用Python轻松调试单片机 - Ameba MicroPython

simon西

MicroPython项目已经上线许久了，但是使用的人还不是很多，今天就跟大家稍稍分享一下使用MicroPython在瑞昱的Ameba RTL8722无线开发板上的体验：

RTL8722介绍
瑞昱（Realtek）推出了一款支持2.4G/5G Hz的双频WiFi + BLE 5.0的物联网单片机，叫Ameba RTL8722DM。 这个开发板使用ARM Cortex-M33构架，有大小双核，大核运行程序，小核可以帮助省电。此外还有超大的内存：512KB SRAM + 4MB PSRAM，可以处理应付绝大多数物联网场景。 这个单片机的主要配置如下，




CPU

32-bit Arm®Cortex®-M4, up to 200MHz
32-bit Arm®Cortex®-M0, up to 20MHz

MEMORY

512KB SRAM + 4MB PSRAM

KEY FEATURES

Integrated 802.11a/n Wi-Fi SoC
Trustzone-M Security
Hardware SSL Engine
Root Trust Secure Boot
USB Host/Device
SD Host
BLE5.0
Codec
LCDC
Key Matrix

OTHER FEATURES

1 PCM interface
4 UART interface
1 I2S Interface
2 I2C interface
7 ADC
17 PWM

Max 54 GPIO

除此之外，这个开发板还支持标准C语言SDK， Arduino还有MicroPython（皆已开源），因此这里我们会着重分享MicroPython在这个板子上的使用和应用

了解更多详情，可点击官网链接：https://www.amebaiot.com/cn/

如果对演示视频感兴趣，也可关注B站账号
https://space.bilibili.com/457777430


以最简单的点灯为例，以下是详细的步骤，

材料准备

• Ameba x 1, LED x 1, 电阻(220欧姆) x 1
  

范例说明

闪烁LED是开始了解并使用MicroPython最好示例。
首先，如下图所示将PB_22引脚连接到与限流电阻串联的LED的阳极引脚，再将GND连接到LED的阴极引脚：

然后，复制以下代码并在REPL界面中按Ctrl + E进入REPL的粘贴模式（有关REPL和粘贴模式的更多信息，请检查“Getting started”页面）。如果使用Tera Term，只需右键单击终端的任何空白处即可将代码粘贴到REPL，然后按Ctrl + D执行代码。如果一切正常，就可以看到LED在3秒钟内闪烁3次。

1. from machine import Pin
   
2. a = Pin("PB_22", Pin.OUT)
   
3. a.value(1)
   
4. time.sleep_ms(500)
   
5. a.value(0)
   
6. time.sleep_ms(500)
   
7. a.on()
   
8. time.sleep_ms(500)
   
9. a.off()
   
10. time.sleep_ms(500)
    
11. a.toggle()
    
12. time.sleep_ms(500)
    
13. a.toggle()

复制代码

simon西

ADC - 读取模拟信号

材料准备

• Ameba x 1, 电位器x 1
  

范例说明

这里我们把ameba连接到一个电位器上来读取它的数值，连接方式如下

复制粘贴以下代码到REPL上

1. import socket
   
2. a = ADC(0)
   
3. a.read()

复制代码

其实真正要用的只有一行，是不是超级简单？ 随用随敲入代码，非常方便！

hqgboy

感觉做测试工装比较合适。做产品，限制地方太多。
积累的C代码，都用不上。

simon西

hqgboy 发表于 2021-5-18 09:35
感觉做测试工装比较合适。做产品，限制地方太多。
积累的C代码，都用不上。

其实MicroPython的固件都是用C写的，全部都是C，因为MicroPython本事就是基于CPython，所以积累的C代码只要用MicroPython自己的API封装一下，就可以使用Python3来操控了，十分方便

simon西

I2C - 发送与接收
MicroPython玩I2C也是相当的方便！

材料准备

• Ameba x 1, Arduino UNO x 1
  

范例说明

I2C是一个微控制器上非常常见的模块，它只需要两根线就可以实现最大3.4Mbps的传输速度。它使用主从模式，一个主机可以同时连接最多128个从机，因此经常用在微控制器与感应器之间的数据传输。这里我们使用ameba作为主机来连接从机Arduino UNO，来验证I2C的发送和接受。

