【雕爷学编程】MicroPython手册之 瑞萨电子 RA 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。

瑞萨电子EK-RA6M2开发板的技术参数，如下所示：

1、EK-RA6M2开发板是一款用于评估和开发基于RA6M2微控制器的嵌入式系统应用的评估套件。
2、RA6M2微控制器是一款基于高性能Arm® Cortex®-M4内核的32位微控制器，具有120MHz的工作频率，512KB的内部闪存，256KB的内部SRAM，以及64KB的数据闪存。
3、RA6M2微控制器还具有多种外设和接口，如以太网MAC、USB 2.0全速主机/设备、CAN、SDHI、QSPI、SCI、SPI、I2C、ADC、DAC、比较器、定时器、RTC等。
4、EK-RA6M2开发板提供了多种连接和扩展选项，如Arduino兼容的扩展插槽、Pmod™连接器、以太网端口、USB端口、LED灯、按键、电位器等。
5、EK-RA6M2开发板支持瑞萨电子的灵活配置软件包(FSP)，以及各种集成开发环境(IDE)，如e² studio、IAR Embedded Workbench® for Arm (EWARM)和Keil® µVision®。
6、EK-RA6M2开发板还提供了多个示例项目和应用文档，帮助用户快速入门和开发自定义应用程序。

MicroPython的瑞萨电子RA是指在MicroPython环境中使用瑞萨电子RA系列微控制器的功能。

主要特点：

高性能和灵活性：瑞萨电子RA系列微控制器采用了高性能的ARM Cortex-M内核，具有较高的处理能力和计算性能。结合MicroPython的灵活性，开发者可以编写高级的Python代码来实现复杂的功能和算法。

丰富的外设和接口：瑞萨电子RA系列微控制器提供了丰富的外设和接口，如通用输入输出（GPIO）、模拟数字转换器（ADC）、定时器、通信接口（如UART、SPI、I2C）、PWM输出、以太网接口等。这些外设和接口可满足各种应用的需求，提供了灵活性和可扩展性。

低功耗和节能功能：瑞萨电子RA系列微控制器在设计上注重功耗优化，通过优化电源管理和低功耗模式，实现了较低的功耗水平。这对于依赖于电池供电或对功耗有严格要求的应用非常重要。此外，RA系列微控制器还提供了节能功能，如时钟管理和睡眠模式，进一步降低系统的总体功耗。

安全性和可靠性：瑞萨电子RA系列微控制器内置了硬件和软件安全功能，用于保护系统免受外部攻击和数据泄露的威胁。这些安全功能包括存储器保护单元（MPU）、硬件加密引擎、安全引导、安全调试等。此外，瑞萨电子作为一家具有丰富经验和良好信誉的半导体公司，保证了RA系列微控制器的高可靠性和稳定性。

应用场景：

物联网（IoT）应用：MicroPython的瑞萨电子RA适用于物联网应用，如智能家居、智能城市、智能农业等。开发者可以利用MicroPython的高级语法和RA系列微控制器的丰富外设来轻松实现物联网设备的控制、传感和数据处理。

嵌入式控制应用：瑞萨电子RA系列微控制器具有高性能和灵活性，适用于各种嵌入式控制应用，如工业自动化、机器人控制、电机控制等。MicroPython的简洁语法和易用性使得开发者能够快速开发和调试复杂的控制算法。

边缘计算应用：由于瑞萨电子RA系列微控制器具有较高的处理能力和计算性能，以及丰富的外设和接口，因此非常适合用于边缘计算应用。开发者可以在RA系列微控制器上运行MicroPython代码，实现本地数据处理和决策，减少对云端的依赖，提高响应速度和隐私保护。

需要注意的事项：

学习成本：使用MicroPython的瑞萨电子RA需要一定的学习成本，特别是对于那些对MicroPython和RA系列微控制器不熟悉的开发者。建议开发者在开始之前，深入学习MicroPython语言和RA系列微控制器的特性和用法，以充分发挥其优势。

