Seeed Studio XIAO ESP32C3与CircuitPython
本文介绍如何在Seeed Studio XIAO ESP32C3开发板上安装并运行Adafruit Industries官方的CircuitPython！ CircuitPython是一种编程语言，旨在简化低成本微控制器板上的实验和编程学习。它使得入门比以往任何时候都更容易，不需要预先下载桌面软件。一旦设置好开发板，你只需打开任何文本编辑器，开始编辑代码即可。如需更多信息，请参考 这里。
安装CircuitPython
方法 1：使用命令行的esptool
安装Esptool
如果尚未安装esptool.py，可以通过pip在你的PC上安装：
pip install esptool
下载XIAO ESP32C3的CircuitPython固件
你需要从 circirtpython.org下载固件二进制文件。 下载正确的bin文件后，进入该文件所在的文件夹，并在该位置打开命令行终端。 截至当前版本，最新的bin文件为：
adafruit-circuitpython-seeed_xiao_esp32c3-en_GB-9.1.1.bin
连接XIAO ESP32C3到PC
你需要按住XIAO ESP32C3板上的BOOT按钮，进入“bootloader”模式，同时将Type C USB数据线连接到PC。
检查端口
查看PC上的所有串口设备。
- Linux
在Linux上，你可以使用 dmesg 命令查看连接的设备：
dmesg | grep tty
或者，你可以使用 ls 命令列出串口设备：
ls /dev/ttyS* /dev/ttyUSB*
- Window
在Windows上，你可以通过设备管理器检查串口。在“端口（COM与LPT）”部分查看可用的串口。也可以使用命令提示符中的mode命令列出串口：
mode
- macOS
在macOS上，你可以使用 ls 命令列出可用的串口：
ls /dev/cu*
这将显示所有串口设备。
如果端口忙碌，你可以使用以下命令查找并终止占用该端口的进程（在macOS上）： 查找占用端口的进程：
lsof | grep port
该命令列出打开的文件，并搜索任何使用指定端口的进程。 从输出中找到进程ID（PID），然后终止进程：
kill -9 <PID>
将 PID 替换为实际的进程ID。
擦除闪存
esptool.py --chip esp32c3 --port /dev/cu.usbmodem11301 erase_flash
将/dev/cu.usbmodem11301替换为你系统中正确的端口名（例如Windows中的COM3，Linux中的/dev/ttyUSB0）。
写入闪存
将固件写入XIAO ESP32C3：
esptool.py --chip esp32c3 --port /dev/cu.usbmodem11301 --baud 460800 write_flash -z 0x0 adafruit-circuitpython-seeed_xiao_esp32c3-en_GB-9.1.1.bin
再次，将/dev/cu.usbmodem11301替换为正确的端口名，将adafruit-circuitpython-seeed_xiao_esp32c3-en_GB-9.1.1.bin替换为你下载的固件文件路径。
通过RTS引脚进行硬复位…
方法 2: Web Serial esptool
WebSerial ESPTool是一个针对具有串行ROM引导加载程序的Espressif ESP系列微控制器板设计的Web编程工具。它允许擦除微控制器的内容并以不同的偏移量编程最多4个文件。请参考 Web Serial ESPtool。
然后，你可以使用你喜欢的工具开始编写脚本并将其上传到XIAO ESP32C3！
推荐的CircuitPython编辑器
通常，当CircuitPython安装完成后，或者你将已经安装CircuitPython的开发板插入计算机时，开发板会以名为CIRCUITPY的USB驱动器的形式出现在计算机中。 然而，不支持本机USB的ESP32或ESP32-C3微控制器无法呈现CIRCUITPY驱动器。 在这些板上，可以通过其他方式传输和编辑文件。你可以使用 Thonny, ，它通过隐藏命令发送到REPL来读取和写入文件。或者，你可以使用 CircuitPython web 工作流程该功能在CircuitPython 8中引入。Web工作流程提供基于浏览器的WiFi访问CircuitPython文件系统，更多信息请参考 使用代码编辑器进行Web工作流程入门。
1. Thonny
安装并打开Thonny，然后按照以下说明配置Thonny：
pip install thonny
#open thonny after installation
thonny
进入 "Run" -> "Configure Interpreter"，确保Thonny选项中的"Interpreter"标签如图所示，选择“CircuitPython (generic)”和端口：
点击对话框中的“OK”，你应该会在Thonny窗口底部看到Micropython shell，如下图所示。 然后，你可以使用Read-Evaluate-Print-Loop（REPL）进行串口连接，它允许你输入单行代码并立即在shell中运行。如果你在某个程序中遇到问题并且不知道原因，REPL非常有用。它是交互式的，非常适合测试新想法。更多信息请参考 REPL 。
你可以通过输入help()与REPL进行交互，帮助你开始探索REPL。要在REPL中运行代码，直接在REPL提示符旁边输入。 输入help("modules")可以列出所有内置模块，包括board模块。
