【雕爷学编程】MicroPython手册之 瑞萨电子 RA 引脚和 GPIO

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【雕爷学编程】MicroPython手册之 瑞萨电子 RA 引脚和 GPIO

MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。

MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。

MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。

使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。

总体来说,MicroPython让Python进入了微控制器领域，是一项重要的创新，既降低了编程门槛，又提供了良好的硬件控制能力。非常适合各类物联网和智能硬件的开发。

瑞萨电子EK-RA6M2开发板的技术参数，如下所示：

1、EK-RA6M2开发板是一款用于评估和开发基于RA6M2微控制器的嵌入式系统应用的评估套件。
2、RA6M2微控制器是一款基于高性能Arm® Cortex®-M4内核的32位微控制器，具有120MHz的工作频率，512KB的内部闪存，256KB的内部SRAM，以及64KB的数据闪存。
3、RA6M2微控制器还具有多种外设和接口，如以太网MAC、USB 2.0全速主机/设备、CAN、SDHI、QSPI、SCI、SPI、I2C、ADC、DAC、比较器、定时器、RTC等。
4、EK-RA6M2开发板提供了多种连接和扩展选项，如Arduino兼容的扩展插槽、Pmod™连接器、以太网端口、USB端口、LED灯、按键、电位器等。
5、EK-RA6M2开发板支持瑞萨电子的灵活配置软件包(FSP)，以及各种集成开发环境(IDE)，如e² studio、IAR Embedded Workbench® for Arm (EWARM)和Keil® µVision®。
6、EK-RA6M2开发板还提供了多个示例项目和应用文档，帮助用户快速入门和开发自定义应用程序。

MicroPython的瑞萨电子RA引脚和GPIO是指在使用MicroPython编程语言时，通过瑞萨电子RA通用板上的引脚和通用输入输出（GPIO）功能来实现与外部设备的连接和控制的过程。下面将以专业的视角详细解释MicroPython的瑞萨电子RA引脚和GPIO的主要特点、应用场景以及需要注意的事项。

主要特点：

引脚多样性：瑞萨电子RA通用板上的引脚通常具有多种类型的功能，如数字输入/输出、模拟输入、PWM输出等。这种多样性使得开发者可以根据具体需求选择合适的引脚功能，满足各种连接和控制要求。

可编程性：通过MicroPython编程语言，开发者可以轻松地对瑞萨电子RA引脚和GPIO进行编程控制。MicroPython提供了简洁而强大的API，使开发者可以方便地配置引脚的输入输出模式、读取输入状态、设置输出状态等。

中断支持：瑞萨电子RA引脚和GPIO通常支持中断功能，可以在外部事件触发时立即中断程序执行，执行相应的中断处理程序。这种特性对于实时响应外部事件非常重要，如传感器数据的采集、按键的检测等。

应用场景：

外设控制：通过连接外部设备到瑞萨电子RA引脚和GPIO，可以实现对各种外设的控制，如LED灯、蜂鸣器、电机、传感器等。开发者可以根据具体需求，将引脚配置为输入或输出模式，并通过编程控制引脚状态实现对外设的操作。

数据采集：瑞萨电子RA引脚和GPIO通常支持模拟输入功能，可以用于连接传感器并采集模拟信号。通过读取引脚的模拟输入值，可以获取传感器的测量数据，如温度、湿度、光照强度等。

外部中断处理：引脚和GPIO的中断支持使其适用于需要实时响应外部事件的场景。例如，通过配置引脚的中断功能，可以实现按键的检测、传感器触发的事件处理等。

需要注意的事项：

引脚电压和电流：在连接外部设备时，需要确保瑞萨电子RA引脚和GPIO的电压和电流与外部设备的要求相匹配。过高或过低的电压和电流可能会导致设备损坏或功能异常。

引脚功能冲突：瑞萨电子RA引脚通常具有多种功能，但某些引脚可能存在功能冲突的情况。在配置引脚功能时，需要仔细查阅开发板的文档或参考手册，确保所选的引脚功能与其他设备或模块没有冲突。

