MicroPython技术及应用定义

Posted 2021-02-03

MicroPython极精简高效的实现了Python3语言，包含Python标准库的一小部分，在单片机和受限环境中运行。

1.1、MicroPython发展
由剑桥大学的理论物理学家乔治?达明设计，遵循MIT许可协议，与Arduino类似，拥有自己的解析器、编译器、 虚拟机和类库等，MicroPython更强大。目前它支持基于32-bit的ARM处理器，比如STM32F405、STM32f407等，也就是说ARM处理器STM32F405上直接可运行Python语言，用Python语言来控制单片机。在单片机上能运行Python，实际上Python已经完全脱离系统，也就是说，你可以通过Python脚本语言开发单片机程序。

1.2、MicroPython支持的芯片
支持的mcu系列有：stm32f405、stm32f407，也支持esp8266，接下来会增强stm32f103和esp32的稳定性，芯片将会扩展到FPGA和A7。

1.3、MicroPython固件
固件就是写入EROM（可擦写只读存储器）或EEPROM(电可擦可编程只读存储器)中的程序。是指设备内部保存的设备“驱动程序”，通过固件，操作系统才能按照标准的设备驱动实现特定机器的运行动作，比如光驱、刻录机或手机等都有内部固件。

主要由以下构成：
py/--核心python实现，包括编译器、运行时和核心库。
mpy cross/--用于将脚本转换为预编译字节码的Micropyhon交叉编译器。
ports/unix/--在unix上运行的微星版本。
ports/stm32/--运行在Pyboard和类似的stm32板上的Micropyhon版本（使用st的cube-hal驱动程序）。
ports/minimal/--最小的Micropython端口。
tests/--测试框架和测试脚本。
docs/——sphinx格式的用户文档。呈现的HTML文档可在http://docs.tpyboard.com上找到。

其他组件
ports/bare-arm/--用于ARM MCU的最小MicroPython版本。主要用于控制代码大小。
ports/teensy/--运行在teensy 3.1上的MicroPython版本（初步但功能正常）。
ports/pic16bit/--16位pic微控制器的MicroPython版本。
ports/cc3200/--在TI的cc3200上运行的Micropython版本。
ports/esp8266/--运行在espressf的esp8266 soc上的MicroPython版本。
ports/esp32/--运行在espressf的esp32 soc上的MicroPython版本。
ports/nrf/--在nrf51和nrf52 mcu上运行的MicroPython版本。
extmod/--在C中实现的附加（非核心）模块。
tools/--各种工具
example/--几个Python脚本示例。
Micropython当前最新版本是1.94，TPYBoard增加了显示屏，红外等常用接口驱动程序，可以直接使用这些设备。

1.4、TPYBoard是什么？
TPYBoard是一块能裸机运行MicroPython的紧凑型电路板，提供了用于控制各种单片机接口的底层Python操作系统。是萝卜设计支持Micropython的开发板，国内第一块有自主实用新型专利和商标，可运行MicroPython单片机。
MicroPython包含了诸如交互式提示，任意精度整数，关闭，列表解析，生成器，异常处理等高级功能。适合运行在只有256k的代码空间和16k的RAM的芯片上。MicroPython旨在尽可能与普通Python兼容，让您轻松将代码从桌面传输到微控制器或嵌入式系统。
当前TPYBoard有

V10x—主要是基础的TPYBoard开发板。
V201—局域网通信，有LAN网口的TPYBoard开发板。
V202—wifi通信，支持wifi模块的TPYBoard开发板。
V702—远距离通信的，支持SIM卡的TPYBoard开发板。

2、MicroPython能干什么

既然MicroPython是用Python语言能来控制单片机，那么单片机能做什么基本能反映出它能做什么。还是让我们一起看一下单片机能干什么？

目前单片机***到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。×××的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

2.1、智能仪器
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。   例如精密的测量设备（电压表、功率计，示波器，各种分析仪）。

2.2、工业控制
单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。在工业疏水阀检测已经的到了实质性推广应用。

2.3、家用电器
现在的家用电器广泛采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。

2.4、网络和通信
现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

2.5、医用设备领域
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

2.6、模块化系统
某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。   在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

2.7、汽车电子
单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、abs防抱死系统、制动系统、胎压检测等。

2.8、其他
单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

在教育方面利用Python语言特性在青少年编程教育也得到了实质性推广应用。