【雕爷学编程】MicroPython手册之麦哲伦 STM32H743 延时和计时

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。

麦哲伦（STM32H743）是STMicroelectronics推出的一款高性能微控制器系列，具有强大的处理能力和丰富的外设资源。以下是麦哲伦STM32H743微控制器的参考技术参数：
1、核心处理器：
ARM Cortex-M7内核，最高主频400 MHz
浮点运算单元（FPU），支持单精度和双精度浮点运算
2、存储器：
Flash存储器：1 MB
SRAM：1 MB
外部存储器接口（支持SDRAM、NOR Flash和NAND Flash等）
3、外设资源：
多个通用定时器（TIM），用于计时、PWM生成等应用
多个串行通信接口（USART、SPI、I2C等）
多个通用输入/输出口（GPIO）
多个模拟输入通道（ADC）
多个模拟输出通道（DAC）
多个通用用途DMA控制器（DMA）
多个通用同步/异步收发器（USART）
多个通用用途直流电机控制器（GPTM）
多个通用用途同步波形发生器（GPTM）
多个USB接口（USB 2.0 OTG FS/HS）
多个以太网控制器（Ethernet MAC）
多个高速串行接口（SPI、I2S等）
多个SDIO接口（支持SD卡和MMC卡）
4、封装和引脚：
LQFP和BGA封装，引脚数量和布局根据具体型号而定
5、工作电压和温度范围：
工作电压：1.7V至3.6V
工作温度范围：-40°C至+85°C或-40°C至+125°C
安全和加密：
内置硬件加速器，支持高级加密标准（AES）、数据完整性校验（CRC）等
内置硬件随机数发生器（RNG）
支持多种安全保护机制，如读保护、写保护、区域保护等
6、调试和开发支持：
JTAG/SWD调试接口
支持ST-Link调试器和开发工具
支持多种集成开发环境（IDE），如Keil MDK、IAR Embedded Workbench等

MicroPython的麦哲伦STM32H743在延时和计时方面具有一些特点。下面将以专业的视角为您详细解释其主要特点、应用场景以及需要注意的事项。

延时特点：

精确的延时控制：麦哲伦STM32H743支持微秒级别的延时控制，可以通过MicroPython编程语言中提供的延时函数进行精确的时间控制。

多任务支持：麦哲伦STM32H743支持多任务操作，可以使用延时函数实现任务之间的时间调度和同步，提高系统的并发性能。

低功耗延时：麦哲伦STM32H743具备低功耗特性，在延时时能够有效地管理和优化能源消耗，延长电池寿命。

计时特点：

高精度计时：麦哲伦STM32H743提供高精度的计时功能，可以使用计时器和定时器等硬件资源进行精确的时间测量和计时操作。

快速计时响应：麦哲伦STM32H743的高性能处理器和硬件资源使得计时响应速度非常快，适用于实时计时和测量应用。

应用场景：

实时控制系统：麦哲伦STM32H743的延时和计时特点使其非常适用于各种实时控制系统，如工业自动化、机器人控制等。通过精确的延时和计时操作，可以实现精密的运动控制和时间同步。

数据采集和处理：在数据采集和处理应用中，麦哲伦STM32H743的计时特点可以用于测量和记录传感器数据的采样时间、处理时间等，实现高精度的数据采集和处理。

定时任务调度：通过延时和计时功能，麦哲伦STM32H743可用于定时任务调度，如定时触发事件、定时发送数据等，适用于物联网设备和自动化控制系统。

需要注意的事项：

硬件资源冲突：在使用延时和计时功能时，需要注意与其他硬件资源（如定时器、中断等）的冲突，避免资源竞争和冲突。

精度误差：麦哲伦STM32H743的延时和计时操作可能会受到一些因素的影响，如系统负载、时钟频率等，因此在对精度要求较高的应用中，需要进行合适的校准和调整。

电源管理：在使用延时和计时功能时，需要注意合理管理电源，避免电源不稳定导致延时或计时不准确。

综上所述，MicroPython的麦哲伦STM32H743在延时和计时方面具有精确控制、多任务支持、低功耗延时、高精度计时等特点。它适用于实时控制系统、数据采集和处理、定时任务调度等应用场景。在使用延时和计时功能时，需要注意硬件资源冲突、精度误差以及电源管理等事项。

案例1：延时
要点解读：这个案例是一个简单的延时程序，通过在循环中不断检查当前时间来实现延时。

import time

def delay(seconds):
    start_time = time.ticks_ms()
    while time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start_time) < seconds * 1000:
        pass

delay(5)  # 延时5秒

案例2：计时器
要点解读：这个案例是一个简单的计时器程序，通过记录开始时间和结束时间来计算经过的时间。

import time

def timer():
    start_time = time.ticks_ms()
    # 在这里执行你的任务
    end_time = time.ticks_ms()
    elapsed_time = (end_time - start_time) / 1000
    print("经过的时间：", elapsed_time, "秒")

timer()  # 执行计时器

案例3：实时时钟
要点解读：这个案例是一个简单的实时时钟程序，通过获取系统时间并格式化输出来显示当前时间。

import time
from machine import RTC

rtc = RTC()

while True:
    current_time = rtc.datetime()
    print("当前时间：", current_time)
    time.sleep(1)  # 每隔1秒更新一次时间

