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Seeed Studio XIAO ESP32S3 使用 MicroPython

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本文档由 AI 翻译。如您发现内容有误或有改进建议，欢迎通过页面下方的评论区，或在以下 Issue 页面中告诉我们：https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

MicroPython 是一个带有部分原生代码编译功能的 Python 解释器。它提供了 Python 3.5 的一个子集功能，专为嵌入式处理器和受限系统实现。它与 CPython 不同，您可以在 这里 阅读更多关于它们之间差异的信息。

安装 MicroPython​

安装 Esptool​

如果您尚未安装 esptool.py，可以通过 pip 在您的电脑上安装：

pip install esptool

下载 XIAO ESP32S3 MicroPython 固件​

您需要从 micropython.org 下载固件二进制文件。下载正确的 bin 文件后，导航到该文件夹，并在该文件夹中打开一个命令行终端。 截至最终草稿，最新版本的 bin 文件是：

ESP32_GENERIC_S3-20230602-v1.23.0.bin

将 XIAO ESP32S3 连接到您的电脑​

您需要按住 XIAO ESP32S3 板上的 BOOT 按钮以进入“引导加载程序”模式，同时将 Type-C USB 数据线插入您的电脑。

检查端口​

查找您电脑上的所有串口设备。

  • Linux

在 Linux 上，您可以使用 dmesg 命令查看连接的设备：

dmesg | grep tty

或者，您可以使用 ls 列出串口设备：

ls /dev/ttyS* /dev/ttyUSB*
  • Windows

在 Windows 上，您可以通过打开设备管理器找到 USB 到串口的地址。

  • macOS

在 macOS 上，您可以使用 ls 命令列出可用的串口：

ls /dev/cu*

这将显示所有串口设备。

:::提示 如果端口繁忙，您可以使用以下命令查找并终止使用该端口的进程（适用于 macOS）： 识别使用该端口的进程：

lsof | grep port

此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) 并终止该进程：

kill -9 <PID>

将 PID 替换为找到的实际进程 ID。

擦除闪存​

esptool.py --chip esp32s3 --port /dev/cu.usbmodem11301 erase_flash

将 '/dev/cu.usbmodem11301' 替换为您系统中的正确端口名称（例如 Windows 上的 COM3，Linux 上的 /dev/ttyUSB0）。

写入闪存​

将固件烧录到 XIAO ESP32S3：

esptool.py --chip esp32s3 --port /dev/cu.usbmodem11301 --baud 460800 write_flash -z 0x0 ESP32_GENERIC_S3-20240602-v1.23.0.bin

同样，将 '/dev/cu.usbmodem11301' 替换为正确的端口名称，并将 'ESP32_GENERIC_S3-20240602-v1.23.0.bin' 替换为您的固件文件路径。 不要忘记通过 RTS 引脚进行硬重置。 然后您可以使用您喜欢的工具开始向 ESP32 编写脚本！

推荐的 MicroPython 编辑器​

以下是一些流行的工具：

1. Thonny​

安装并打开 Thonny，然后按照以下说明配置 Thonny：

pip install thonny
# 安装完成后打开 thonny
thonny

进入 Run-->Configure Interpreter，确保 Thonny 选项中的 Interpreter 选项卡如下所示，选择 "CircuitPython (generic)" 和端口：

点击对话框中的 "OK"，您应该会在 Thonny 窗口底部看到 MicroPython shell，如下图所示。 逐行输入脚本到 Shell 中以获取闪存和 SRAM 大小：

import esp
esp.flash_size()

恭喜您成功在 XIAO ESP32S3 上使用 Thonny 设置了 MicroPython！

2. Arduino Lab for MicroPython​

下载 Arduino Lab for MicroPython 并将设备连接到您的电脑。

代码示例：

from machine import Pin
import time

# 定义 LED 引脚
led = Pin(6, Pin.OUT)  # 使用正确的 GPIO

# 在循环中闪烁 LED
while True:
    led.value(1)   # 打开 LED
    time.sleep(1)  # 等待一秒
    led.value(0)   # 关闭 LED
    time.sleep(1)  # 等待一秒

3. Visual Studio Code 的 Pymakr​

  • 安装 Pymakr 按照 安装说明 安装 Pymakr。

  • 将您的 XIAO ESP32S3 连接到电脑。

  • 创建一个新项目 打开 VS Code 并为您的微控制器创建一个新项目。

  • 添加一个新的 Python 文件 在您的项目中创建一个新的 Python 文件。

  • 将脚本上传到 MCU 并编译脚本

4. uPyCraft IDE​

引脚/端口信息​

在 XIAO ESP32S3 上使用 MicroPython 入门​

以下是 ESP32 使用 MicroPython 的快速参考。
更多关于 MicroPython 库 的知识。

通用板控制​

MicroPython 的 REPL(Read-Eval-Print-Loop) 位于 UART0 (GPIO1=TX, GPIO3=RX)，波特率为 115200。Tab 补全功能可以帮助发现对象的方法。粘贴模式 (ctrl-E) 可用于将大块 Python 代码粘贴到 REPL 中。
可以使用 MicroPython 中的 dir() 函数（类似于 Python）列出对象的属性和方法。例如，在 shell 中输入 dir(machine)：

machine 模块：

import machine
machine.freq()          # 获取当前 CPU 频率，对于 esp32s3 是 240000000
machine.freq(160000000) # 将 CPU 频率设置为 160 MHz
# 频率必须是 20MHz、40MHz、80MHz、160MHz 或 240MHz

esp 模块：

import esp

esp.osdebug(None)       # 关闭厂商操作系统的调试信息
esp.osdebug(0)          # 将厂商操作系统的调试信息重定向到 UART(0)

