[貂蝉がプログラミングを学ぶ] MicroPython マニュアル RP2 (Pico) NeoPixel ドライバー

MicroPython は、組み込みシステムで Python 3 プログラミング言語を実行するために設計されたインタープリターの軽量バージョンです。通常の Python と比較して、MicroPython インタープリターは小さく (わずか約 100 KB)、バイナリの実行可能ファイルにコンパイルされて実行されるため、実行効率が高くなります。軽量のガベージ コレクション メカニズムを使用し、リソースに制約のあるマイクロコントローラーに対応するために Python 標準ライブラリの大部分を削除します。

MicroPython の主な機能は次のとおりです。
1. 構文と関数は標準の Python と互換性があるため、学習と使用が簡単です。Python のほとんどのコア構文をサポートします。
2. ハードウェアに直接アクセスして制御し、Arduino のように GPIO、I2C、SPI などを制御します。
3.ファイルシステム、ネットワーク、グラフィカルインターフェースおよびその他の機能を提供する強力なモジュールシステム。
4. クロスコンパイルをサポートし、インタプリタよりも 10 ～ 100 倍高速な効率的なネイティブ コードを生成します。
5. コード量が少なくメモリ使用量も少ないため、メモリの少ない MCU や開発ボードでの実行に適しています。
6. オープンソースライセンス、無料で使用できます。シェルの対話型環境は、開発とテストに便利です。
7. 内蔵 I/O ドライバーは、ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、コントロール ボード、PyBoard などの多数のマイクロコントローラー プラットフォームをサポートします。活発なコミュニティがあります。

MicroPython アプリケーション シナリオには次のものが含まれます。
1. 組み込み製品のプロトタイプとユーザー インタラクションを迅速に構築します。
2. 小さなプログラム可能なハードウェア プロジェクトをいくつか作成します。
3. 教育ツールとして、初心者が Python や IoT プログラミングを学ぶのに役立ちます。
4. スマート デバイスのファームウェアを構築して、高度な制御とクラウド接続を実現します。
5. モノのインターネット、組み込みインテリジェンス、ロボットなどのさまざまなマイクロコントローラー アプリケーション

MicroPython を使用する際の注意事項:
1. メモリとフラッシュのスペースには限りがあります。
2. 説明や実行効率はC言語に劣ります。
3. ライブラリ機能の一部が標準版と異なります。
4. プラットフォームに合わせて構文を最適化し、標準の Python との相違点を修正します。
5. メモリ リソースを合理的に使用し、大きなメモリ ブロックを頻繁に割り当てることを避けます。
6. ネイティブ コードを使用して、速度が重要な部分のパフォーマンスを向上させます。
7. 抽象化を適切に使用して、基礎となるハードウェア操作をカプセル化します。

一般に、MicroPython は Python をマイクロコントローラーの分野に導入します。これは、プログラミングの敷居を下げるだけでなく、優れたハードウェア制御機能も提供する重要な革新です。さまざまなタイプのモノのインターネットやインテリジェント ハードウェアの開発に非常に適しています。

RP2 (Pico) は、Raspberry Pi Foundation が立ち上げたマイクロコントローラー開発ボードで、自社開発の RP2040 チップをベースにしており、わずか 4 ドルで販売されています。C/C++ または Python 言語でプログラムでき、モノのインターネット、ロボット、音楽などのさまざまなアプリケーション シナリオに適しています。技術パラメータ: RP2 (Pico) の技術パラメータは次のとおりです。

1. 133 MHz で動作するデュアルコア ARM Cortex M0+ プロセッサを搭載
2. 264 KB のオンチップ RAM と 2 MB のオンボード フラッシュ メモリを内蔵
3. 最大 16 MB のオフチップ フラッシュ メモリをサポート専用 QSPI バス経由
4. DMA コントローラー
5. 30 GPIO ピン、4 つはアナログ入力として利用可能 6
、2 UART、2 SPI コントローラーおよび 2 I2C コントローラー
7、16 PWM チャネル 8
、USB 1.1 ホストおよびデバイスのサポート
9、8 ツリー Berry Pi プログラマブル I/カスタム周辺機器用の O (PIO) ステート マシン
10. USB 大容量ストレージ ブート モードとドラッグ アンド ドロップ プログラミングの UF2 サポートをサポート