内存和性能限制：尽管RA系列微控制器具有较高的性能，但其内存和存储容量有限。在编写MicroPython代码时，需要注意内存占用和性能消耗，以避免超出RA微控制器的限制。

硬件兼容性：在选择使用MicroPython的瑞萨电子RA时，需要确保所选的RA微控制器与MicroPython环境兼容，并且有相应的软件支持和开发工具链可用。检查瑞萨电子官方文档和社区支持可以获得更多关于硬件兼容性的信息。

软件支持和生态系统：MicroPython的瑞萨电子RA相对于其他主流开发平台可能具有较小的生态系统。因此，在选择MicroPython作为开发工具时，需要评估其软件支持和可用的库、模块等资源，以确保能够满足项目需求。

调试和故障排除：在开发过程中，可能会遇到调试和故障排除的挑战。了解MicroPython和RA系列微控制器的调试工具和技术，如串口调试、日志记录等，可以帮助开发者快速定位和解决问题。

总的来说，MicroPython的瑞萨电子RA具有高性能、灵活性，适用于物联网、嵌入式控制和边缘计算等应用。在使用之前，开发者需要了解相关的知识，并注意学习成本、内存和性能限制、硬件兼容性、软件支持和调试等方面的事项，以确保项目的顺利进行。

案例1：点亮LED

from machine import Pin
import time

# 初始化引脚
led = Pin(2, Pin.OUT)

# 循环点亮和熄灭LED
while True:
    led.value(1)      # 点亮LED
    time.sleep(1)     # 延时1秒
    led.value(0)      # 熄灭LED
    time.sleep(1)     # 延时1秒

要点解读：这个程序与前两个案例类似，但它控制了一个LED。它首先创建了一个Pin对象，指定了引脚号为2，并设置为输出模式。在每次循环中，它先将LED点亮，然后延时1秒，再将LED熄灭，并延时1秒。这样就实现了LED的闪烁效果。

案例2：读取按键状态

from machine import Pin, PinEvent
import time

# 初始化引脚
button = Pin(4, Pin.IN, PinEvent.EDGE_RISING)

# 循环检测按键状态
while True:
    if button.value() == 0:      # 检测到按键按下
        print('Button pressed')
        time.sleep(0.5)         # 延时0.5秒
    else:                        # 未检测到按键按下
        print('Button not pressed')
        time.sleep(0.5)         # 延时0.5秒

要点解读：这个程序使用PinEvent模块实现了按键状态的检测功能。它首先创建了一个Pin对象，指定了引脚号为4，并设置为输入模式、上升沿触发模式。在每次循环中，它检测按键是否被按下，如果按下则输出提示信息，并延时0.5秒；否则输出未按下的提示信息，并延时0.5秒。这样就实现了按键状态的实时检测。

案例3：控制蜂鸣器发声

from machine import Pin
import time

# 初始化引脚
buzzer = Pin(13, Pin.OUT)

# 循环控制蜂鸣器发声
while True:
    buzzer.value(1)      # 使能蜂鸣器
    time.sleep(1)       # 延时1秒
    buzzer.value(0)      # 禁止蜂鸣器发声
    time.sleep(1)       # 延时1秒

要点解读：这个程序与前两个案例类似，但它控制了一个蜂鸣器。它首先创建了一个Pin对象，指定了引脚号为13，并设置为输出模式。在每次循环中，它先将蜂鸣器使能，然后延时1秒，再将蜂鸣器禁止，并延时1秒。这样就实现了蜂鸣器的开关控制效果。

案例4：使用GPIO控制LED闪烁

import machine  
import time  
  
# 设置GPIO引脚为LED控制引脚  
led = machine.Pin(0, machine.Pin.OUT)  
  
# 控制LED闪烁  
while True:  
    led.on()  
    time.sleep(0.5)  
    led.off()  
    time.sleep(0.5)

要点解读：
首先导入所需的模块，包括machine和time。
然后将GPIO引脚0设置为LED控制引脚，并将其初始化为输出模式。
使用while循环控制LED的闪烁。在每次循环中，先将LED点亮，然后延时0.5秒，再将LED熄灭，再延时0.5秒。循环不断重复，从而实现LED的闪烁效果。

