樹莓派 Pico

樹莓派 Pico控制器

產品簡介

Raspberry Pi Pico 是一款樹莓派官方設計的低成本，高性能的微控制器開發板，具有靈活數字介面。硬體上，採用 Raspberry Pi 官方自主研發的 RP2040 微控制器晶元，搭載了ARM Cortex M0 + 雙核處理器，高達 133MHz 的運行頻率，內置了 264KB 的 SRAM 和 2MB 的內存，還板載有多達 26 個多功能的 GPIO 引腳。軟體上，可選擇樹莓派提供的 C/C++ SDK，或者使用 MicroPython 進行開發，且配套有完善的開發資料教程，可方便快速入門開發，並嵌入應用到產品中。

產品特性

• 採用了 Raspberry Pi 官方自主設計的 RP2040 微控制器晶元
• 搭載了雙核 ARM Cortex M0 + 處理器，運行頻率高達 133MHz 靈活時鐘
• 內置了 264KB 的 SRAM 和 2MB 的片上 Flash
• 郵票孔設計，可直接焊接集成到用戶自主設計的底板上
• USB1.1 主機和設備支持
• 支持低功耗睡眠和休眠模式
• 可通過 USB 識別為大容量存儲器進行拖放式下載程序
• 多達 26 個多功能的 GPIO 引腳
• 2 個 SPI，2 個 I2C，2 個 UART，3 個 12 位 ADC，16 個可控 PWM 通道
• 精確的片上時鐘和定時器
• 溫度感測器
• 片上加速浮點庫
• 8 個可編程 I/O (PIO) 狀態機，用於自定義外設支持

尺寸圖

軟體環境配置

為了方便在電腦上使用MicroPython開發Pico板，建議下載Thonny IDE.

• 下載Thonny IDE並按照步驟安裝
  • Thonny IDE下載鏈接（Windows版本）
  • Thonny 官網

• 安裝完成之後，第一次要配置語言和主板環境，由於我們是為了使用Pico，所以注意主板環境選擇Raspberry Pi 選項。

• 配置Micrpython環境及選擇Pico埠。
  • 先將Raspberry Pi Pico 接入電腦，左鍵點擊Thonny右下角的配置環境選項--》選擇configture interpreter
  • 在彈出的窗口欄中選擇MicroPython(Raspberry Pi Pico),同時選擇對應的埠。

• 點擊ok後返回到Thonny主界面，下載固件庫到Pico裡面，然後點擊停止按鈕，在Shell窗口中即可顯示當前使用到的環境。
• Pico在windows下載固件庫方法: 按住BOOT鍵後連接電腦後，鬆開BOOT鍵，電腦會出現一個可移動磁碟，將固件庫複製進去即可。
• RP2040在windows下載固件庫方法: 連接電腦後，同時按下BOOT鍵跟RESET鍵,先鬆開RESET鍵再鬆開BOOT鍵，電腦會出現一個可移動磁碟，將固件庫複製進去即可（用Pico的方式也可以）。

示例實驗

External LED 實驗

• 按照下圖連接好硬體，連接好接入電腦的Micro USB，在Thonny打開示常式序Lesson-5 External LED中的python文件，運行示常式序可以看到紅燈有在閃爍的現象。
• 使用注意事項：LED較長的引腳為正極，較短的為負極，負極應該接GND，正極應該和GPIO輸出口相連，使用時必須接上電阻。

• 代碼解析

led_external = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT) #设置GP15为输出模式
while True: 
   led_external.toggle() #每过5秒钟让LED灯的状态改变一次
   utime.sleep(5)

Traffic Light System 實驗

• 按照下圖連接好硬體，連接好接入電腦的Micro USB，在Thonny打開示常式序Lesson-9 Traffic-Light-System中的python文件，運行程序可以看到交通燈帶正常的運行，當按下按鍵時會觸發蜂鳴器。
• 使用注意事項：LED較長的引腳為正極，較短的為負極，負極應該接GND，正極應該和GPIO輸出口相連，使用時必須接上電阻;蜂鳴器的紅線接GPIO口輸出，黑線接GND。

• 代碼解析

def button_reader_thread():  #检测按键是否被按下
   global button_pressed 
   while True:
       if button.value() == 1: 
           button_pressed = True
 
_thread.start_new_thread(button_reader_thread, ()) #用开启线程的方式去检测按键
while True:
   if button_pressed == True: #如果按键被按下，红灯亮起，蜂鸣器响闹
       led_red.value(1) 
       for i in range(10): 
           buzzer.value(1) 
           utime.sleep(0.2) 
           buzzer.value(0) 
           utime.sleep(0.2) 
       global button_pressed 
       button_pressed = False 
   led_red.value(1)  #正常情况下红灯边绿灯时黄灯会亮两秒，然后黄灯和红灯灭，绿灯亮
   utime.sleep(5)     #由绿灯边红灯时，绿灯先灭，黄色亮两秒，然后红灯亮
   led_amber.value(1) 
   utime.sleep(2) 
   led_red.value(0) 
   led_amber.value(0) 
   led_green.value(1) 
   utime.sleep(5) 
   led_green.value(0) 
   led_amber.value(1) 
   utime.sleep(5) 
   led_amber.value(0)