在连接之前，请先将以下代码上传到Arduino UNO中，“Examples -> Wire -> Slave_receiver”
接下来，请按以下所示来连接，此处我们选择PA_26 作为 SDA引脚，PA_25 作为 SCL.
注意: 目前仅支持一组I2C在MicroPython上使用，引脚如下

Unit	SDA	SCL
0	PA_26	PA_25

请一行接一行地复制粘贴以下代码到REPL上，来观察代码效果。

1. from machine import Pin, I2C
   
2. i2c = I2C(scl = "PA_25", sda = "PA_26", freq=100000) # configure I2C with pins and freq. of 100KHz
   
3. i2c.scan()
   
4. i2c.writeto(8, 123) # send 1 byte to slave with address 8
   
5. i2c.readfrom(8, 6) # receive 6 bytes from slave

复制代码

之前有小伙伴讨论说如果用C封装好的话，也是可以达到Python的精简程度，这点上我非常同意，没有一个语言比另一个完全更好的，但是MicroPython有意思，也是不同于C程序的是，你可以一边输入代码，一边观察单片机的表现，而不用编译->上传之后才能看得到，这点上MicroPython真很方便。

simon西

PWM - 让LED渐明渐暗
PWM和GPIO一样都是很常用的外设，可以控制LED明暗之外，还能控制直流马达移动，算是一个非常实用的外设，那么就一起来看看PWM在MicroPython上的表现吧

材料准备

• Ameba x 1, LED x 1, 电阻(220欧姆) x 1
  

范例说明

PWM脉宽调变控制输出脉波周期来实现对LED亮度和马达的控制。下面是我们用LED来展示PWM是如何来实做的。

连接PA_26至LED的正极和电阻串联在一起, 然后GND接至LED负极。如图

然后, 逐行复制下面的代码去REPL并观察结果, LED会慢慢的渐变明亮。

1. from machine import Pin, PWM
   
2. import time
   
3. p = PWM(pin = "PA_26")
   
4. # 0 duty cycle thus output 0
   
5. p.write(0.0)
   
6. # 10% duty cycle
   
7. p.write(0.1)
   
8. # 50% duty cycle
   
9. p.write(0.5)
   
10. # 100% duty cycle
    
11. p.write(1.0)

复制代码

MicroPython的特性除了既写既现之外，还能帮助我们很好的学习和观察外设以及其他部件的运作模式，是它的一大特色和优势

cctv180

请问，RTL8722是双核，那么MicroPython支持么，或者多任务怎么呢。或者也有支持RTOS

simon西

cctv180 发表于 2021-5-21 16:44
请问，RTL8722是双核，那么MicroPython支持么，或者多任务怎么呢。或者也有支持RTOS

是双核没有错，但是目前的版本只有开放大核（200MHz）给用户使用，小核（20MHz）主要是做硬件启动和节电，所以没有开放。 MicroPython其实也是在FreeRTOS上的一个线程上运行的，如果你熟悉C语言，你可以自己编译固件，增加新的线程上去。MicroPython上的FreeRTOS API还在开发中，如果想要从MicroPython层面上调用多线程，可能要再等一等，或者加入开发，所有的源码都是开源放在Github上面的，搜索ambiot ambd_micropython就能找到

simon西

RTC - 时间显示

RTC (Real Time Clock) 可以帮助用户快速查询时间，对于时间敏感的应用是很有必要的

准备材料

• Ameba x 1
  

范例说明

RTC 模组会帮助微控制器来追踪时间，是时间模组必须的一部分。我们在这里有一个示例，来展示如何来得到本地时间和上传时间。

复制下面的代码贴至REPL，观察结果。

1. rtc = RTC()
   
2. rtc.datetime() # get date and time
   
3. rtc.datetime((2020, 12, 31, 4, 23, 58, 59, 0)) # set a specific date and time (year, month, day, weekday(0 for Monday), hour, minute, second, total seconds)
   
4. rtc.datetime() # check the updated date and time

复制代码

cctv180

simon西 发表于 2021-5-24 17:47
是双核没有错，但是目前的版本只有开放大核（200MHz）给用户使用，小核（20MHz）主要是做硬件启动和节电 ...