MicroPython の RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、カラー LED ライト ストリップを制御するためのソフトウェア ライブラリであり、開発者が MicroPython 言語を使用して NeoPixel ライト ストリップを制御および管理できるようにします。

主な特徴：

簡素化された制御: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、シンプルで強力な機能とメソッドのセットを提供し、開発者が NeoPixel ライト ストリップを簡単に制御および管理できるようにします。色、明るさ、アニメーション効果などの設定などの機能を提供し、開発者がさまざまなカラフルな効果を迅速に実現できるようにします。

柔軟性: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、数個の LED ビーズから数百個以上の LED ビーズまで、さまざまなタイプとサイズの NeoPixel ストリップをサポートします。開発者は、実際のニーズに基づいて適切なライト ストリップを選択し、特定のシナリオや設計要件に応じてカスタマイズおよび拡張できます。

プログラマビリティ: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは MicroPython 言語を使用しており、開発者はその強力なプログラミング機能をロジック制御とアルゴリズム設計に使用できます。簡潔で柔軟なコードを記述することで、開発者はカスタムの照明効果やインタラクティブなアニメーションを実装できます。

アプリケーションシナリオ:

装飾と視覚効果: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、装飾と視覚効果の分野で広く使用されています。屋内および屋外の装飾的なライトストリップ、照明アートインスタレーション、舞台照明などに使用できます。RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーを使用することで、開発者はさまざまな色、明るさ、アニメーション効果を実現し、シーンにまばゆいばかりの視覚効果を作成できます。

電子メーカーおよびアート プロジェクト: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、電子メーカーおよびアート プロジェクトにとって非常に価値があります。インタラクティブなアートインスタレーション、ウェアラブルデバイス、音楽に反応する照明などの作成に使用できます。開発者は、プログラミング制御を通じて、入力信号、センサー データ、または外部イベントに基づいたライト ストリップの動的な変化と応答を実現できます。

教育と学習: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、教育と学習の分野でも広く使用されています。プログラミングや IoT 関連コースの指導に使用でき、学生が物理ベースのプログラミング概念を理解して実践できるようになります。これをセンサー、ボタン、その他のコンポーネントと組み合わせることで、学生は興味深いインタラクティブなプロジェクトを作成できます。

注意すべき点:

電源: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーを使用する場合は、NeoPixel ライト ストリップに十分な電源を供給することに注意する必要があります。大規模な NeoPixel ライト ストリップにはより高い電流が必要な場合があるため、ライト ストリップの適切な動作と安定性を確保するために、必ず適切な電源と電源管理手段を選択してください。

信号送信: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは 1 本のワイヤを使用してデータ信号を送信します。長距離伝送や複数の NeoPixel ライト ストリップの接続の場合、信号の減衰や干渉の問題が発生する可能性があります。安定した信号伝送を確保するには、信号強度と品質を高める信号アンプまたは信号リピーターの使用を検討してください。

データ形式: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、RGB (赤、緑、青) データ形式を使用して、各 LED ランプ ビーズの色を表します。開発者は、RGB カラー モデルを理解し、ニーズに応じて各 LED ランプ ビーズの色の値を設定する必要があります。

ピンの選択: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーを使用する場合、NeoPixel ライト ストリップを接続するために適切な GPIO ピンを選択する必要があります。選択したピンが RP2 (Pico) 開発ボードと互換性があることを確認し、他のデバイスやセンサーとの競合を避けてください。

適切な使用制限: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーが提供できる最大電流と電力には制限があります。設計および使用のプロセスでは、許容範囲を超えないよう、NeoPixel ライト ストリップおよび RP2 (Pico) 開発ボードの仕様と制限に従うことに注意を払う必要があります。