引脚状态设置：在设置引脚的输出状态时，需要注意保持合适的电平和电流。过高或过低的电平和电流可能会导致设备不正常工作或损坏。

中断处理程序设计：使用中断功能时，需要注意中断处理程序的设计和实现。合理的中断处理程序可以提高系统的响应速度和稳定性，避免可能的竞争条件和死锁等问题。

总结：MicroPython的瑞萨电子RA引脚和GPIO具有引脚多样性、可编程性和中断支持等特点，适用于外设控制、数据采集和外部中断处理等应用场景。在使用时需要注意引脚电压和电流、引脚功能冲突、引脚状态设置和中断处理程序设计等方面的事项。通过合理使用引脚和GPIO功能，开发者可以实现与外部设备的连接和控制，满足各种实际应用的需求。

案例一：RA引脚控制LED

from machine import Pin, RA6
import timeled = Pin(13, Pin.OUT)  # 定义LED引脚为输出模式
ra_pin = RA6  # 将RA6引脚设置为GPIO输入模式while True:led.value(not led.value())  # 切换LED状态time.sleep(0.5)  # 延时0.5秒

要点解读：本案例通过导入machine模块中的Pin和RA6类，实现了使用RA引脚控制LED的功能。首先定义了一个LED引脚为输出模式，然后创建一个RA6对象并将其设置为GPIO输入模式。在无限循环中，每次切换LED的状态并延时0.5秒。

案例二：GPIO控制蜂鸣器

from machine import Pin
import timebuzzer = Pin(12, Pin.OUT)  # 定义蜂鸣器引脚为输出模式while True:buzzer.value(1)  # 打开蜂鸣器time.sleep(1)  # 延时1秒buzzer.value(0)  # 关闭蜂鸣器time.sleep(1)  # 延时1秒

要点解读：本案例通过导入machine模块中的Pin类，实现了使用GPIO控制蜂鸣器的功能。首先定义了一个蜂鸣器引脚为输出模式。然后在无限循环中，每次打开蜂鸣器并延时1秒，接着关闭蜂鸣器并延时1秒。

案例三：GPIO控制舵机

from machine import Pin, PWM
import timeservo = Pin(14, Pin.OUT)  # 定义舵机引脚为输出模式
pwm = PWM(Pin(15), freq=50)  # 创建PWM对象，频率为50Hzservo.value(0)  # 舵机初始位置为0度while True:duty_cycle = (time.time() % 1) * 10 + 15  # 计算占空比，范围为15-255pwm.duty(duty_cycle)  # 设置PWM占空比time.sleep(0.1)  # 延时0.1秒

要点解读：本案例通过导入machine模块中的Pin和PWM类，实现了使用GPIO控制舵机的功能。首先定义了一个舵机引脚为输出模式，然后创建一个PWM对象，频率为50Hz。在无限循环中，每次计算舵机的占空比并设置PWM的占空比，舵机的位置随之改变。

案例四：控制LED的亮度

import machine  
import time  pwm = machine.PWM(machine.Pin(1))  # 将GPIO1配置为PWM输出  
pwm.freq(1000)  # 设置PWM频率为1000Hz  while True:  for duty in range(0, 1024, 64):  # 从0到1023，步长为64  pwm.duty(duty)  # 设置PWM占空比  time.sleep(0.1)  # 延时100毫秒  for duty in range(1023, -1, -64):  # 从1023到0，步长为-64  pwm.duty(duty)  # 设置PWM占空比  time.sleep(0.1)  # 延时100毫秒

要点解读：
使用machine.PWM类将GPIO1配置为PWM输出。
pwm.freq()方法用于设置PWM频率。
pwm.duty()方法用于设置PWM占空比，范围从0到1023。
通过在while循环中改变PWM占空比，可以控制LED的亮度。占空比越高，LED越亮。