明白了，谢谢解答

simon西

SPI - 作为从设备接收消息


SPI作为单片机上常见的高速通讯协议之一，也是非常必要的，下面就用一个Arduino UNO来和使用MicroPython的瑞昱RTL8722DM 物联网单片机使用SPI来一个“深入交流”

材料准备

• Ameba x 1, Arduino UNO x 1
  

范例说明

SPI是一种快速且强大的通讯协议，并通常在微处理器中被用来接受传感器的数据或输出图像讯号。在这个示例中将示范ameba如何透过MicroPython以从属模式接收数据。

在通讯连接建立之前，需要先将以下代码烧录到Arduino UNO。

• ///////////////////////
• // SPI Master Write //
• ///////////////////////
• #include
• void setup (void) {
•    Serial.begin(115200); //set baud rate to 115200 for usart
•    digitalWrite(SS, HIGH); // disable Slave Select
•    SPI.begin ();
• }
• void loop (void) {
•    char c;
•    digitalWrite(SS, LOW); // enable Slave Select
•    // send test string
•    for (const char * p = "Hello, world!\r" ; c = *p; p++) {
•       SPI.transfer(c);
•       Serial.print(c);
•    }
•    Serial.println();
•    digitalWrite(SS, HIGH); // disable Slave Select
•    delay(2000);
• }
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

Arduino UNO将以如下图所示的连接方式和Ameba连接，我们使用第“0”组SPI作为从机， 并将Arduino UNO当作SPI的主机。

然后复制以下代码并粘贴到REPL的粘贴模式窗口，并等待代码生效。

• from machine import SPI
• s1= SPI(0 , mode = SPI.SLAVE)
• for i in range(14):
• chr(s1.read())
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

simon西

Time - 延迟和计时

时间控制是所有单片机应用的核心，MicroPython上也不例外，接下来我们一起来看看Time模块在RTL8722DM上的表现和使用吧~

材料准备

• Ameba x 1
  

范例说明

MicroPython 提供了很多函数来处理延迟和计时，以下是一些示例。

复制下面的代码至REP来观察结果。

1. import time
   
2. time.sleep(1) # sleep for 1 second
   
3. time.sleep_ms(500) # sleep for 500 milliseconds
   
4. time.sleep_us(10) # sleep for 10 microseconds
   
5. start = time.ticks_ms() # get millisecond counter

复制代码

simon西

Timer -周期性定时器


Timer的用处非常广泛，从安排周期性任务到PWM运行，甚至RTOS都是基于Timer的运用，在RTL8722DM上面用MicroPython来控制Timer也是很简单的，一下来看一下示例吧，

材料准备

• Ameba x 1
  

范例说明

这里有3个定时器可以使用, 全部是32kHz, 分别是定时器1/2/3。
我们使用定时器1来示范一个周期性定时器是怎样工作的。

复制下面最初的3行代码至REPL来查看结果。

• from machine import Timer
• t = Timer(1) # Use Timer 1/2/3 only
• t.start(2000000, t.PERIODICAL) # Set GTimer fired periodically at duration of 2 seconds, printing text on the terminal
• # To stop the periodical timer, type
• t.stop()
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

