树莓派 Pico

树莓派 Pico控制器

产品简介

Raspberry Pi Pico 是一款树莓派官方设计的低成本，高性能的微控制器开发板，具有灵活数字接口。硬件上，采用 Raspberry Pi 官方自主研发的 RP2040 微控制器芯片，搭载了ARM Cortex M0 + 双核处理器，高达 133MHz 的运行频率，内置了 264KB 的 SRAM 和 2MB 的内存，还板载有多达 26 个多功能的 GPIO 引脚。软件上，可选择树莓派提供的 C/C++ SDK，或者使用 MicroPython 进行开发，且配套有完善的开发资料教程，可方便快速入门开发，并嵌入应用到产品中。

产品特性

• 采用了 Raspberry Pi 官方自主设计的 RP2040 微控制器芯片
• 搭载了双核 ARM Cortex M0 + 处理器，运行频率高达 133MHz 灵活时钟
• 内置了 264KB 的 SRAM 和 2MB 的片上 Flash
• 邮票孔设计，可直接焊接集成到用户自主设计的底板上
• USB1.1 主机和设备支持
• 支持低功耗睡眠和休眠模式
• 可通过 USB 识别为大容量存储器进行拖放式下载程序
• 多达 26 个多功能的 GPIO 引脚
• 2 个 SPI，2 个 I2C，2 个 UART，3 个 12 位 ADC，16 个可控 PWM 通道
• 精确的片上时钟和定时器
• 温度传感器
• 片上加速浮点库
• 8 个可编程 I/O (PIO) 状态机，用于自定义外设支持

尺寸图

软件环境配置

为了方便在电脑上使用MicroPython开发Pico板，建议下载Thonny IDE.

• 下载Thonny IDE并按照步骤安装
  • Thonny IDE下载链接（Windows版本）
  • Thonny 官网

• 安装完成之后，第一次要配置语言和主板环境，由于我们是为了使用Pico，所以注意主板环境选择Raspberry Pi 选项。

• 配置Micrpython环境及选择Pico端口。
  • 先将Raspberry Pi Pico 接入电脑，左键点击Thonny右下角的配置环境选项--》选择configture interpreter
  • 在弹出的窗口栏中选择MicroPython(Raspberry Pi Pico),同时选择对应的端口。

• 点击ok后返回到Thonny主界面，下载固件库到Pico里面，然后点击停止按钮，在Shell窗口中即可显示当前使用到的环境。
• Pico在windows下载固件库方法: 按住BOOT键后连接电脑后，松开BOOT键，电脑会出现一个可移动磁盘，将固件库复制进去即可。
• RP2040在windows下载固件库方法: 连接电脑后，同时按下BOOT键跟RESET键,先松开RESET键再松开BOOT键，电脑会出现一个可移动磁盘，将固件库复制进去即可（用Pico的方式也可以）。

示例实验

External LED 实验

• 按照下图连接好硬件，连接好接入电脑的Micro USB，在Thonny打开示例程序Lesson-5 External LED中的python文件，运行示例程序可以看到红灯有在闪烁的现象。
• 使用注意事项：LED较长的引脚为正极，较短的为负极，负极应该接GND，正极应该和GPIO输出口相连，使用时必须接上电阻。

• 代码解析

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 实验

• 按照下图连接好硬件，连接好接入电脑的Micro USB，在Thonny打开示例程序Lesson-9 Traffic-Light-System中的python文件，运行程序可以看到交通灯带正常的运行，当按下按键时会触发蜂鸣器。
• 使用注意事项：LED较长的引脚为正极，较短的为负极，负极应该接GND，正极应该和GPIO输出口相连，使用时必须接上电阻;蜂鸣器的红线接GPIO口输出，黑线接GND。

• 代码解析

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 实验

• 按照下图连接好硬件，连接好接入电脑的Micro USB，在Thonny打开示例程序Lesson-14 Burglar Alarm LED Buzzer中的python文件,运行程序可以看到，当人为的在Passive infrared sensor前晃动时，LED灯闪亮的同时蜂鸣器也会报警。
• 使用注意事项：Passive infrared sensor 的中间引脚为数据输出引脚，两边的引脚分别接入VCC和GND即可。

• 代码解析

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 实验

• 按照下图连接好硬件，连接好接入电脑的Micro USB，在Thonny打开示例程序Lesson-16 Potentiometer中的python文件,运行程序，旋转电位器可以看到Sheel窗口中打印出来的电压值也在改变。
• 使用注意事项：Potentiometer的中间引脚为数据输出口，两边的引脚分别接上GND和VCC即可。

• 代码解析

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 实验

• 按照下图连接好硬件，连接好接入电脑的Micro USB，在Thonny打开示例程序Lesson-25 WS2812中的WS2812_RGB_LED.py文件,运行程序可以一次看到蓝、红、绿、白的RGB颜色。

• 代码解析

#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 实验

• 按照下图连接好硬件，连接好接入电脑的Micro USB，在Thonny打开示例程序Lesson-21 LCD1602 I2C中的python文件，先将RGB1602.py文件另存为Raspberry Pi Pico中，运行Choose_Color.py可以看到每5秒切换一种不同的颜色；运行Discoloration.py文件可以看到RGB颜色渐变的效果。

• 代码解析

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)

官方资料

树莓派官方文档

• Raspberry Pi Pico入门学习MicroPython编程书籍（英文版）
• 树莓派相关书籍下载
• Raspberry Pi Pico原理图
• Pico引脚分布图
• Pico入门使用手册
• Pico C SDK使用手册
• Pico Python SDK使用手册
• Pico数据手册
• RP2040数据手册
• RP2040硬件设计参考手册

树莓派开源例程

• 树莓派官方C/C++示例程序 (github)
• 树莓派官方micropython示例程序 (github)

开发软件

• Thonny Python IDE (Windows版本 V3.3.3)

其他开源例程

• 树莓派Pico 视频教程-微雪

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