概要: RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーは、NeoPixel ライト ストリップを制御するための MicroPython ソフトウェア ライブラリです。シンプルな制御、柔軟性、プログラマビリティを特徴としており、装飾や視覚効果、電子機器メーカーやアート プロジェクト、教育や学習などのさまざまなアプリケーションに適しています。ご使用の際は、電源、信号伝送、データフォーマット、ピンの選択、適切な使用制限などに注意する必要があります。合理的な設計とプログラミングを通じて、開発者はカラフルな NeoPixel 照明効果を作成できます。

MicroPython の RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーを使用する場合の、実際のアプリケーションのリファレンス コード例をいくつか示します。

ケース 1: 虹効果:

import time
import neopixel

# 定义NeoPixel灯带参数
NUM_PIXELS = 16
PIN = 0

# 初始化NeoPixel灯带
pixels = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(PIN), NUM_PIXELS)

# 彩虹效果
def rainbow_effect():
    for i in range(NUM_PIXELS):
        hue = int(i * (255 / NUM_PIXELS))
        pixels[i] = (hue, 255 - hue, 0)  # 设置颜色
    pixels.write()  # 更新灯带状态
    time.sleep_ms(50)  # 等待一段时间

while True:
    rainbow_effect()

ケース 2: 呼吸効果:

import time
import neopixel

# 定义NeoPixel灯带参数
NUM_PIXELS = 16
PIN = 0

# 初始化NeoPixel灯带
pixels = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(PIN), NUM_PIXELS)

# 呼吸效果
def breathe_effect():
    for brightness in range(0, 256, 8):
        pixels.fill((brightness, brightness, brightness))  # 设置亮度
        pixels.write()  # 更新灯带状态
        time.sleep_ms(20)  # 等待一段时间
    for brightness in range(255, -1, -8):
        pixels.fill((brightness, brightness, brightness))  # 设置亮度
        pixels.write()  # 更新灯带状态
        time.sleep_ms(20)  # 等待一段时间

while True:
    breathe_effect()

ケース 3: ライトのボタン制御に応答する:

import machine
import neopixel

# 定义NeoPixel灯带参数
NUM_PIXELS = 16
PIN = 0

# 初始化NeoPixel灯带和按钮
pixels = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(PIN), NUM_PIXELS)
button = machine.Pin(2, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)

# 响应按钮控制灯光
def toggle_light(pin):
    if pin.value() == 0:
        pixels.fill((255, 0, 0))  # 设置红色
    else:
        pixels.fill((0, 0, 0))  # 关闭灯光
    pixels.write()  # 更新灯带状态

# 注册按钮中断
button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING | machine.Pin.IRQ_RISING, handler=toggle_light)

while True:
    pass  # 主循环保持运行

これらのサンプル コードは、MicroPython の RP2 (Pico) NeoPixel ドライバーを使用して、さまざまな照明効果とインタラクティブ機能を実装する方法を示しています。ニーズに応じて変更したり拡張したりして、より興味深いプログラムを作成できます。これらのコードは参考用であり、実際の動作ではハードウェアの接続や特定の条件に基づいて適切な調整が必要になる場合があることに注意してください。

ケース 4: RP2 (Pico) NeoPixel を使用して LED ストリップを制御する

from machine import Pin, NeoPixel
import time

# 初始化NeoPixel对象，设置引脚为输出模式
np = NeoPixel(pin=15, num_pixels=6)

# 循环控制LED灯带的亮灭
while True:
    np[0] = (255, 0, 0)  # 点亮第一行LED灯
    np[1] = (0, 255, 0)  # 点亮第二行LED灯
    np[2] = (0, 0, 255)  # 点亮第三行LED灯
    np.write()  # 刷新LED灯带状态
    time.sleep_ms(500)  # 延时500毫秒