接下来，输入"import board"到REPL并按Enter。然后，输入"dir(board)"，它将列出你板上的所有引脚。
2. CircuitPython Web Workflow
CircuitPython代码编辑器 提供了一个更全面、丰富的体验，适用于在运行最新版本CircuitPython的ESP32设备上编辑文件。 该编辑器支持通过Web蓝牙、USB和WiFi Web工作流来编辑文件。
引脚/端口信息
在XIAO ESP32C3上开始使用CircuitPython
网络-WLAN
对于没有本机USB支持的开发板（如ESP32-C3或ESP32），你需要通过REPL连接到Wi-Fi。当文件名为settings.toml的文件被添加到CircuitPython文件系统的根目录时，将启用Wi-Fi功能。 通过REPL创建settings.toml文件：
f = open('settings.toml', 'w')
f.write('CIRCUITPY_WIFI_SSID = "wifissid"\n')
f.write('CIRCUITPY_WIFI_PASSWORD = "wifipassword"\n')
f.write('CIRCUITPY_WEB_API_PASSWORD = "webpassword"\n')
f.close()
- 将wifissid替换为你本地Wi-Fi网络的名称。
- 将wifipassword替换为你本地Wi-Fi的密码。
- 另一个密码webpassword用于通过Web浏览器访问开发板。你可以根据需要设置这个密码。
连接后，你可以按重置按钮启动固件，然后按几次回车键进入REPL提示符。然后重新连接设备到Thonny，你的XIAO ESP32C3的IP地址将会显示出来。
请记住，ESP32不支持5 GHz网络，因此如果你有两个网络，使用2.4 GHz的SSID。
延迟和定时
使用time模块：
import time
time.sleep(1) # 延时1秒
time.sleep_ms(500) # 延时500毫秒
time.sleep_us(10) # 延时10微秒
start = time.ticks_ms() # 获取毫秒计数器
delta = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start) # 计算时间差
引脚和GPIO
你可以使用board和microcontroller模块控制GPIO，以下是连接LED到D5引脚的示例代码：
# 使用board模块
import board
import digitalio
import time
led = digitalio.DigitalInOut(board.D5)
led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
while True:
led.value = True # 打开LED
time.sleep(1)
led.value = False # 关闭LED
time.sleep(1)
# 使用microcontroller模块
import microcontroller
import digitalio
import time
led = digitalio.DigitalInOut(microcontroller.pin.GPIO7)
led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
while True:
led.value = True # 打开LED
time.sleep(1)
led.value = False # 关闭LED
time.sleep(1)
UART（串行总线）
使用busio模块：
import board
import busio
# 初始化UART
uart = busio.UART(board.TX, board.RX, baudrate=9600)
# 发送数据
uart.write(b"Hello UART\n")
# 接收数据
while True:
if uart.in_waiting > 0:
data = uart.read()
print("Received:", data)
XIAO ESP32C3有一个硬件UART，下面是对应的引脚：
| UART | Pin |
|---|---|
| TX | D6 |
| RX | D7 |
PWM（脉冲宽度调制）
使用 pwmio 模块:
import board
import pwmio
from digitalio import DigitalInOut
import time
# 初始化PWM
pwm = pwmio.PWMOut(board.D5, frequency=5000, duty_cycle=0)
# 调节LED亮度
while True:
for duty_cycle in range(0, 65535, 1000):
pwm.duty_cycle = duty_cycle
time.sleep(0.1)
ADC（模拟到数字转换）
使用 analogio 模块:
import board
import analogio
import time
# 初始化ADC
adc = analogio.AnalogIn(board.A0)
while True:
value = adc.value
print("ADC值:", value)
time.sleep(1)
SPI
import board
