【雕爷学编程】MicroPython手册之 ESP32-S3 通用控制 esp32_esp32 micropython 雕爷ai

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,ESP32-S3在功耗、硬件资源和功能支持方面进行了优化，非常适合作为低功耗物联网设备的处理平台。相比ESP32，ESP32-S3在无线、安全性和稳定性等方面有所提升。

1、搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。
2、支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。
3、加入了用于加速神经网络计算和信号处理等工作的向量指令 (vector instructions)，性能对比 ESP32 有可观的提升。
4、集成 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n)，支持 40 MHz 带宽；其低功耗蓝牙子系统支持 Bluetooth 5 (LE) 和 Bluetooth Mesh，可通过 Coded PHY 与广播扩展实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY，用于提高传输速度和数据吞吐量。
5、外设新增 LCD 接口、USB、SD/MMC 主机控制器和 TWAI TM 控制器等常用外设接口。
6、拥有完善的安全机制和保护措施，支持基于 AES-XTS 算法的 flash 加密、基于 RSA 算法的安全启动、数字签名和 HMAC。还新增了一个“世界控制器 (World Controller)”模块，提供了两个互不干扰的执行环境，实现可信执行环境或权限分离机制。

MicroPython的ESP32-S3通用控制esp32是基于MicroPython语言的一种开发模块，用于对ESP32-S3芯片上的esp32外设进行控制和交互。下面将详细解释其主要特点、应用场景以及需要注意的事项。

主要特点：

强大的功能集成：ESP32-S3芯片上的esp32外设集成了丰富的功能，包括Wi-Fi、蓝牙、TCP/IP协议栈、GPIO、I2C、SPI等。MicroPython的ESP32-S3通用控制esp32模块提供了对这些外设的高级控制接口，使开发人员能够方便地配置和操作这些功能，实现各种应用需求。

灵活的网络通信：ESP32-S3芯片具备强大的网络通信能力，支持Wi-Fi和蓝牙。通用控制esp32模块提供了简单易用的网络编程接口，开发人员可以轻松实现无线通信、远程数据传输和设备互联等功能。

高效的开发环境：MicroPython是一种面向嵌入式系统的解释性编程语言，适用于快速原型开发和迭代。ESP32-S3通用控制esp32模块基于MicroPython语言，提供了简洁而强大的API，使开发人员能够快速开发和调试应用程序，缩短开发周期。

应用场景：
ESP32-S3通用控制esp32模块在各种应用场景中得到广泛应用，包括但不限于以下领域：

物联网设备：ESP32-S3芯片和通用控制esp32模块的结合，使其成为物联网设备的理想选择。通过该模块，开发人员可以实现物联网设备的无线连接、数据采集、云平台接入以及远程控制等功能。

智能家居：ESP32-S3通用控制esp32模块可广泛应用于智能家居领域。通过Wi-Fi和蓝牙功能，开发人员可以构建智能家居设备，如智能灯光、智能门锁、智能插座等，实现智能化控制和联网功能。

工业自动化：ESP32-S3芯片的功能和通用控制esp32模块的灵活性使其成为工业自动化领域的理想选择。开发人员可以利用该模块实现工业设备的远程监控、数据采集和控制，提高生产效率和工业安全性。

需要注意的事项：
在使用ESP32-S3通用控制esp32模块时，需要注意以下事项：

资源管理：ESP32-S3芯片的资源有限，包括内存和处理能力。在开发过程中，需要合理管理资源的使用，避免过度占用资源导致系统稳定性和性能问题。

电源管理：ESP32-S3芯片的功耗管理对于电池供电的设备尤为重要。开发人员应合理配置和优化功耗模式，以延长设备的电池寿命或满足功耗要求。

安全性考虑：在使用通用控制esp32模块进行网络通信时，需要注意网络安全问题。开发人员应采取适当的安全措施，如使用加密协议、进行身份验证和数据加密等，以保护设备和数据的安全性。

异常处理：在使用通用控制esp32模块时，可能会遇到硬件异常或错误。开发人员应考虑异常处理机制，以确保系统的可靠性和稳定性。

综上所述，MicroPython的ESP32-S3通用控制esp32模块具有功能集成、网络通信灵活以及高效的开发环境等主要特点。它在物联网设备、智能家居和工业自动化等领域有广泛的应用。在使用时需要注意资源管理、电源管理、安全性考虑以及异常处理等事项。

案例一：控制LED灯

from machine import Pin
import time

# 定义一个引脚对象，连接到ESP32-S3的GPIO2
led = Pin(2, Pin.OUT)

while True:
    # 打开LED
    led.value(1)
    # 等待1秒
    time.sleep(1)
    # 关闭LED
    led.value(0)
    # 等待1秒
    time.sleep(1)
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要点解读：这个程序使用MicroPython在ESP32-S3上控制一个连接到GPIO2的LED灯进行闪烁。程序首先导入了Pin和time模块，然后创建了一个引脚对象led，并将其设置为输出模式。在无限循环中，程序通过设置led的值为1来打开LED，等待1秒后，再将led的值设置为0来关闭LED，再等待1秒。这样就实现了LED灯的闪烁效果。