Burglar Alarm LED Buzzer 實驗

• 按照下圖連接好硬體，連接好接入電腦的Micro USB，在Thonny打開示常式序Lesson-14 Burglar Alarm LED Buzzer中的python文件,運行程序可以看到，當人為的在Passive infrared sensor前晃動時，LED燈閃亮的同時蜂鳴器也會報警。
• 使用注意事項：Passive infrared sensor 的中間引腳為數據輸出引腳，兩邊的引腳分別接入VCC和GND即可。

• 代碼解析

def pir_handler(pin):  #中断处理函数，蜂鸣器响，led快速闪烁
   print("ALARM! Motion detected!") 
   for i in range(50): 
       led.toggle() 
       buzzer.toggle() 
       utime.sleep_ms(100)
sensor_pir.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=pir_handler)#开启中断，当人体传感器检测到异常时就会今天中断处理函数处理
while True:  #无异常状态下会每隔5秒改变一次LDE的状态
   led.toggle() 
   utime.sleep(5)

Potentiometer 實驗

• 按照下圖連接好硬體，連接好接入電腦的Micro USB，在Thonny打開示常式序Lesson-16 Potentiometer中的python文件,運行程序，旋轉電位器可以看到Sheel窗口中列印出來的電壓值也在改變。
• 使用注意事項：Potentiometer的中間引腳為數據輸出口，兩邊的引腳分別接上GND和VCC即可。

• 代碼解析

potentiometer = machine.ADC(26) #将GP26作为模拟信号采集引脚
conversion_factor = 3.3 / (65535)
while True:
   voltage = potentiometer.read_u16() * conversion_factor #将采集到的数据进行格式化转换成电压值
   print(voltage) #打印电压信息，电压值会随着滑动变阻器旋转而变化
   utime.sleep(2)

WS2812 實驗

• 按照下圖連接好硬體，連接好接入電腦的Micro USB，在Thonny打開示常式序Lesson-25 WS2812中的WS2812_RGB_LED.py文件,運行程序可以一次看到藍、紅、綠、白的RGB顏色。

• 代碼解析

#这一段代码使用到的是状态机机制,如下代码是一个装饰器，在装饰器中我们可以硬件进行初始化、设定引脚的电平等等。
#label("bitloop") 我们可以在代码中定义一下标记，方便我们通过跳转的方式跳到他们这里执行。
#jmp(not_x,"do_zero") 当x=0时，我们就调整到标签“do_zero”。
#nop() .set(0) [T2 - 1] 当x=0时，会跳转到这里执行。
@asm_pio(sideset_init=PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True, pull_thresh=24)
def ws2812():
   T1 = 2
   T2 = 5
   T3 = 1
   label("bitloop")
   out(x, 1)               .side(0)    [T3 - 1] 
   jmp(not_x, "do_zero")   .side(1)    [T1 - 1] 
   jmp("bitloop")          .side(1)    [T2 - 1] 
   label("do_zero")
   nop()                   .side(0)    [T2 - 1]
# Create the StateMachine with the ws2812 program, outputting on Pin(22).
sm = StateMachine(0, ws2812, freq=8000000, sideset_base=Pin(0)) #创建状态机
# Start the StateMachine, it will wait for data on its FIFO.
sm.active(1) #开始状态机
# Display a pattern on the LEDs via an array of LED RGB values.
ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])
print(ar)
print("blue")
for j in range(0, 255): 
   for i in range(NUM_LEDS): 
       ar[i] = j 
   sm.put(ar,8)  #put()的方法是将数据放入状态机的输出FIFO
   time.sleep_ms(5)

LCD1602 I2C 實驗

• 按照下圖連接好硬體，連接好接入電腦的Micro USB，在Thonny打開示常式序Lesson-21 LCD1602 I2C中的python文件，先將RGB1602.py文件另存為Raspberry Pi Pico中，運行Choose_Color.py可以看到每5秒切換一種不同的顏色；運行Discoloration.py文件可以看到RGB顏色漸變的效果。

• 代碼解析

Choose_Color.py

#定义颜色
rgb9 = (0,255,0) #青色’
lcd.setCursor(0, 0) #设置游标位置
# print the number of seconds since reset:
lcd.printout("Waveshare") #写入字符
lcd.setCursor(0, 1) #设置游标位置到第二行第零列
lcd.printout("Hello,World!")#写入字符
lcd.setRGB(rgb1[0],rgb1[1],rgb1[2]); #设置背光

Discoloration.py

t=0
while True:
 
   r = int((abs(math.sin(3.14*t/180)))*255);  #RGB随着时间的变化而变化
   g = int((abs(math.sin(3.14*(t+60)/180)))*255);
   b = int((abs(math.sin(3.14*(t+120)/180)))*255);
   t = t + 3;
   lcd.setRGB(r,g,b);#重新设置RGB的值
# set the cursor to column 0, line 1
   lcd.setCursor(0, 0) #定位到第一行第零列
# print the number of seconds since reset:
   lcd.printout("Waveshare")#写入字符
   lcd.setCursor(0, 1) #定位到第二行第零列
   lcd.printout("Hello,World!")#写入字符
   time.sleep(0.3)

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