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第2节 基础知识

本节将带你进一步了解 MicroPython，并熟悉 Thonny IDE 的用法。

重要提示：关于开发板的兼容性

本教程的核心逻辑适用于所有 ESP32 开发板，但所有操作步骤均以 微雪 ESP32-S3-Zero 迷你开发板 为例进行讲解。如果您使用其他型号的开发板，请根据实际情况修改相应设置。

1. Thonny 的文件视图​

在嵌入式开发过程中，经常需要在“计算机本地”和“ESP32 设备”之间进行文件传输与管理。Thonny 提供了可视化的文件视图功能来实现此操作。

  1. 开启文件视图：打开 Thonny，在顶部菜单栏选择 视图 -> 文件。

    打开 Thonny 文件视图

  2. 界面布局：此时左侧栏会出现两个区域：

    Thonny 文件视图

    • 上部 (本地文件)：显示计算机本地存储的文件。

    • 下部 (MicroPython 设备)：显示 ESP32 内部存储空间的文件。

      初始文件

      在新烧录固件的 ESP32 中，通常存在一个名为 boot.py 的文件。这是系统自动生成的引导脚本。

2. 两种代码运行模式​

MicroPython 提供了两种不同的代码运行方式，交互式运行（REPL）和脚本式运行。

2.1 交互式运行 (REPL)​

REPL (Read-Eval-Print Loop) 允许用户在 Thonny 界面底部的 Shell 窗口中直接输入代码，按下回车键即可执行。

  • 特点：执行结果即时反馈。
  • 适用场景：测试简短的命令、查询变量值、检查硬件连接状态（例如扫描 I2C 设备地址）。
  • 缺点：输入的代码无法保存，设备断电或重启后即丢失。

将以下代码复制到 Shell 窗口中，或逐行输入并回车：

import sys
import machine

freq = machine.freq() / 1000000
print(f"Device Info: {sys.platform}\nCPU Freq: {freq} MHz")

Shell 窗口将输出当前设备的平台名称以及 CPU 的工作频率。

Shell 窗口将输出当前设备的平台名称以及 CPU 的工作频率

2.2 脚本式运行​

脚本式运行是开发复杂程序的标准方式。需在编辑器区域编写完整的代码文件，保存后发送给 ESP32 执行。

  1. 编写代码：在编辑器中输入以下测试代码。该程序将打印设备信息，并每秒输出一次累加计数。

    import sys
    import machine
    import time

    # 获取并打印 CPU 频率 (单位转换为 MHz)
    freq = machine.freq() / 1000000
    print(f"Device Info: {sys.platform}\nCPU Freq: {freq} MHz")

    count = 0

    while True:
        # 打印当前计数值
        print(f"Hello World! {count}")
        count += 1
        # 延时 1 秒
        time.sleep(1)

  2. 运行脚本：点击工具栏绿色的 运行 按钮（或按 F5）。

    运行脚本

  3. 观察现象：底部的 Shell 窗口将开始输出设备信息及循环计数。

    如何停止程序？

    由于上面的代码中包含 while True 死循环，Shell 会被一直占用，导致无法进行保存文件等其他操作。要停止程序，请点击工具栏红色的停止按钮，或在 Shell 中按 Ctrl + C。

    停止按钮
    KeyboardInterrupt 错误

    强制中断可能会导致 Shell 抛出 KeyboardInterrupt 错误。为实现更健壮的退出处理，可以使用 try-except 结构包裹主逻辑捕捉异常：

    import sys
    import machine
    import time

    # 获取并打印 CPU 频率 (单位转换为 MHz)
    freq = machine.freq() / 1000000
    print(f"Device Info: {sys.platform}\nCPU Freq: {freq} MHz")

    count = 0

    try:
        while True:
            # 打印当前计数值
            print(f"Hello World! {count}")
            count += 1
            # 延时 1 秒
            time.sleep(1)
    except KeyboardInterrupt:
        # 当检测到键盘中断（CTRL+C）时执行此块代码
        print("Exit")

  4. 保存代码：将代码保存到 ESP32 中，以便后续使用。

    • 停止程序，然后点击工具栏的 保存 按钮（或按 Ctrl + S）。

      停止按钮

    • 系统将提示选择保存位置，选择 MicroPython 设备。

      选择 MicroPython 设备

    • 然后输入文件名（例如 test_print.py）并点击确认。

      保存文件名

    • 保存后，可在左侧文件视图的 MicroPython 设备区域看到 test_print.py。

      保存成功

3. ESP32 的启动机制​

在上一步的操作中，代码虽然已保存到设备，但在拔掉 USB 线重新上电后，程序不会自动运行。这是由 MicroPython 的启动规则决定的。ESP32 上电复位后，会依次经历以下几个阶段：