案例五： 按键控制LED开关

import machine  led = machine.Pin(1, machine.Pin.OUT)  # 将GPIO1配置为输出（LED）  
button = machine.Pin(2, machine.Pin.IN)  # 将GPIO2配置为输入（按键）  while True:  if button.value() == 0:  # 如果按键被按下（接地）  led.toggle()  # 切换LED状态（开/关）

要点解读：
使用machine.Pin类将GPIO1配置为输出（LED），将GPIO2配置为输入（按键）。
led.toggle()方法用于切换LED的状态（开/关）。
通过在while循环中检查按键状态，可以实现对LED的开关控制。当按键被按下时，LED状态将切换。

案例六：使用中断检测按键输入

import machine  led = machine.Pin(1, machine.Pin.OUT)  # 将GPIO1配置为输出（LED）  
button = machine.Pin(2, machine.Pin.IN)  # 将GPIO2配置为输入（按键）  
button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=lambda p: led.toggle())  # 设置按键触发方式为下降沿触发，回调函数为切换LED状态

要点解读：
使用machine.Pin类将GPIO1配置为输出（LED），将GPIO2配置为输入（按键）。
button.irq()方法用于设置按键触发方式和回调函数。在本例中，触发方式为下降沿触发（即按键被按下时触发），回调函数为切换LED状态。
通过设置中断，程序将在按键被按下时自动执行回调函数，实现对LED的开关控制。这种方式相比轮询按键状态更加高效和实时。

案例七：使用 machine.Pin 类控制 LED 灯的闪烁
这个案例展示了如何使用 machine.Pin 类来控制板上的 LED 灯的闪烁。首先，导入 machine 和 time 模块，然后创建一个 Pin 对象，指定要控制的 LED 引脚和模式。然后，使用 while 循环不断切换 LED 的状态，并在每次切换后使用 time.sleep 函数延迟一段时间。这个案例演示了如何使用基本的 GPIO 功能来实现简单的交互。
代码如下：

import machine
import timeled = machine.Pin('LED1', machine.Pin.OUT) # 创建一个 Pin 对象，指定要控制的 LED 引脚和模式while True:led.on() # 点亮 LEDtime.sleep(0.5) # 延迟 0.5 秒led.off() # 熄灭 LEDtime.sleep(0.5) # 延迟 0.5 秒

案例八：使用 machine.Pin 类读取开关的状态
这个案例展示了如何使用 machine.Pin 类来读取板上的开关的状态。首先，导入 machine 模块，然后创建一个 Pin 对象，指定要读取的开关引脚、模式和上拉电阻。然后，使用 while 循环不断读取开关的值，并打印出来。这个案例演示了如何使用 GPIO 功能来获取输入信号。
代码如下：

import machinesw = machine.Pin('SW1', machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP) # 创建一个 Pin 对象，指定要读取的开关引脚、模式和上拉电阻while True:value = sw.value() # 读取开关的值print('Switch value:', value) # 打印开关的值

案例九：使用 machine.Pin 类配置引脚中断
这个案例展示了如何使用 machine.Pin 类来配置引脚中断的功能。首先，导入 machine 模块，然后创建两个 Pin 对象，分别指定要控制的 LED 引脚和要检测的开关引脚。然后，定义一个回调函数，用于在开关被按下时切换 LED 的状态。接着，使用 irq 方法为开关引脚配置中断处理程序和触发条件。这个案例演示了如何使用 GPIO 功能来实现中断驱动的事件响应。
代码如下：

import machineled = machine.Pin('LED1', machine.Pin.OUT) # 创建一个 Pin 对象，指定要控制的 LED 引脚
sw = machine.Pin('SW1', machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP) # 创建一个 Pin 对象，指定要检测的开关引脚def callback(pin): # 定义一个回调函数，用于在开关被按下时切换 LED 的状态led.toggle() # 切换 LED 的状态sw.irq(callback, trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING) # 为开关引脚配置中断处理程序和触发条件

请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。确保正确连接硬件并了解所使用的传感器和设备的规范和特性非常重要。