信息“–timer triggered. to stop: type t.stop()–” 每2秒会被打印在端口。如需停止定时器, 输入 t.stop()。

simon西

UART - 发送和接收


串口的重要性不必多言，从调试日志到下载固件，硬件沟通，样样精通，所以RTL8722上的UART模块也做的小巧轻快，方便大家轻松上手！

材料准备

• Ameba x 1, USB转TTL串行模块 x 1
  

范例说明

UART是一种非常通用的通信协议，是微控制器的一个重要组成部分。 USB转TTL串行传输模块是一种可以将UART信号转换为USB信号的集成电路，以便我们可以在PC上看到UART日志。该模块经常用于包括Ameba在内的许多开发板上。但是，该模块在Ameba上的功能被保留用于LOG UART和固件上传，所以我们需要其他独立模块在Ameba和PC之间进行通信。

在此示例中，我们使用第“0”组UART引脚来示范UART在Ameba上的工作方式。
如下图所示，将USB转TTL串行传输模块连接到引脚PA_21和PA_22

然后，将以下代码逐行复制并粘贴到REPL中，以查看其效果。

1. from machine import UART
   
2. uart = UART(tx="PA_21", rx= "PA_22")
   
3. uart.init()
   
4. uart.write('hello')
   
5. uart.read(5) # read up to 5 bytes

复制代码

simon西

WiFi 扫描

终于来到最激动人心的时刻--RTL8722DM最大的特色就是双频WiFi，2.4Ghz和5GHz通吃，让你的wifi无死角，使用wifi scan功能还可以轻松扫描出所有附近的WiFi信号，想连哪个连哪个！

材料准备

• Ameba x 1
  

范例说明

WiFi扫描功能可以帮助我们快速发现周围有哪些WiFi网络。该范例不需要任何其他硬件，因此只需复制以下代码并将其粘贴到REPL中即可查看其作用。

1. from wireless import WLAN
   
2. wifi = WLAN(mode = WLAN.STA)
   
3. wifi.scan()

复制代码

扫描发现周围的WiFi就是这么简单~

simon西

WiFi 连接


扫描WiFi之后，就可以连接上你想要的WiFi网络啦，方法很简单，只需要在wifi.connect() API里面输入WiFi名字和密码就好啦，

材料准备

• Ameba x 1
  

范例说明

Ameba可以使用开放安全性或WPA2安全类型连接到WiFi接入点，WPA2安全类型是家用无线路由器中最常用的安全类型。在这里我们将使用下面的代码连接到WiFi接入点，将以下代码逐行复制并粘贴到REPL中，以查看其作用。

1. from wireless import WLAN
   
2. wifi = WLAN(mode = WLAN.STA)
   
3. wifi.connect(ssid = "WiFi名字", pswd = "WiFi密码")

复制代码

撇除第一行import，实际上只用了2行Python代码就能搞定，是不是很方便？

simon西

Socket - Echo服务器与客户端

WiFi网络沟通最简单的就是使用Socket来进行点对点的沟通，想要知道你搭建的Server和client有没有正确的运作，就可以找来两个可以使用WiFi的设备，让他们之间互联并且echo（回应同样的信息）彼此的信息来做验证，以下就是上手啦，

材料准备

• Ameba x 2
  

范例说明

WiFi连接完成后即可使用Socket来使用网路。 Socket就像一个假想的乙太网路介面，你可以用它把你的PC连接到互联网上的服务器上，比如Google或Github。即使是像HTTP这样的应用层协议也是建立在socket之上的。一旦给定了IP地址和端口号，就可以自由地连接到远程设备并与其进行通信。连接流程如下图所示。

下面是一个使用服务器socket和客户端socket互相传送消息的范例，要使用这个范例，您需要两个ameba RTL8722来运行MicroPython，在REPL 的paste模式下分别将下面的代码复制并粘贴到两个ameba。

以下是服务器代码

1. import socket
   
2. from wireless import WLAN
   
3. wifi = WLAN(mode = WLAN.STA)
   
4. wifi.connect(ssid = "YourWiFiSSID", pswd = "YourWiFiPassword") # change the ssid and pswd to yours
   