MicroPython 启动序列

3.1 boot.py (引导脚本)​

  • 优先级：系统启动后运行。
  • 用途：通常用于配置系统底层参数，如配置 USB 连接模式、建立网络连接等。
  • 建议：建议初学者保留默认设置，随意修改可能导致系统无法启动。

3.2 main.py (主程序)​

  • 优先级：在 boot.py 执行完毕后运行。
  • 用途：存放用户编写的应用程序代码。
  • 关键点：只有名为 main.py 的文件才会在上电后自动运行。 其他名称的脚本（如 test_print.py）仅作为普通文件存储，不会自动执行。

3.3 交互式解释器 (REPL)​

如果未找到 main.py ，或者 main.py 执行结束，MicroPython 将进入交互式解释器模式（REPL）。

  • 在 boot.py 和 main.py 中设置的全局变量仍将在 REPL 有效。

  • REPL 会继续执行，直到触发硬重置或软重置。

4 示例：自动运行脚本​

若希望程序在脱机状态（仅连接电池或电源）下自动运行，需将脚本命名为 main.py。

  1. 定位文件：在 Thonny 左下角的 MicroPython 设备 区域，双击打开上一步保存 test_print.py。

  2. 另存为 main.py：在 Thonny 菜单栏点击 文件 - 保存为副本，选择保存到 MicroPython 设备， 并将文件名设置为 main.py。

    另存为 main.py
    选择 MicroPython 设备
    设置文件名

  3. 验证：在 Shell 窗口按下 Ctrl + D (软重启) 验证 main.py 是否在设备重启后自动运行。

    查看自动运行效果
    为什么需要按 Ctrl+D ？

    当 Thonny 与 ESP32 建立连接时，默认会发送中断信号，停止当前运行的程序并进入 REPL 模式。（此行为可在设置中更改）

    连接时中断运行中的程序设置

    这意味着即使 ESP32 上电后自动运行了 main.py，一旦被 Thonny 连接，程序也会立即停止，导致 Shell 窗口无输出。

    在 REPL 中按下 Ctrl + D（软复位）可以让 MicroPython 解释器在保持 Thonny 连接状态下重新启动，这样就能在 Shell 窗口中完整观察 main.py 从头开始的运行过程。

5. 上传文件​

在开发过程中，若需使用外部驱动库（如 OLED 屏幕、温湿度传感器）时，通常需要使用外部库文件（.py 文件）。

将电脑上的库文件传输到 ESP32 的步骤如下：

  1. 在左上侧（本地文件）找到目标文件（例如 ssd1327.py）。

  2. 右键点击该文件，选择 上传到 /。

    上传文件操作

  3. 文件将被复制到 ESP32 的文件系统中。随后就可以在代码中通过 import ssd1327 来使用它了。

    文件上传结果

6. 常用内置模块概览​

MicroPython 在 ESP32 上提供了一系列与硬件相关的内置模块。以下是常用模块的简要说明：

6.1 machine 模块​

machine 模块提供访问底层硬件的接口，是控制外设的核心模块：

  • machine.Pin：控制 GPIO 输入输出；
  • machine.ADC：模拟信号采集；
  • machine.PWM：输出 PWM 信号；
  • machine.UART：串口通信；
  • machine.I2C：I2C 总线；
  • machine.SPI：SPI 总线；
  • machine.Timer：定时器；
  • machine.RTC：实时时钟。

例如，在 REPL 中查看当前 CPU 频率：

import machine
print(machine.freq())  # 查看 CPU 主频

6.2 time 模块​

time（在旧版或部分固件中也称为 utime，但 u- 前缀的命名方式未来将被移除）模块提供延时和时间计数功能：

import time

time.sleep(1)       # 延时 1 秒
time.sleep_ms(500)  # 延时 500 毫秒
time.sleep_us(100)  # 延时 100 微秒

print(time.ticks_ms())  # 返回自上电以来的毫秒计数

6.3 network 和 bluetooth 模块​

network 和 bluetooth 模块用于配置 Wi-Fi 和蓝牙功能，为 ESP32 带来无线互联能力。可通过以下命令查看模块包含的接口：

import network, bluetooth
help(network)
help(bluetooth)

6.4 查看可用模块与帮助​

不同版本的固件或芯片，所支持的内置模块略有差异。可通过以下方式查询当前设备支持情况：

  1. 列出当前固件的所有内置模块：

    在 Shell 中输入：

    help('modules')

  2. 查询模块属性与函数：

    使用 dir() 函数列出对象的所有属性。例如查看 machine 模块下的内容：

    import machine
    dir(machine)

  3. 查看对象帮助文档：

    MicroPython 的 help() 函数可提供特定对象的简要说明：

    import machine
    help(machine.Pin)
    备注

    help() 仅提供简要说明，完整的 API 定义请参考官方文档。

7. 参考链接​

最后由 Wulu 于 更新