案例5：使用ADC读取模拟信号

import machine  
  
# 设置ADC引脚为模拟信号输入引脚  
adc = machine.ADC(machine.Pin(1))  
  
# 读取模拟信号值，并输出到串口  
while True:  
    value = adc.read()  

    print(value)

要点解读：
首先导入所需的模块，包括machine。
然后将GPIO引脚1设置为模拟信号输入引脚，并将其初始化为ADC模式。
使用while循环不断读取模拟信号值。在每次循环中，使用adc.read()方法读取模拟信号值，并将其输出到串口。循环不断重复，从而实现实时读取模拟信号的功能。

案例6：使用I2C控制OLED显示屏显示文本

import machine  
import ssd1306  
import time  
  
# 设置I2C引脚和OLED显示屏参数  
i2c = machine.I2C(scl=machine.Pin(5), sda=machine.Pin(4), freq=100000)  
disp = ssd1306.SSD1306_I2C(i2c, 128, 64)  
  
# 在OLED显示屏上显示文本  
disp.text('Hello, World!', 0, 0)  
disp.show()  
time.sleep(2)

要点解读：
首先导入所需的模块，包括machine、ssd1306和time。
然后设置I2C引脚和OLED显示屏参数。这里使用I2C0，并指定SCL和SDA引脚。设置OLED显示屏分辨率为128x64。
使用ssd1306.SSD1306_I2C()方法创建一个OLED显示屏对象。然后使用disp.text()方法在显示屏上显示文本。最后使用disp.show()方法将文本显示到屏幕上。使用time.sleep()方法延时2秒，以便观察显示效果。

案例7：案例一：使用RA6M2微控制器和MicroPython控制一个RGB LED灯带

# 导入需要的模块
import time
import machine
import neopixel

# 创建一个Pin对象，连接到数据线上
dat = machine.Pin('P411')

# 创建一个Neopixel对象，传入数据线的Pin对象，以及LED的数量
strip = neopixel.NeoPixel(dat, 30)

# 定义一个函数，根据偏移量生成一个颜色元组
def rainbow(offset):
    # 颜色是从红到绿到蓝再回到红的过渡
    offset = 255 - offset
    if offset < 85:
        return (255 - offset * 3, 0, offset * 3)
    if offset < 170:
        offset -= 85
        return (0, offset * 3, 255 - offset * 3)
    offset -= 170
    return (offset * 3, 255 - offset * 3, 0)

# 循环显示彩虹灯效
while True:
    # 遍历所有的LED
    for i in range(strip.n):
        # 根据LED的位置计算颜色偏移量
        offset = (i * 256 // strip.n) % 255
        # 设置LED的颜色
        strip[i] = rainbow(offset)
    # 将颜色数据发送到LED上
    strip.write()
    # 等待一段时间
    time.sleep_ms(100)

这个程序的要点解读如下：
首先，导入需要的模块，包括time、machine、neopixel。
然后，创建一个Pin对象，连接到数据线上。这里假设数据线连接到P411引脚。
接着，创建一个Neopixel对象，传入数据线的Pin对象，以及LED的数量。这里假设LED灯带有30个LED。
然后，定义一个辅助函数，用于根据不同的偏移量生成不同的颜色元组。每个颜色元组包含三个元素，分别表示红色、绿色和蓝色，取值范围都是0-255。
接着，进入一个无限循环，显示彩虹灯效。
在循环中，遍历所有的LED，根据它们的位置计算颜色偏移量，并设置它们的颜色。然后将颜色数据发送到LED上，并暂停一段时间。

