【FireBeetle Board ESP32-E IoT 开发板试用体验】MicroPython入门指导 + LED呼吸灯实例

单片机

本帖最后由 HonestQiao 于 2021-9-11 23:18 编辑

MicroPython是一个强大的工具，降低开发难度，让极客们能够立刻操刀控制硬件，不需要复杂的编译过程，简单的功能调试，还可以边输入边运行结果，而不需要上载，使用非常简单方便。

关于MicroPython的基础概念，我们就不多说，下面是网上的：

MicroPython
是 Python 3 语言的精简高效实现，包括Python标准库的一小部分，并针对嵌入式微控制器（单片机）和受限制的环境进行了优化，它是Python延伸出来的一个落地产物。MicroPython是运行在微控制器硬件之上的完全的Python编译器和运行时系统，它提供给用户一个交互式提示符（REPL）来立即执行所支持的命令。除了包括选定的核心Python库，MicroPython还包括了给予编程者访问低层硬件的模块。

下面，跟着我一步一步来，就能顺利的在 FireBeetle Board ESP32-E IoT 开发板上，把MicroPython跑起来，最后，我们还要做一个板载LED呼吸灯的示例。
主要的操作步骤，来自于官方文档：Quick reference for the ESP32

第一步：烧录MicroPython固件
1. 下载MicroPython固件
官方下载地址：MicroPython downloads，进入Generic ESP32 module，下载最新的稳定版本：https://micropython.org/resources/firmware/esp32-20210902-v1.17.bin

2. 安装ESPTool工具
ESPTool是基于Python的，所以，你应该先安装Python3，尽量安装Python3.7及以上版本。
Python3.x最新版本：https://www.python.org/downloads/，按照自己的系统需要，下载对应的版本安装即可。
安装完成后，打开命令行窗口，执行如下命令安装ESPTool：

% python -V
Python 3.9.7
% pip install esptool

复制代码

3. 烧录固件：
要收录固件，首先需要使用erase_flash擦除，然后使用write_flash写入新的固件，具体操作如下：

cd 到固件存放的路径
esptool.py --chip esp32 --port serial_port erase_flash
esptool.py --chip esp32 --port serial_port write_flash -z 0x1000 esp32-20210902-v1.17.bin

复制代码

如果是在Linux系统或者Mac系统，serial_port的获得，通过ls /dev/* | grep wch来获得，如Mac系统为：/dev/cu.wchu***serial1420，则最终的最终命令为：

esptool.py --chip esp32 --port /dev/cu.wchu***serial1420 erase_flash
esptool.py --chip esp32 --port /dev/cu.wchu***serial1420 write_flash -z 0x1000 esp32-20210902-v1.17.bin

复制代码

如果是在Windows系统下，则前往系统设备，查看连接后的COM端口，如为COM4，则最终的最终命令为：

esptool.py --chip esp32 --port COM4 erase_flash
esptool.py --chip esp32 --port COM4 write_flash -z 0x1000 esp32-20210902-v1.17.bin

复制代码

烧录后，结果如下：

# erase_flash结果
esptool.py v3.2-dev
Serial port /dev/cu.wchu***serial1420
Connecting....
Chip is ESP32-D0WD-V3 (revision 3)
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz
MAC: 08:3a:f2:39:12:60
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Erasing flash (this may take a while)...
Chip erase completed successfully in 17.9s
Hard resetting via RTS pin...
# write_flash 结果
esptool.py v3.2-dev
Serial port /dev/cu.wchu***serial1420
Connecting....
Chip is ESP32-D0WD-V3 (revision 3)
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz
MAC: 08:3a:f2:39:12:60
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Configuring flash size...
Flash will be erased from 0x00001000 to 0x00175fff...
Compressed 1527504 bytes to 987584...
Writing at 0x00053c6d... (100 %)
Wrote 1527504 bytes (987584 compressed) at 0x00001000 in 88.2 seconds (effective 138.6 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting via RTS pin...

如果发生异常，请检查端口是否正确，固件下载是否正确。

4. 测试固件是否运行
固件烧录成功后，即可使用串口工具连接板子，连接后，将直接进入Python执行环境，也就是REPL环境。REPL具体表示：“读取-求值-输出”循环（英语：Read-Eval-Print Loop，简称REPL），也就是一个基础的交互编程环境，可以边输入代码，边执行输出结果，方便调试查看。

# Windows环境，可以试用putty_telnet或者mobaxterm
# Mac或者Linux环境，可以使用screen /dev/cu.wchu***serial1420 115200

复制代码

然后使用使用命令：

import sys
print(sys.version)
print('Hello World!')