案例4：延时指定时间

import pyb

delay_time = 2000  # 延时时间，单位为毫秒

pyb.delay(delay_time)  # 延时指定时间
print("Delay complete")

解读：
该程序使用pyb模块中的pyb.delay()函数实现延时功能。将延时时间设置为2000毫秒（即2秒），然后调用pyb.delay()函数进行延时，最后打印出"Delay complete"。通过调整delay_time的值，可以实现不同的延时效果。

案例5：计时器测量时间

import pyb

start_time = pyb.millis()  # 获取当前时间，单位为毫秒

# 执行需要测量时间的任务
pyb.delay(3000)  # 模拟一个耗时的任务，延时3秒

end_time = pyb.millis()  # 获取当前时间，单位为毫秒
elapsed_time = end_time - start_time  # 计算耗时时间差

print("Elapsed time:", elapsed_time, "ms")

解读：
该程序使用pyb模块中的pyb.millis()函数获取当前时间，并通过计算时间差来测量任务的执行时间。首先使用start_time = pyb.millis()获取开始时间，然后执行需要测量时间的任务（这里使用pyb.delay(3000)模拟一个耗时的任务，延时3秒），最后使用end_time = pyb.millis()获取结束时间，计算时间差并打印出结果。

案例6：使用定时器实现周期性任务

import pyb

def periodic_task():
    print("Periodic task")

tim = pyb.Timer(6, freq=2)  # 初始化定时器对象，参数为定时器编号和频率
tim.callback(lambda t: periodic_task())  # 设置定时器回调函数

while True:
    pass  # 主循环空闲状态

解读：
该程序使用pyb模块中的定时器（Timer）实现周期性任务。通过初始化Timer对象并设置频率为2Hz，然后使用tim.callback()方法将periodic_task()函数设置为定时器的回调函数。在主循环中，程序会不断执行空闲状态，而定时器会按照设定的频率触发回调函数，从而实现周期性任务的执行。在此示例中，每隔0.5秒（1/2Hz）就会打印一次"Periodic task"。

案例7：延时执行任务

import pyb

pyb.delay(5000)  # 延迟5秒

# 执行需要延迟后的任务
print("延时执行任务")

要点解读：
该程序使用MicroPython在STM32H743上实现了延时执行任务的功能。
使用pyb.delay()函数进行延时，这里延时了5秒。
在延时结束后，执行需要延时后的任务，这里打印了一条消息。

案例8：定时触发任务

import pyb

def task():
    print("定时触发任务")

timer = pyb.Timer(1, freq=1)  # 初始化定时器对象，频率为1Hz
timer.callback(task)  # 设置定时器的回调函数为task

while True:
    pass  # 持续运行，等待定时器触发任务

要点解读：
该程序使用MicroPython在STM32H743上实现了定时触发任务的功能。
定义了一个名为task的函数，表示需要定时触发的任务。
使用pyb.Timer()初始化一个定时器对象，设置频率为1Hz。
使用定时器对象的callback()方法将任务函数task设置为定时器的回调函数。
在一个无限循环中，持续运行，等待定时器触发任务。

案例9：计算程序执行时间

import pyb

start_time = pyb.micros()  # 获取当前时间，单位为微秒

# 执行需要计时的任务
print("执行需要计时的任务")

end_time = pyb.micros()  # 获取当前时间，单位为微秒
elapsed_time = end_time - start_time  # 计算经过的时间差

print("经过的时间：{}微秒".format(elapsed_time))

要点解读：
该程序使用MicroPython在STM32H743上计算程序执行时间。
使用pyb.micros()函数获取当前时间，单位为微秒，作为程序开始执行的起始时间。
执行需要计时的任务，这里打印了一条消息。
再次使用pyb.micros()函数获取当前时间，作为程序执行结束的时间。
计算经过的时间差，即执行时间。
打印经过的时间，以微秒为单位。
这些案例展示了在麦哲伦（Magellan）STM32H743上使用MicroPython进行延时和计时的实际程序。第一个案例演示了延时执行任务，第二个案例展示了定时触发任务，第三个案例展示了计算程序执行时间。这些示例程序仅供参考，实际应用中可能需要根据具体的需求进行进一步的开发和优化。确保在使用MicroPython时参考相关文档和资源，以了解特定硬件平台上的支持和限制。

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。需要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。对于涉及到硬件操作的代码，请确保在使用之前充分了解和确认所使用的引脚和电平等参数的正确性和安全性。