【雕爷学编程】MicroPython手册之 pyboard 特定端口库 pyb.LED

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。

pyboard是一个紧凑而强大的电子开发板，运行MicroPython。它通过USB连接到您的PC，为您提供一个USB闪存驱动器来保存Python脚本，以及用于即时编程的串行Python提示符（REPL）。需要微型 USB 电缆。适用于 Windows、Mac 和 Linux。

MicroPython是对Python（版本3.4）编程语言的完全重写，因此它适合并在微控制器上运行。它包括许多优化，因此它可以高效运行并使用很少的 RAM。

MicroPython在pyboard上运行裸机，本质上是一个Python操作系统。内置 pyb 模块包含用于控制板上可用外设的函数和类，例如 UART、I2C、SPI、ADC 和 DAC。观看此视频，了解 pyboard 的概述。

MicroPython 的 pyb.LED 是一个用于控制单个 LED（发光二极管）的类，它可以让你在板子上的 LED 上实现开关和亮度调节。它的基本定义如下：

你可以通过传入一个 LED 编号或别名来创建一个 pyb.LED 的实例，例如 led = pyb.LED(1) 或 led = pyb.LED(‘RED’)。LED 编号或别名可以是 1-4，分别对应红色、绿色、黄色和蓝色的 LED。
你可以使用 led.on() 方法来打开 LED，达到最大亮度。
你可以使用 led.off() 方法来关闭 LED。
你可以使用 led.toggle() 方法来切换 LED 的状态，如果 LED 是开的，就关掉，如果是关的，就打开。
你可以使用 led.intensity() 方法来获取或设置 LED 的亮度。亮度的范围是 0（关闭）到 255（完全开启）。如果没有给出参数，就返回 LED 的亮度。如果给出参数，就设置 LED 的亮度，并返回 None。

MicroPython 的 pyb.LED 是一个用于控制单个 LED（发光二极管）的类，它可以让你在板子上的 LED 上实现开关和亮度调节。它的主要特点、应用场景和注意事项如下：

它的主要特点是：

它可以支持四个 LED，分别是红色、绿色、黄色和蓝色的 LED，每个 LED 有一个编号和别名，可以用来创建 pyb.LED 的实例。
它可以支持 LED 的开关和亮度调节，可以用来实现不同的效果，例如闪烁、呼吸、渐变等。
它还可以支持 LED 的切换，可以用来实现一些简单的逻辑或反馈，例如开关状态、错误提示、警告信号等。

它的应用场景有：

可以用来显示各种信息，例如电源状态、网络状态、温度状态等。
可以用来实现各种效果，例如心跳灯、流水灯、彩虹灯等。
可以用来实现一些有趣的项目或游戏，例如摩尔斯电码、密码锁、猜拳游戏等。

它的注意事项有：

在使用 pyb.LED 时，应选择合适的 LED 编号或别名，并注意 LED 的颜色和位置。
在使用 pyb.LED 时，应注意 LED 的亮度范围和调节方式，并根据需要设置合适的亮度值。
在使用 pyb.LED 时，应注意 LED 的电流和功率消耗，并避免过载或过热。

以下是 MicroPython 的 pyb.LED 的几个实际运用程序案例：

案例1：心跳灯：通过使用红色 LED 来模拟心跳的效果，使用亮度调节来实现呼吸的效果。代码如下：:

import pyb

# 初始化红色 LED
led = pyb.LED(1) # 假设红色 LED 的编号为 1

# 主循环
while True:
    # 循环改变 LED 的亮度，从 0 到 255 再到 0
    for i in range(256):
        # 设置 LED 的亮度为 i
        led.intensity(i)
        # 延时一段时间，控制呼吸速度
        pyb.delay(2)
    for i in range(256):
        # 设置 LED 的亮度为 255 - i
        led.intensity(255 - i)
        # 延时一段时间，控制呼吸速度
        pyb.delay(2)

案例2：流水灯：通过使用四个 LED 来模拟流水的效果，使用开关和延时来实现移动的效果。代码如下：:

import pyb

# 初始化四个 LED
leds = [pyb.LED(i) for i in range(1, 5)] # 假设四个 LED 的编号分别为 1, 2, 3, 4

# 主循环
while True:
    # 循环点亮每个 LED，并关闭前一个 LED
    for i in range(4):
        # 点亮第 i 个 LED
        leds[i].on()
        # 如果不是第一个 LED，就关闭前一个 LED
        if i > 0:
            leds[i-1].off()
        # 延时一段时间，控制移动速度
        pyb.delay(200)
    # 关闭最后一个 LED
    leds[3].off()

案例3：猜拳游戏：通过使用三个 LED 来模拟猜拳的结果，使用触摸传感器来输入用户的选择。代码如下：:

import pyb

# 初始化三个 LED
leds = [pyb.LED(i) for i in range(1, 4)] # 假设三个 LED 的编号分别为 1, 2, 3
# 定义三个 LED 对应的猜拳选项，分别是剪刀、石头、布
options = ['scissors', 'rock', 'paper']
# 定义一个字典，表示猜拳的胜负关系
rules = {
    
    
    'scissors': 'paper',
    'rock': 'scissors',
    'paper': 'rock'
}

# 初始化触摸传感器
touch = pyb.TouchScreen() # 使用板子上的触摸传感器

# 定义一个函数，用于获取用户的输入
def get_user_input():
    # 循环等待用户触摸屏幕
    while True:
        # 如果检测到触摸
        if touch.z > 100:
            # 获取触摸的位置，并将其映射到三个区域之一，分别对应三个 LED
            x = touch.x * 3 // touch.Z_MAX
            # 返回用户选择的选项
            return options[x]