5. s = socket.SOCK()
   
6. port = 5000
   
7. s.bind(port)
   
8. s.listen()
   
9. conn, addr = s.accept()
   
10. while True:
    
11.     data = conn.recv(1024)
    
12.     conn.send(data+"from server")

复制代码

以下是客户端代码

1. import socket
   
2. from wireless import WLAN
   
3. wifi = WLAN(mode = WLAN.STA)
   
4. wifi.connect(ssid = "YourWiFiSSID", pswd = "YourWiFiPassword") # change the ssid and pswd to yours
   
5. c = socket.SOCK()
   
6. # make sure to check the server IP address and update in the next line of code
   
7. c.connect("your server IP address", 5000)
   
8. c.send("hello world")
   
9. data = c.recv(1024)
   
10. print(data)

复制代码

这样，你在客户端（client）这边发送的hello world就会被服务器端收到并打印出来了

simon西

Socket - 从HTTP网站获取信息

上次只是本地的socket互相发送东西，这次，我们直接用socket来从MicroPython的官网上面抓一点网站上的信息下来，同样很简单，但是为了简化步骤，下面的示例定义了一个function从而可以让代码更清晰，

材料准备

• Ameba x 1
  

范例说明

创建socket后，我们可以访问HTTP网站并从中获取信息。在粘贴模式下，将以下代码复制并粘贴到REPL中。

1. import socket
   
2. from wireless import WLAN
   
3. wifi = WLAN(mode = WLAN.STA)
   
4. wifi.connect(ssid = "YourWiFiSSID", pswd = "YourPassword") # change the ssid and pswd to yours
   
5. 
   
6. def http_get(url):
   
7.     _, _, host, path = url.split('/', 3)
   
8.     c = socket.SOCK()
   
9.     # We are visiting MicroPython official website's test page
   
10.     c.connect(host, 80)
    
11.     c.send(bytes('GET /%s HTTP/1.0\r\nHost: %s\r\n\r\n' % (path, host), 'utf8'))
    
12.     while True:
    
13.         data = c.recv(100)
    
14.         if data:
    
15.             print(str(data,'utf8'), end='')
    
16.         else:
    
17.             break
    
18. 
    
19. http_get('http://micropython.org/ks/test.html')

复制代码

如果你收到“It's working if you can read this!”的字符串打印在REPL上，就说明你成功了！ 恭喜，物联网已经成功走出大门了！

simon西

SDFS - SD卡的读写1


文件系统可以帮助我们存储和读取较大的文件，特别适合网络传输所用的html文件，图片文件或是音频视频文件，如何使用RTL8722DM上面的SDIO来快速读写呢？ 请看下面，

1. import sdfs
   
2. 
   
3. s=sdfs            # create a short form
   
4. s.listdir()       # listing the files and folders under current path
   
5. s.mkdir("test")   # create a folder named "test" under current path
   
6. s.chdir("test")   # change directory to test folder
   
7. s.pwd()           # print out present working directory(current path)
   
8. s.chdir("/")      # change directory bach to root directory
   
9. s.rm("test")      # delete the test folder

复制代码

MicroPython这边使用了和linux相似的API命名方式，方便大家快速、直观的上手， listdir就是展示当前所有文件，mkdir就是创建文件夹，以此类推

simon西

SDFS - SD卡的读写2

上次看了文件系统的文件夹管理，这次着重看一下文件的处理：

1. import sdfs
   
2. 
   
3. s=sdfs                  # create a short form
   
4. s.create("ameba.txt")   # create a file named "ameba.txt"
   
5. s.write("ameba.txt", "ameba supports sd card file system!") # write a string to the file just created
   
6. s.read("ameba.txt")     # read the content from the same file
   
7. s.rm("ameba.txt")       # delete the file

复制代码

开心的话就用create()创建一个新的文件“ameba.txt" ， 不开心就可以用rm（）来删除它，是不是超方便？