【4Day创客实践入门教程】Day1 工具箱构建—

Day1 工具箱构建——开发环境的构建

Day1 工具箱构建——开发环境的构建
- 1.元件选型
- 2.准备工具
- 3. 开发板准备
- - 焊接排针
  - - 具体步骤
    - 注意事项与技巧
- 4. 软件环境配置与固件烧录
- - Thonny IDE软件环境配置
  - 配置Micropython环境与烧录固件
  - - **问题：**买的是4M/16M，但是烧录MicroPython固件后，可用仍然只有1.4
- 后记
- 示例实验
- - External LED 实验
  - Traffic Light System 实验
  - Burglar Alarm LED Buzzer 实验
  - Potentiometer 实验
  - WS2812 实验
  - LCD1602 I2C 实验

Day0 创想启程——课程与项目预览
Day1 工具箱构建——开发环境的构建
Day2 探秘微控制器——单片机与MicroPython初步
Day3 实战演练——桌面迷你番茄钟
Day4 迈向高手之路——进一步学习！

1.元件选型

这个步骤一般在项目选题定好以后进行。实现一个项目，我们一般需要以下几类元件（括号内为本项目使用），我们需要视产品功能，元件生产厂商，元件的作用等方面选定。

主控芯片/主控板（RP2040）
自制PCB扩展板/成品扩展板（Pico-OLED-1.3 1.3英寸OLED扩展板）
其他元器件
电源等（锂电池）

2.准备工具

我们需要一些工具，来避免项目做到一半搁置去买东西等情况，所以提前准备一些必要的工具是非常必要的。

基本工具（剪刀、钳子等）
- 剪线钳：修剪多余的排针长度。
焊接工具
- 电烙铁：建议使用恒温电烙铁以控制温度。
- 焊锡膏：用于提高焊接质量。
- 焊锡丝：直径通常为0.5mm至1.2mm之间，选择合适的直径。
- 助焊剂（可选）：如果焊锡膏粘性不足，可以考虑使用。
- 防静电手套或手腕带（可选）：保护电子元件免受静电损害。
- 放大镜（可选）：提高可视性和准确性。
其他耗材工具
- 面包板：用于固定排针。
- 排针：确保针脚干净无损。
电脑及配件

3. 开发板准备

焊接排针

我们买回来的开发板是默认不带排针的，所以我们需要自己焊接排针。

具体步骤

预处理：

1.1. 准备固定支点： 将排针插入面包板上，确保排针稳定且垂直于开发板。

1.2. 涂抹焊锡膏： 在排针的焊接面上轻轻涂抹一层薄薄的焊锡膏。

1.3. 加热电烙铁： 将电烙铁加热到适宜的温度，并清除烙铁头。
焊接：

2.1. 放置烙铁头： 将烙铁头轻触排针与PCB的接触点。

2.2. 加入焊锡丝： 当焊锡膏开始熔化时，将焊锡丝接触到烙铁头和排针的接触点。

2.3. 撤离焊锡丝： 当焊点形成良好的形状并且焊锡丝已经足够时，迅速移开焊锡丝。

2.4. 取走电烙铁： 在焊锡丝撤离后，立即移开电烙铁，避免过度加热。

2.5. 检查焊点： 确保每个焊点都完整且没有虚焊的情况。

注意事项与技巧

温度控制： 如果使用的不是恒温电烙铁，请不要让烙铁头长时间接触焊接面，以免损坏电子元器件。
避免过热： 在焊接多个点时，应适时停顿，避免连续长时间加热导致元器件受损。
安全第一： 确保工作环境通风良好，并采取适当的防护措施以保护眼睛和皮肤。
提高速度： 虽然速度很重要，但确保质量优先。
保持稳定： 在焊接过程中，保持手部稳定，避免抖动。
检查焊点： 确保每次焊接完成后，焊点表面光滑、饱满，没有气泡或裂纹。

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4. 软件环境配置与固件烧录

Thonny IDE软件环境配置

screenshot

为了方便在电脑上使用MicroPython开发RP2040-PLUS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
修改Thonny语言为简体中文，选择完成后重启生效

配置Micropython环境与烧录固件

使用USB-C数据线连接RP2040-PLUS与Windows电脑
烧录固件
- 下载固件库到电脑上
**问题：**买的是4M/16M，但是烧录MicroPython固件后，可用仍然只有1.4

官方固件没有更新，仍然是以2M内存编写的固件；使用下面对应的固件即可：
4M：4M MicroPython固件
16M：16M MicroPython固件
- 在Windows下载固件库（下面两种方法都可以，都可以试试）
  - 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
  - 连接电脑后，同时按下BOOT键跟RESET键,先松开RESET键再松开B OOT键，电脑会出现一个可移动磁盘,将固件库复制进去即可
烧录完固件后，理论上Thonny将会识别到这个设备。点击右下角配置设备，选择RP2040。

认识Thonny，接下来你可以先打开编辑器，摸索一下，然后试着查看官方教程学习基本的使用方法。Thonny 官网

后记

好了，现在完事具备。你可以先试试完成以下这些RP2040的小实验，提前预习下啊~

示例实验

下载示例程序到电脑桌面即可进行一些几个有趣的实验。

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)