ケース 5: RP2 (Pico) NeoPixel を使用してカラフルなランニング ライトの効果を実現する

from machine import Pin, NeoPixel
import time

# 初始化NeoPixel对象，设置引脚为输出模式
np = NeoPixel(pin=15, num_pixels=8)

# 循环控制LED灯带的亮灭，实现彩色流水灯效果
for i in range(8):
    np[i] = (255, 0, 0)  # 点亮第i个LED灯
    np.write()  # 刷新LED灯带状态
    time.sleep_ms(200)  # 延时200毫秒
    np[(i + 1) % 8] = (0, 0, 0)  # 关闭第i个LED灯
    np.write()  # 刷新LED灯带状态
    time.sleep_ms(200)  # 延时200毫秒

事例 6: RP2 (Pico) NeoPixel を使用してグラデーションカラーの流水光効果を実現する

from machine import Pin, NeoPixel
import time

# 初始化NeoPixel对象，设置引脚为输出模式
np = NeoPixel(pin=15, num_pixels=8)

# 循环控制LED灯带的亮灭，实现渐变色流水灯效果
for i in range(8):
    color = (int(255 * i / 7), int(255 * (i + 1) / 7), int(255 * (i + 2) / 7))  # 计算当前颜色的RGB值
    np[i] = color  # 点亮第i个LED灯
    np.write()  # 刷新LED灯带状态
    time.sleep_ms(200)  # 延时200毫秒
    np[(i + 1) % 8] = color  # 关闭第i个LED灯，打开下一个LED灯
    np.write()  # 刷新LED灯带状态
    time.sleep_ms(200)  # 延时200毫秒

事例 7: NeoPixel モノクロ呼吸ライト

import machine  
import neopixel  
import utime  
  
# 配置NeoPixel引脚和数目  
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)  
np = neopixel.NeoPixel(pin, 1)  
  
# 呼吸灯效果  
def breathe():  
    for i in range(0, 255, 5):  
        np.clear()  
        np[0] = (i, i, i)  
        np.write()  
        utime.sleep_ms(10)  
    for i in range(255, 0, -5):  
        np.clear()  
        np[0] = (i, i, i)  
        np.write()  
        utime.sleep_ms(10)  
  
while True:  
    # 循环呼吸灯效果  
    breathe()

事例8: NeoPixelカラー流水ランプ

import machine  
import neopixel  
import utime  
  
# 配置NeoPixel引脚和数目  
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)  
np = neopixel.NeoPixel(pin, 6)  
  
# 流水灯效果  
def flow():  
    colors = [(255, 0, 0), (0, 255, 0), (0, 0, 255), (255, 255, 0), (0, 255, 255), (255, 0, 255)]  
    for i in range(6):  
        np.clear()  
        np[i] = colors[i % len(colors)]  
        np.write()  
        utime.sleep_ms(100)  
  
while True:  
    # 循环流水灯效果  
    flow()

ケース 9: NeoPixel テキスト表示

import machine  
import neopixel  
import utime  
  
# 配置NeoPixel引脚和数目  
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)  
np = neopixel.NeoPixel(pin, 64)  
  
# 显示文字  
def display_text(text):  
    for i in range(len(text)):  
        np.clear()  
        np[i] = (255, 255, 255) if text[i] == '1' else (0, 0, 0)  
        np.write()  
        utime.sleep_ms(100)  
    np.clear()  
    np.write()  
    utime.sleep_ms(100)  
  
while True:  
    # 循环显示文字“Hello World!”  
    display_text('Hello World!')

上記の事例はアイデアを拡張するためのものであり、誤りや適用不可能な点が含まれる可能性があることに注意してください。ハードウェア プラットフォーム、使用シナリオ、MicroPython のバージョンが異なると、使用方法も異なる場合があります。実際のプログラミングでは、ハードウェア構成や特定のニーズに応じて調整し、実際のテストを複数回実施する必要があります。ハードウェアが正しく接続されていることを確認し、使用されるセンサーとデバイスの仕様と特性を理解することが重要です。