【雕爷学编程】MicroPython手册之 RP2（Pico）单线驱动

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。技术参数：RP2（Pico）的技术参数如下：

1、搭载双核 ARM Cortex M0+ 处理器，运行频率 133 MHz
2、内置 264 KB 的片上 RAM，板载 2 MB 闪存
3、可通过专用 QSPI 总线支持最高 16 MB 的片外闪存
4、DMA 控制器
5、30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入
6、2 个 UART、2 个 SPI 控制器和 2 个 I2C 控制器
7、16 个 PWM 通道
8、USB 1.1 主机和设备支持
9、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
10、支持 UF2 的 USB 大容量存储启动模式，用于拖放式编程

MicroPython的RP2（Pico）单线驱动是一种用于控制和通信的软件库，它通过单一的数据线实现与外部设备的连接和数据交换。下面我将从专业的眼界和教师的视角，详细解释RP2（Pico）单线驱动的主要特点、应用场景以及需要注意的事项。

主要特点：

单线通信：RP2（Pico）单线驱动通过单一的数据线实现与外部设备的通信。这意味着只需一根物理线连接主控板和目标设备，简化了硬件连接的复杂性。

节省引脚资源：由于只需要一根数据线，RP2（Pico）单线驱动能够节省引脚资源。在某些应用中，特别是对于具有有限引脚数量的嵌入式系统，这种特点非常有价值。

灵活性：RP2（Pico）单线驱动可以用于不同类型的通信协议，例如单线串行通信协议（如OneWire）、单总线通信协议（如1-Wire）等。它提供了灵活的接口和函数，使得开发者能够根据具体应用的需求进行定制和扩展。

应用场景：

传感器网络：RP2（Pico）单线驱动在传感器网络中具有广泛的应用。通过单线驱动，主控板可以连接多个传感器节点，并通过单一的数据线与这些节点进行通信和数据交换。这种方式简化了传感器网络的布线和连接，提高了系统的可扩展性和灵活性。

嵌入式系统：对于具有有限引脚资源的嵌入式系统，RP2（Pico）单线驱动是一种理想的选择。它通过只使用一根数据线来实现与外部设备的通信，节省了宝贵的引脚资源，使得开发者能够在有限的硬件资源下实现更多功能和接口。

智能家居：RP2（Pico）单线驱动可以应用于智能家居系统中的各种设备，例如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。通过单线驱动，这些设备可以方便地与主控板进行通信和数据交换，实现智能家居系统的自动化和智能化。

需要注意的事项：

协议兼容性：在使用RP2（Pico）单线驱动时，需要确保所选择的通信协议与目标设备兼容。不同的设备和传感器可能使用不同的单线通信协议，开发者需要根据实际需求选择合适的协议，并了解协议的规范和特点。

电气特性：RP2（Pico）单线驱动在与外部设备进行通信时，需要注意电气特性的匹配。例如，一些单线通信协议可能需要特定的电平转换电路或电气特性的适配器，以确保正常的通信和数据交换。

数据完整性：由于单线通信只使用一根数据线，数据的完整性和稳定性可能会受到一些干扰因素的影响。开发者需要注意信号的稳定性、噪声抑制和错误校验等方面，以确保数据的准确性和可靠性。

综上所述，MicroPython的RP2（Pico）单线驱动通过单一的数据线实现与外部设备的连接和数据交换。其主要特点包括单线通信、节省引脚资源和灵活性。它适用于传感器网络、嵌入式系统和智能家居等应用场景。在使用时需要注意协议兼容性、电气特性和数据完整性等方面。通过合理的选择和使用，RP2（Pico）单线驱动可以提供简化的硬件连接和灵活的通信方式，为各种应用提供便利和效率。

以下是几个MicroPython的RP2（Pico）单线驱动的实际运用程序参考代码案例：

案例1：使用RP2（Pico）单线驱动读取DS18B20温度传感器数据：

import machine
import onewire
import ds18x20

# 初始化单线驱动
ow = onewire.OneWire(machine.Pin(4))  # 使用GPIO4引脚连接单线总线
ds = ds18x20.DS18X20(ow)

# 扫描并获取所有DS18B20传感器的地址
sensors = ds.scan()

# 主程序
while True:
    # 触发温度转换
    ds.convert_temp()

    # 等待转换完成
    machine.sleep_ms(750)

    # 读取温度数据
    for sensor in sensors:
        temp = ds.read_temp(sensor)
        print("Temperature:", temp)

    # 其他任务逻辑
    # ...

在这个示例中，我们使用RP2（Pico）单线驱动读取DS18B20温度传感器的数据。通过初始化单线驱动，并连接到GPIO4引脚上的单线总线，我们可以扫描并获取所有DS18B20传感器的地址。在主程序中，我们通过调用ds.convert_temp()触发温度转换，并通过ds.read_temp(sensor)读取每个传感器的温度数据。