案例8：使用RA4M1微控制器和MicroPython读取一个DHT11温湿度传感器

# 导入需要的模块
import time
import machine
import dht

# 创建一个Pin对象，连接到数据线上
dat = machine.Pin('P401')

# 创建一个DHT11对象
d = dht.DHT11(dat)

# 循环读取并显示温度和湿度值
while True:
    # 调用measure方法，启动测量
    d.measure()
    # 调用temperature方法，获取温度值，单位为摄氏度
    temp = d.temperature()
    # 调用humidity方法，获取湿度值，单位为百分比
    hum = d.humidity()
    # 打印温度和湿度值
    print('Temperature:', temp, 'C')
    print('Humidity:', hum, '%')
    # 等待2秒，再次测量
    time.sleep(2)

这个程序的要点解读如下：
首先，导入需要的模块，包括time、machine、dht。
然后，创建一个Pin对象，连接到数据线上。这里假设数据线连接到P401引脚。
接着，创建一个DHT11对象，传入Pin对象作为参数。这个对象封装了DHT11传感器的特定操作，如启动测量、读取温度值、读取湿度值等。
然后，进入一个无限循环，读取并显示温度和湿度值。
在循环中，首先调用DHT11对象的measure方法，启动测量。这个方法需要等待至少2秒才能完成测量，所以使用time模块的sleep方法暂停2秒。
然后，调用DHT11对象的temperature方法和humidity方法，分别获取温度值和湿度值。这两个方法都会返回一个整数，表示温度值或湿度值，单位分别为摄氏度和百分比。然后，使用print函数打印温度和湿度值。

案例9：使用RA6M2微控制器和MicroPython控制一个OLED显示屏

# 导入需要的模块
import time
import machine
import ssd1306

# 创建一个I2C对象，连接到SDA和SCL引脚上
i2c = machine.I2C(sda=machine.Pin('P302'), scl=machine.Pin('P301'))

# 创建一个SSD1306对象，传入I2C对象、宽度和高度作为参数
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# 清除显示屏
oled.fill(0)
oled.show()

# 在显示屏上绘制一些图形
oled.pixel(0, 0, 1) # 在左上角画一个像素点
oled.rect(10, 10, 20, 20, 1) # 在(10,10)位置画一个20x20的矩形
oled.fill_rect(40, 10, 20, 20, 1) # 在(40,10)位置画一个20x20的实心矩形
oled.line(70, 10, 90, 30, 1) # 在(70,10)和(90,30)之间画一条直线
oled.circle(100, 20, 10, 1) # 在(100,20)位置画一个半径为10的圆
oled.show() # 更新显示屏

# 在显示屏上显示一些文本
oled.text('Hello', 0, 40) # 在(0,40)位置显示'Hello'
oled.text('World', 0, 50) # 在(0,50)位置显示'World'
oled.show() # 更新显示屏

# 循环显示当前时间
while True:
    # 获取当前时间元组
    t = time.localtime()
    # 格式化时间字符串
    s = '{:02d}:{:02d}:{:02d}'.format(t[3], t[4], t[5])
    # 清除之前的时间文本
    oled.fill_rect(0, 0, 128, 8, 0)
    # 在(0,0)位置显示当前时间文本
    oled.text(s, 0, 0)
    # 更新显示屏
    oled.show()
    # 等待一秒
    time.sleep(1)

这个程序的要点解读如下：
首先，导入需要的模块，包括time、machine、ssd1306。
然后，创建一个I2C对象，连接到SDA和SCL引脚上。这里假设SDA连接到P302引脚，SCL连接到P301引脚。
接着，创建一个SSD1306对象，传入I2C对象、宽度和高度作为参数。这里假设OLED显示屏的分辨率是128x64。
然后，清除显示屏，将所有像素点设置为0（黑色）。
接着，在显示屏上绘制一些图形，如像素点、矩形、直线、圆等。每个图形都需要指定坐标。

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。确保正确连接硬件并了解所使用的传感器和设备的规范和特性非常重要。