# 定义一个函数，用于生成电脑的输入
def get_computer_input():
    # 随机选择一个选项
    return random.choice(options)

# 定义一个函数，用于判断猜拳的结果
def judge(user, computer):
    # 如果用户和电脑选择相同，返回平局
    if user == computer:
        return 'draw'
    # 如果用户选择的选项能赢电脑选择的选项，返回胜利
    if rules[user] == computer:
        return 'win'
    # 否则，返回失败
    return 'lose'

# 定义一个函数，用于显示猜拳的结果
def show_result(user, computer, result):
    # 清空所有 LED 的状态
    for led in leds:
        led.off()
    # 根据用户和电脑的选择，点亮相应的 LED，使用白色
    leds[options.index(user)].on()
    leds[options.index(computer)].on()
    # 根据猜拳的结果，闪烁相应的 LED，使用白色
    if result == 'win':
        leds[options.index(user)].toggle()
    elif result == 'lose':
        leds[options.index(computer)].toggle()
    elif result == 'draw':
        for led in leds:
            led.toggle()

# 主循环
while True:
    # 获取用户和电脑的输入
    user = get_user_input()
    computer = get_computer_input()
    # 判断猜拳的结果
    result = judge(user, computer)
    # 显示猜拳的结果，并等待一段时间
    show_result(user, computer, result)
    pyb.delay(3000)

案例4：控制LED灯闪烁：

import pyb

# 初始化LED对象
led = pyb.LED(1)

# 控制LED灯闪烁
led.toggle()
pyb.delay(1000)
led.toggle()
pyb.delay(1000)

在这个例子中，我们使用pyb.LED()函数初始化LED对象，并指定要使用的LED灯（在这里是1号灯）。然后，我们使用toggle()方法切换LED灯的状态，使其闪烁。通过使用pyb.delay()函数，我们设置了LED灯亮和灭的时间间隔，以控制闪烁的频率。

案例5：控制多个LED灯同时闪烁：:

import pyb

# 初始化LED对象
led1 = pyb.LED(1)
led2 = pyb.LED(2)
led3 = pyb.LED(3)

# 控制多个LED灯同时闪烁
for _ in range(5):
    led1.toggle()
    led2.toggle()
    led3.toggle()
    pyb.delay(500)

在这个例子中，我们使用pyb.LED()函数分别初始化三个LED对象，分别表示不同的LED灯（在这里是1号、2号和3号灯）。然后，我们使用toggle()方法同时切换多个LED灯的状态，使它们同时闪烁。通过使用pyb.delay()函数，我们设置了每次闪烁的时间间隔。

案例6：控制LED灯的亮度：:

import pyb

# 初始化LED对象
led = pyb.LED(1)

# 控制LED灯的亮度
for brightness in range(0, 256, 10):
    led.intensity(brightness)
    pyb.delay(100)

在这个例子中，我们使用pyb.LED()函数初始化LED对象，并指定要使用的LED灯（在这里是1号灯）。然后，我们使用intensity()方法来控制LED灯的亮度。通过循环，我们逐渐调整LED灯的亮度，从0到255，每次增加10。通过使用pyb.delay()函数，我们设置了每次亮度调整的时间间隔。

案例7：控制LED灯闪烁

import pyb
import time

# 创建LED对象
led = pyb.LED(1)

# 闪烁LED灯
while True:
    led.toggle()
    time.sleep(0.5)

这个示例程序创建了一个LED对象led，并将其连接到LED灯1。然后，在一个无限循环中，通过调用led.toggle()方法来切换LED灯的状态，实现LED灯的闪烁效果。使用time.sleep()方法可以控制闪烁的时间间隔。

案例8：按键控制LED灯开关

import pyb

# 创建LED对象
led = pyb.LED(1)

# 创建按键对象
switch = pyb.Switch()

# 按键控制LED灯开关
while True:
    if switch():
        led.on()
    else:
        led.off()

这个示例程序创建了一个LED对象led，并将其连接到LED灯1。然后，创建一个按键对象switch，用于检测按键状态。在一个无限循环中，通过调用switch()方法检测按键状态，如果按键按下，则调用led.on()方法打开LED灯；如果按键释放，则调用led.off()方法关闭LED灯。这样就实现了按键控制LED灯的开关功能。

案例9：使用PWM调节LED灯亮度

import pyb

# 创建LED对象
led = pyb.LED(1)

# 创建定时器对象
timer = pyb.Timer(2, freq=1000)

# 创建通道对象
channel = timer.channel(1, pyb.Timer.PWM, pin=pyb.Pin.board.X1)

# 使用PWM调节LED灯亮度
duty_cycle = 50  # 占空比，范围为0-100

while True:
    channel.pulse_width_percent(duty_cycle)

这个示例程序创建了一个LED对象led，并将其连接到LED灯1。然后，创建一个定时器对象timer，并配置其频率为1000Hz。接下来，通过调用timer.channel()方法创建一个PWM通道对象channel，将其连接到引脚X1，并设置通道模式为PWM。在一个无限循环中，通过调用channel.pulse_width_percent()方法来调节PWM的占空比，从而控制LED灯的亮度。duty_cycle变量表示占空比，范围为0-100，可以根据需求调整LED灯的亮度。

这些示例程序展示了pyb.LED类的用法，可以用于控制LED灯的闪烁、开关以及使用PWM调节LED灯的亮度。具体的应用场景和使用方式可能会根据实际需求而有所不同。