.put(pins) 

案例4：闪烁 LED：这是一个最简单的程序，用于控制 Pico 开发板上的内置 LED（GPIO 25）闪烁。代码如下：

# 导入 time 模块，用于延时
import time
# 导入 machine 模块，用于控制 GPIO
import machine

# 创建一个 Pin 对象，表示 GPIO 25 引脚
led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
# 创建一个无限循环
while True:
    # 将 led 引脚的电平设置为高（亮）
    led.value(1)
    # 延时 0.5 秒
    time.sleep(0.5)
    # 将 led 引脚的电平设置为低（灭）
    led.value(0)
    # 延时 0.5 秒
    time.sleep(0.5)

案例5：读取温度：这是一个稍微复杂的程序，用于读取 Pico 芯片上的内置温度传感器，并在 REPL 上显示温度值。代码如下：

# 导入 machine 模块，用于控制 ADC
import machine
# 导入 math 模块，用于计算温度
import math

# 创建一个 ADC 对象，表示 ADC 4 引脚（温度传感器）
temp_sensor = machine.ADC(4)
# 创建一个无限循环
while True:
    # 读取 temp_sensor 引脚的模拟值（0-65535）
    reading = temp_sensor.read_u16()
    # 将模拟值转换为电压值（0-3.3V）
    voltage = reading * 3.3 / (65535)
    # 根据电压值计算温度值（摄氏度）
    temperature = 27 - (voltage - 0.706) / 0.001721
    # 在 REPL 上打印温度值，保留两位小数
    print("Temperature: {:.2f} C".format(temperature))

案例6：播放音乐：这是一个较为高级的程序，用于播放一段音乐

# 导入 machine 模块，用于控制 GPIO 和 PWM
import machine
# 导入 time 模块，用于延时
import time

# 创建一个 PWM 对象，表示 GPIO 0 引脚（连接蜂鸣器）
buzzer = machine.PWM(machine.Pin(0))
# 设置 buzzer 的频率为 0（静音）
buzzer.freq(0)
# 设置 buzzer 的占空比为 512（最大值为 65535）
buzzer.duty_u16(512)

# 定义一个字典，表示音符和对应的频率（单位为赫兹）
notes = {
    "C4": 262,
    "D4": 294,
    "E4": 330,
    "F4": 349,
    "G4": 392,
    "A4": 440,
    "B4": 494,
    "C5": 523,
    "D5": 587,
    "E5": 659,
    "F5": 698,
    "G5": 784,
    "A5": 880,
    "B5": 988,
}

# 定义一个列表，表示一段音乐的音符和时长（单位为秒）
music = [
    ("E5", 0.25),
    ("E5", 0.25),
    ("E5", 0.25),
    ("C5", 0.25),
    ("E5", 0.25),
    ("G5", 0.25),
    ("G4", 0.25),
    ("C5", 0.25),
    ("G4", 0.25),
    ("E4", 0.25),
    ("A4", 0.25),
    ("B4", 0.25),
    ("A#4", 0.125),
    ("A4", 0.125),
    ("G4", 0.25),
    ("E5", 0.25),
    ("G5", 0.25),
    ("A5", 0.25),
    ("F5", 0.125),
    ("G5", 0.125),
]

# 创建一个无限循环
while True:
    # 遍历 music 列表中的每个元素
    for note, duration in music:
        # 根据音符设置 buzzer 的频率
        buzzer.freq(notes[note])
        # 延时一定的时长
        time.sleep(duration)
        # 设置 buzzer 的频率为 0（静音）
        buzzer.freq(0)
        # 延时一定的时长（间隔）
        time.sleep(0.05)

案例7：控制LED灯：

import machine
import time

led_pin = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
while True:
    led_pin.toggle()
    time.sleep(1)

这个示例演示了如何使用RP2控制一个LED灯。首先初始化一个Pin对象，指定LED灯所连接的引脚（此处使用引脚25）。然后在一个无限循环中，使用toggle()方法来切换LED灯的状态（亮/灭），并使用time.sleep()方法暂停1秒钟。

案例8：读取按钮状态：

import machine

button_pin = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)
while True:
    button_state = button_pin.value()
    if button_state == 1:
        print("Button is pressed")
    else:
        print("Button is not pressed")
    machine.sleep(100)

这个示例演示了如何读取一个按钮的状态。首先初始化一个Pin对象，指定按钮所连接的引脚（此处使用引脚14），并设置引脚为输入模式和下拉电阻。然后在一个无限循环中，使用value()方法读取按钮的状态（1表示按钮被按下，0表示按钮未被按下），根据状态打印相应的消息，最后使用machine.sleep()方法暂停100毫秒。

9：使用ADC读取模拟传感器数据：

import machine

adc = machine.ADC(26)
while True:
    sensor_value = adc.read_u16()
    print("Sensor value:", sensor_value)
    machine.sleep(1000)

这个示例演示了如何使用RP2的ADC（模数转换器）读取模拟传感器的数据。首先初始化一个ADC对象，指定连接模拟传感器的引脚（此处使用引脚26）。然后在一个无限循环中，使用read_u16()方法读取模拟传感器的数值，返回一个16位的无符号整数。将读取到的数值打印出来，并使用machine.sleep()方法暂停1秒钟。在使用MicroPython和RP2进行开发时，需要根据具体的硬件连接和需求进行引脚配置和功能调用。以上示例代码仅供参考，具体的应用程序可能需要根据实际情况进行适当的修改和调整。

请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。