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第1节 搭建开发环境

本教程将介绍 MicroPython，并指导您配置 ESP32 的 MicroPython 开发环境。

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. 什么是 MicroPython？​

MicroPython 是 Python 3 编程语言的一个精简、高效的实现，它经过专门优化，可以运行在微控制器和其它资源受限的环境中。

MicroPython 支持多种微控制器平台。它最低可以在 256KB 闪存和 16KB RAM 的设备上运行。不过，在 ESP32 这样拥有 512KB 以上闪存和 128KB 以上 RAM 的硬件上，你才能获得最完整、最流畅的功能体验。

简单来说，MicroPython 就是运行在单片机上的“迷你版” Python。它允许开发者使用 Python 语法控制硬件，降低了嵌入式开发的入门门槛。

1.1 工作原理​

MicroPython 的运行机制主要依赖于烧录在设备内部的固件（Firmware）。

  1. 交互式解释器 (REPL)： 当 MicroPython 固件启动后，会运行一个微型 Python 解释器并进入待命状态。此时，通过串口连接，用户可以进入 REPL（Read-Eval-Print Loop，读取-求值-打印-循环）环境。在此环境中发送的 Python 指令会被立即执行并返回结果，这种即时反馈机制显著提升了调试效率。
  2. 文件执行机制： 除了交互式输入，MicroPython 也支持运行保存在文件系统中的代码。当设备启动时，会依次尝试运行 boot.py（系统引导脚本）和 main.py（用户主程序）。将代码保存为 main.py 即可实现设备上电自动运行程序。

MicroPython 架构

1.2 和标准 Python 的区别​

  • 独立实现: MicroPython 并非基于标准 Python (CPython) 的源代码修改而来，而是为了嵌入式环境从头开始编写的。它严格遵循 Python 3 的语法规范，但内部实现不同。
  • 功能是子集: 由于微控制器的内存（RAM）和闪存（Flash）非常有限，MicroPython 只包含了标准 Python 的一部分核心库。一些庞大或不适用于嵌入式场景的库（如 numpy、requests 的完整版）被移除或用功能更精简的模块替代。
  • 硬件支持: MicroPython 的最大特色是增加了用于控制硬件的模块，例如 machine 模块（用于控制 GPIO、I2C、SPI 等）和 network 模块（用于控制 Wi-Fi、蓝牙）。
  • 跨平台: 除了 ESP32，MicroPython 还支持许多其他开发板，如 STM32 系列、ESP8266、树莓派 Pico (RP2040) 等。

1.3 与其它 ESP32 开发方式对比​

特性MicroPythonArduinoESP-IDF
学习难度低中高
开发效率高中低
性能中高最高
内存占用较高中可控

2. 配置开发环境​

Thonny 是一款面向初学者的 Python 集成开发环境 (IDE)，其内置了对 MicroPython 的完善支持，可以轻松完成固件烧录、文件管理和代码调试等所有操作。

备注

本教程后续内容将统一基于 Thonny IDE 进行演示。

2.1 安装 Thonny​

备用下载（镜像）

如果下载速度较慢或下载失败，可以从 此链接（Windows） 下载。

前往 Thonny 官网 下载并安装 Thonny。

DownloadArduinoIDE

2.2 烧录 MicroPython 固件​

MicroPython 需要运行在其固件，因此首次使用前需烧录对应的固件。请参考以下烧录方式。

备注

此方法操作简便，适合大多数场景。Thonny 会自动下载固件。

  1. 连接开发板：将 ESP32 开发板通过 USB 数据线连接到电脑。

    信息

    若在后续步骤中遇到连接超时或烧录失败的情况，请尝试手动进入下载模式：按住开发板上的 BOOT 按钮不放，同时插入 USB 线，然后再松开 BOOT 按钮。

  2. 配置解释器：打开 Thonny，点击窗口右下角的解释器状态框（初始可能显示为 '本地 Python'），然后选择 配置解释器。

    通过 Thonny 安装固件 1

  3. 打开固件烧录工具：在弹出的窗口中，选择 MicroPython(ESP32) 解释器，以及开发板对应端口，然后点击右下角的 安装或更新 MicroPython(esptool) 链接。

    通过 Thonny 安装固件 2

  4. 选择固件：在 Install MicroPython(esptool) 窗口中配置以下参数：

    信息

    若界面选项呈灰色不可选，请等待 Thonny 联网更新固件列表。若始终无法刷新固件列表，请使用 通过 Thonny（自定义固件） 安装方式。

    通过 Thonny 安装固件 3
    • Target port：选择 ESP32 设备对应的端口（如不确定，可拔插设备观察哪个端口消失后重新出现）。
    • MicroPython family：根据实际硬件选择芯片型号。
    • variant：选择通用的 Espressif xxx。
    • version：推荐选择最新的稳定版。

  5. 开始烧录：点击 安装。Thonny 会自动擦除闪存并烧录新的 MicroPython 固件。等待进度条走完，直到出现 Done! 提示。

    通过 Thonny 安装固件 4

2.3 验证开发环境​

烧录完成后，接下来验证环境配置是否成功。

  1. 重连设备：断开 ESP32 与电脑的连接，然后重新连接，并确保 Thonny 右下角的解释器已设置为 MicroPython (ESP32) 和正确的端口。

    注意端口变化

    烧录 MicroPython 固件后，设备对应的 COM 端口号可能会发生变化（特别是在使用 ESP32-S3/C3 等原生 USB 接口时）。若连接失败，请点击右下角重新选择正确的端口。

  2. 重启解释器：如果底部的 Shell 窗口无响应，可以点击工具栏上的红色 停止 按钮来重启板载解释器。

  3. 检查提示符：连接成功后，Shell 窗口中应出现 MicroPython 的版本信息、开发板信息和 >>> 提示符，这表示已成功进入 ESP32 上的 MicroPython REPL 环境。

  4. 运行测试代码：在 >>> 提示符后输入第一行 MicroPython 代码，然后按回车：

    print('Hello, ESP32!')

    此时应能立即看到 ESP32 返回了 Hello, ESP32! 的消息。

至此，ESP32 MicroPython 开发环境已经搭建完毕，并且成功运行了第一行代码。

3. 参考链接​