案例2：使用RP2（Pico）单线驱动控制NeoPixel RGB LED：

import machine
import neopixel

# 初始化单线驱动
pin = machine.Pin(2)  # 使用GPIO2引脚连接NeoPixel
np = neopixel.NeoPixel(pin, 8)  # 创建8个LED灯珠的NeoPixel对象

# 主程序
while True:
    # 设置LED灯珠颜色
    np[0] = (255, 0, 0)  # 设置第一个LED灯珠为红色
    np[1] = (0, 255, 0)  # 设置第二个LED灯珠为绿色
    np[2] = (0, 0, 255)  # 设置第三个LED灯珠为蓝色
    np.write()  # 更新LED灯珠的颜色

    # 其他任务逻辑
    # ...

在这个示例中，我们使用RP2（Pico）单线驱动控制NeoPixel RGB LED。通过初始化单线驱动，并连接到GPIO2引脚上的NeoPixel，我们可以创建一个包含8个LED灯珠的NeoPixel对象。在主程序中，我们通过设置NeoPixel对象的各个元素来控制LED灯珠的颜色，并通过np.write()更新LED灯珠的颜色。

案例3：使用RP2（Pico）单线驱动与DHT11湿度传感器通信：

import machine
import dht

# 初始化单线驱动
dht_pin = machine.Pin(3)  # 使用GPIO3引脚连接DHT11
d = dht.DHT11(dht_pin)

# 主程序
while True:
    # 读取传感器数据
    d.measure()
    temp = d.temperature()
    humidity = d.humidity()
    print("Temperature:", temp)
    print("Humidity:", humidity)

    # 其他任务逻辑
    # ...

在这个示例中，我们使用RP2（Pico）单线驱动与DHT11湿度传感器通信。通过初始化单线驱动，并连接到GPIO3引脚上的DHT11，我们可以创建一个DHT11对象。在主程序中，我们通过调用d.measure()来测量传感器的温度和湿度数据，并通过d.temperature()和d.humidity()方法获取这些数据。这些代码示例展示了MicroPython的RP2（Pico）单线驱动在不同应用场景下的使用方式。第一个示例展示了如何读取DS18B20温度传感器的数据。第二个示例演示了如何控制NeoPixel RGB LED灯珠的颜色。第三个示例展示了如何与DHT11湿度传感器进行通信并读取温度和湿度数据。

案例4：使用RP2（Pico）单线驱动控制LED灯

from machine import Pin, Timer
import time

# 初始化GPIO对象，设置引脚为输出模式
led = Pin(13, Pin.OUT)

# 循环控制LED灯的亮灭
while True:
    led.value(not led.value())  # 切换LED灯的状态
    time.sleep_ms(500)  # 延时500毫秒

案例5：使用RP2（Pico）单线驱动控制蜂鸣器

from machine import Pin, Timer
import time

# 初始化GPIO对象，设置引脚为输出模式
buzzer = Pin(12, Pin.OUT)

# 循环控制蜂鸣器的响度和间隔时间
for i in range(10):
    buzzer.value(1)  # 使蜂鸣器发声
    time.sleep_ms(500 * (i + 1))  # 间隔时间为500毫秒 * (i + 1)
    buzzer.value(0)  # 停止蜂鸣器发声
    time.sleep_ms(500)  # 延时500毫秒

案例6：使用RP2（Pico）单线驱动控制舵机

from machine import Pin, Servo
import time

# 初始化GPIO对象，设置引脚为输出模式
servo = Servo(14, 180)

# 循环控制舵机的转动角度
for angle in range(0, 181, 10):
    servo.position(angle)  # 设置舵机转动的角度
    time.sleep_ms(100)  # 延时100毫秒

案例7：单线驱动LED闪烁

import machine  
import utime  
  
# 配置单线驱动引脚  
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)  
  
while True:  
    # LED闪烁  
    pin.value(1)  
    utime.sleep_ms(500)  
    pin.value(0)  
    utime.sleep_ms(500)

案例8：单线驱动直流电机正反转

import machine  
import utime  
  
# 配置单线驱动引脚  
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)  
  
# 正转  
def forward():  
    pin.value(1)  
    utime.sleep_ms(1000)  
    pin.value(0)  
    utime.sleep_ms(1000)  
  
# 反转  
def backward():  
    pin.value(0)  
    utime.sleep_ms(1000)  
    pin.value(1)  
    utime.sleep_ms(1000)  
  
while True:  
    # 正转5秒，反转5秒，交替进行  
    forward()  
    utime.sleep(5)  
    backward()  
    utime.sleep(5)

案例9：单线驱动步进电机旋转

import machine  
import utime  
  
# 配置单线驱动引脚  
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)  
  
# 步进电机旋转一圈，步数为200步  
def rotate():  
    for i in range(200):  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(1)  
        utime.sleep_us(100)  
        pin.value(0)  
        utime.sleep_us(100)

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。