import busio
import digitalio
# 初始化SPI
spi = busio.SPI(board.SCK, board.MOSI, board.MISO)
# 选择一个芯片
cs = digitalio.DigitalInOut(board.D5)
cs.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
cs.value = True
# 发送和接收数据
data_out = bytearray([0x01, 0x02, 0x03])
data_in = bytearray(3)
spi.write_readinto(data_out, data_in)
print("接收到的数据:", data_in)
| SPI | 引脚 |
|---|---|
| SCK | D8 |
| MOSI | D10 |
| MISO | D9 |
I2C
import board
import busio
# 初始化I2C
i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA, frequency=400000)
XIAO扩展板基础
前提条件：:
| XIAO ESP32C3 带焊接插针 | 扩展板基础 | Grove光传感器 |
|---|---|---|
 |  |  |
读取光传感器数据
import time
import board
import analogio
# 初始化A0上的模拟输入
analog_in = analogio.AnalogIn(board.A0)
def get_voltage(pin):
return (pin.value * 3.3) / 65536
while True:
# 读取原始模拟值
raw_value = analog_in.value
# 将原始值转换为电压
voltage = get_voltage(analog_in)
# 打印原始值和电压
print("[光传感器] 原始值: {:5d} 电压: {:.2f}V".format(raw_value, voltage))
# 延时一段时间再读取
time.sleep(1)
点亮OLED显示屏
下载并解压库包：:
- 访问 CircuitPython库 并下载适用于你的CircuitPython版本的库包。
将库复制到CIRCUITPY:
- 解压库包ZIP文件，你将找到一个名为lib的文件夹，里面包含多个*.mpy文件。
- 打开Thonny->查看->文件，然后将所需的.mpy文件和lib文件夹复制到CircuitPython设备的/lib目录下。
你需要手动安装库包中的必要库：
- adafruit_ssd1306
- adafruit_bus_device
- adafruit_register
- adafruit_framebuf.mpy
编写CircuitPython代码:
- 创建一个code.py（或main.py）文件，这个文件将包含你的CircuitPython代码。
import board
import busio
import displayio
import adafruit_ssd1306
import terminalio
# 初始化I2C
i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA)
# 定义显示屏参数
oled_width = 128
oled_height = 64
# 初始化OLED显示屏
oled = adafruit_ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)
# 清空显示屏
oled.fill(0)
# 设置第一个像素为白色
oled.pixel(0, 0, 1)
oled.show()
"卸载" CircuitPython
我们的许多开发板可以与多种编程语言一起使用。例如，Circuit Playground Express 可以与 MakeCode、Code.org CS Discoveries、CircuitPython 和 Arduino 一起使用。你可能想要回到 Arduino 或 MakeCode 环境。其实并不需要卸载 CircuitPython。CircuitPython 只是加载到开发板上的“另一种程序”。因此，你只需要加载另一个程序（Arduino 或 MakeCode），它将覆盖 CircuitPython。
备份你的代码
在替换 CircuitPython 之前，请不要忘记备份你在 CIRCUITPY 驱动器上的代码。这意味着你需要备份 code.py 及任何其他文件，如 lib 文件夹等。移除 CircuitPython 时，这些文件可能会丢失，因此备份是非常重要的！只需像使用 USB 驱动器一样，将文件拖到笔记本电脑或桌面计算机的文件夹中即可。
转向 Arduino
如果你想使用 Arduino，只需使用 Arduino IDE 来加载一个 Arduino 程序。这里是上传一个简单的“Blink” Arduino 程序的示例，但你不必使用这个特定的程序。 首先，插入你的开发板，双击重置按钮，直到看到板载 LED 闪烁。
感谢你阅读本文！欢迎在评论中分享你的想法。
资源
- XIAO ESP32C3 的 CircuitPython 固件二进制文件 for XIAO ESP32C3 with CircuitPython
- CircuitPython 的库包
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