案例二：读取温度传感器数据

from machine import Pin, I2C
import ustruct
import time

# 定义I2C接口，连接到ESP32-S3的I2C总线0
i2c = I2C(scl=Pin(18), sda=Pin(19))

# 温度传感器的I2C地址
TEMP_SENSOR_ADDR = 0x48

# 温度传感器的数据寄存器地址
TEMP_REG_ADDR = 0x00

# 读取温度数据的函数
def read_temperature():
    # 向温度传感器发送读取命令
    i2c.writeto_mem(TEMP_SENSOR_ADDR, TEMP_REG_ADDR, b'\x00')
    # 从温度传感器读取数据
    data = i2c.readfrom_mem(TEMP_SENSOR_ADDR, TEMP_REG_ADDR, 2)
    # 解析数据，获取温度值（摄氏度）
    raw_temp = ustruct.unpack('>h', data)[0]
    temp = (raw_temp / 32.0) * 1.8 + 32.0
    return temp

while True:
    # 读取温度并打印
    temp = read_temperature()
    print("Temperature: {:.2f}°F".format(temp))
    # 等待1秒
    time.sleep(1)
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要点解读：这个程序使用MicroPython在ESP32-S3上通过I2C接口读取一个温度传感器的数据。程序首先导入了Pin、I2C和ustruct模块，然后定义了I2C接口和温度传感器的地址。接着，程序定义了一个读取温度数据的函数read_temperature，在这个函数中，程序向温度传感器发送读取命令，然后从传感器读取数据，并解析数据以获取温度值（摄氏度）。最后，程序进入一个无限循环，每次循环都会读取温度并打印，然后等待1秒。这样就实现了对温度传感器数据的读取和显示。

案例三：控制电机旋转

from machine import Pin, PWM
import time

# 定义一个引脚对象，连接到ESP32-S3的GPIO12
motor_pin = Pin(12, Pin.OUT)

# 定义一个PWM对象，用于控制电机速度
motor_pwm = PWM(motor_pin, freq=50)

while True:
    # 设置电机速度为占空比为50%
    motor_pwm.duty(512)
    # 等待1秒
    time.sleep(1)
    # 设置电机速度为占空比为100%
    motor_pwm.duty(1024)
    # 等待1秒
    time.sleep(1)
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要点解读：这个程序使用MicroPython在ESP32-S3上控制一个连接到GPIO12的电机进行旋转。程序首先导入了Pin和PWM模块，然后创建了一个引脚对象motor_pin，并将其设置为输出模式。接着，程序创建了一个PWM对象motor_pwm，用于控制电机速度。在无限循环中，程序通过设置motor_pwm的占空比来控制电机的速度。每次循环都会将电机速度设置为占空比为50%，等待1秒后，再将电机速度设置为占空比为100%，等待1秒。这样就实现了电机的旋转效果。

案例四：读取温湿度传感器:

from machine import ADC, Pin
import dht

dht11 = dht.DHT11(machine.Pin(4))
while True:
  dht11.measure()
  print("温度是:",dht11.temperature)
  print("湿度是:",dht11.humidity)
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这个程序使用DHT11读取温湿度传感器的数据。

案例五：通过WiFi连接百度翻译:

import urequests

url = "https://fanyi.baidu.com/sug"
data = {"kw":"hello"}
r = urequests.post(url, json=data)
print(r.json())
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这个程序通过ESP32的WiFi连接到互联网,调用百度翻译接口,实现英文到中文的翻译功能。

案例六：控制内置LED灯：

from machine import Pin
import esp32

led_pin = Pin(2, Pin.OUT)

def toggle_led():
    led_pin.toggle()

def get_led_state():
    return led_pin.value()
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要点解读：
该代码片段演示了如何使用MicroPython在ESP32-S3上控制内置LED灯。
使用machine.Pin()创建一个引脚对象，将其配置为输出模式。
toggle_led()函数用于切换LED灯的状态，通过调用toggle()方法实现。
get_led_state()函数用于获取LED灯的当前状态。

案例七：获取电池电压：

import machine
import esp32

def get_battery_voltage():
    adc = machine.ADC(machine.Pin(36))
    adc.atten(machine.ADC.ATTN_11DB)
    voltage = adc.read() / 4095 * 3.3 * 2
    return voltage
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要点解读：
该代码片段演示了如何使用MicroPython在ESP32-S3上获取电池电压。
使用machine.ADC()创建一个ADC对象，并将其连接到相应的引脚。
使用atten()方法设置ADC的衰减量。
通过读取ADC值并根据参考电压以及分辨率进行计算，得到电池电压。

案例八：控制外部按键：

from machine import Pin
import esp32

button_pin = Pin(5, Pin.IN)

def is_button_pressed():
    return button_pin.value() == 0
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要点解读：
该代码片段演示了如何使用MicroPython在ESP32-S3上控制外部按键。
使用machine.Pin()创建一个引脚对象，并将其配置为输入模式。
is_button_pressed()函数用于检测外部按键是否被按下，通过读取引脚的值来判断按键状态。

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。需要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。对于涉及到硬件操作的代码，请确保在使用之前充分了解和确认所使用的引脚和电平等参数的正确性和安全性。