复制代码

如果连接后，按照如上基础命令执行，并输出，说明我们的开发版，已经具备好了MicroPython环境啦。

第二步：MicroPython功能测试
在MicroPython的REPL环境下，我们可以开始直接输入Python语句，来执行对应的功能：
一、硬件相关的模块功能：
1. 通过machine模块，获取系统时钟频率：

import machine
machine.freq() # 获取 CPU 时钟频率
machine.freq(240000000) # 设置时钟频率

复制代码

machine模块，还能进行系统睡眠等功能。

2. 通过esp模块，读取板子的信息：

import esp
esp.flash_size() #flash大小
esp.flash_user_start() # 用户空间起始地址

复制代码

通过esp模块，还能对flash进行擦写操作。（慎用！！！）

3. 通过esp32模块，读取板载传感器信息

import esp32
esp32.hall_sensor() # 系统霍尔传感器的数量
esp32.raw_temperature() # 获取MCU温度，单位为华氏温度

复制代码

二、网络相关的功能：

>>> import network
# 连接到WiFi
>>> wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # 创建网络接口
>>> wlan.active(True) # 激活接口
>>> wlan.scan() # 扫描AP
>>> wlan.isconnected() # 检查是否已经连接到AP
>>> wlan.connect('AP SSID名称', 'AP密码') # 连接到 AP
>>> wlan.config('mac') # 获取接口MAC硬件地址
>>> wlan.ifconfig() # 获取接口连接信息，包括： IP、netmask、gw、DNS
# 把自身设置为热点：
>>> ap = network.WLAN(network.AP_IF) # 创建网络接口
>>> ap.config(essid='ESP-AP') # 设置热点名称为ESP-AP
>>> ap.config(max_clients=10) # 设置同时可以连接的最大设备数量
>>> ap.active(True) # 激活接口

复制代码

三、时间模块：

import time
time.sleep(1) # sleep 1秒
time.sleep_ms(500) # sleep 500 毫秒
time.sleep_us(10) # sleep 10微秒
start = time.ticks_ms() # 获取毫秒计数器
delta = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start) # 计算时差

复制代码

四、定时器：machine.Timer

from machine import Timer
tim0 = Timer(0) # 使用计数器0，系统支持0-3一共4个计数器
tim0.init(period=5000, mode=Timer.ONE_SHOT, callback=lambda t:print(0)) #设置周期，类型=一次运行，回调函数
tim1 = Timer(1) # 使用计数器1
tim1.init(period=2000, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t:print(1)) #设置周期，类型=周期性运行，回调函数

复制代码

五、GPIO端口操作：

from machine import Pin
# 可以操作时，观察板子上LED的点亮和熄灭
p2 = Pin(2, Pin.OUT) # 设置IO2为输出端口，用于控制板载LED
p2.on() # 设置为高电平
p2.off() # 设置为低电平
p2.value(1) # 设置为高电平，如果为0则表示低电平
p3 = Pin(3, Pin.IN) # 设置IO3为输出输出

复制代码

以上为部分基础操作指令，更多的操作指令，可以从官方文档了解：https://docs.micropython.org/en/latest/esp32/quickref.html

第三步：FireBeetle Board ESP32-E IoT 开发板 LED闪烁
首先，我们通过板子的硬件和使用文档，了解板载单色LED为IO2，Arduino之中对应为D8。在另外一篇文档中，我们使用的3色LED，为IO5，对应Arduino的D9，不要弄混了。【如格式不正确，请查看附件中的blink.py】

from machine import Pin
import time
p2 = Pin(2, Pin.OUT)
state=0
while True:
state = not state
print('LED %s' % ('On' if state else 'Off'))
p2.value(state)
time.sleep(1)

复制代码

通过MicroPython，我们可以使用Python简单易用的语法，强大的扩展库，来充分挖掘开发版的功能，让开发版的功效发挥到极致。

第四步：FireBeetle Board ESP32-E IoT 开发板 LED呼吸灯
在上面的实例中，我们都需要在命令行敲入命令，这对于一些简单的简短指令来说，比较方便快捷，能够马上看到运行结果。
但是，如果我们要编写的程序比较长，那么通过这种方式，就不是很方便，一旦输入错误，想要修改，就非常的不便。
好在MicroPythoh提供了上传接口，我们可以通过adafruit-ampy工具，在命令行，直接把python文件上传到板子上，从而调用或者运行。要控制一个基础的LED呈现呼吸灯状态，实际也是通过输出电平对应的占空比，来实现。在这个实例中，我们需要用到PWM，通过调整PWM的周期、PWM的占空比从而达到控制充电电流的目的，并使得电流的变化平滑过渡，从而表现出来就是LED呈现自然的呼吸灯状态。
这个部分的代码，我们参考：http://www.1zlab.com/wiki/micropython-esp32/pwm/，具体如下：文件：swicth.py 为PWM控制的基础类【如格式不正确，请查看附件】