# 与闪存存储交互的低级方法
esp.flash_size()
esp.flash_user_start()
esp.flash_erase(sector_no)
esp.flash_write(byte_offset, buffer)
esp.flash_read(byte_offset, buffer)

esp32 模块：
ESP32C3、ESP32S2 和 ESP32S3 内部有一个温度传感器，可以返回摄氏温度：

import esp32
esp32.mcu_temperature() # 读取 MCU 的内部温度（摄氏度）

网络-WLAN​

Network 模块：
更多信息请参考 这里。

import network

wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # 创建站点接口
wlan.active(True)       # 激活接口
wlan.scan()             # 扫描接入点
wlan.isconnected()      # 检查站点是否已连接到接入点
wlan.connect('ssid', 'key') # 连接到接入点
wlan.config('mac')      # 获取接口的 MAC 地址
wlan.ifconfig()         # 获取接口的 IPv4 地址

ap = network.WLAN(network.AP_IF) # 创建接入点接口
ap.config(ssid='ESP-AP') # 设置接入点的 SSID
ap.config(max_clients=10) # 设置网络允许的最大客户端数
ap.active(True)         # 激活接口

一个用于连接到本地 WiFi 网络的实用函数：

def do_connect():
    import network
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('正在连接到网络...')
        wlan.connect('ssid', 'key') # 替换为实际的 ssid 和 key
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('网络配置:', wlan.ifconfig())

延迟与计时​

time 模块：

import time

time.sleep(1)           # 休眠 1 秒
time.sleep_ms(500)      # 休眠 500 毫秒
time.sleep_us(10)       # 休眠 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

定时器​

ESP32 端口有四个硬件定时器。使用 类 时，定时器 ID 范围为 0 到 3（包括）：

from machine import Timer

tim0 = Timer(0)
tim0.init(period=5000, mode=Timer.ONE_SHOT, callback=lambda t:print(0))

tim1 = Timer(1)
tim1.init(period=2000, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t:print(1))

周期以毫秒为单位。
虚拟定时器目前在此端口不支持。

引脚和 GPIO​

machine.Pin 类：

from machine import Pin

p2 = Pin(2, Pin.OUT)    # 在 GPIO2 上创建输出引脚
p2.on()                 # 将引脚设置为“开”（高电平）
p2.off()                # 将引脚设置为“关”（低电平）
p2.value(1)             # 将引脚设置为开/高电平

p3 = Pin(3, Pin.IN)     # 在 GPIO3 上创建输入引脚
print(p3.value())       # 获取值，0 或 1

p4 = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 启用内部上拉电阻
p5 = Pin(5, Pin.OUT, value=1) # 创建时将引脚设置为高电平
p6 = Pin(6, Pin.OUT, drive=Pin.DRIVE_3) # 设置最大驱动强度

可用引脚范围为以下（包括）：1,2,3,4,5,6,7,8,9,43,44。这些对应于 ESP32S3 芯片的实际 GPIO 引脚编号。

UART（串行总线）​

machine.UART 类：

from machine import UART

uart1 = UART(1, baudrate=9600, tx=43, rx=44)
uart1.write('hello')  # 写入 5 个字节
uart1.read(5)         # 读取最多 5 个字节

ESP32C3 有一个硬件 UART。引脚如下表所示：

UART引脚
TX43
RX44

PWM（脉宽调制）​

PWM 可在所有支持输出的引脚上启用。基础频率范围为 1Hz 到 40MHz，但存在权衡；随着基础频率的增加，占空比分辨率会降低。
machine.PWM 类：

from machine import Pin, PWM

pwm2 = PWM(Pin(2), freq=5000, duty_u16=32768) # 从引脚创建 PWM 对象
freq = pwm2.freq()         # 获取当前频率
pwm2.freq(1000)            # 设置 PWM 频率，范围 1Hz 到 40MHz

duty = pwm2.duty()         # 获取当前占空比，范围 0-1023（默认 512，50%）
pwm2.duty(256)             # 设置占空比，范围 0 到 1023，作为占空比/1023 的比例（现在为 25%）

duty_u16 = pwm2.duty_u16() # 获取当前占空比，范围 0-65535
pwm2.duty_u16(2**16*3//4)  # 设置占空比，范围 0 到 65535，作为占空比/65535 的比例（现在为 75%）

duty_ns = pwm2.duty_ns()   # 获取当前脉冲宽度（单位：纳秒）
pwm2.duty_ns(250_000)      # 设置脉冲宽度，范围 0 到 1_000_000_000/freq（现在为 25%）

pwm2.deinit()              # 关闭引脚上的 PWM

pwm3 = PWM(Pin(3), freq=20000, duty=512)  # 一次性创建并配置
print(pwm3)                               # 查看 PWM 设置

ADC（模拟到数字转换）​

在 XIAO ESP32S3 上，ADC 功能可用的引脚包括 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9。

machine.ADC 类：

from machine import ADC

adc = ADC(pin)        # 创建一个作用于指定引脚的 ADC 对象
val = adc.read_u16()  # 读取一个范围为 0-65535 的原始模拟值
val = adc.read_uv()   # 读取一个以微伏为单位的模拟值

SPI​

软件 SPI 总线​

软件 SPI（使用位操作）可以在所有引脚上运行，并通过 machine.SoftSPI 类访问：

from machine import Pin, SoftSPI

# 在指定的引脚上构造一个 SoftSPI 总线
# polarity 是 SCK 的空闲状态
# phase=0 表示在 SCK 的第一个边沿采样，phase=1 表示第二个边沿
spi = SoftSPI(baudrate=100000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(2), mosi=Pin(4), miso=Pin(6))

spi.init(baudrate=200000) # 设置波特率

spi.read(10)            # 在 MISO 上读取 10 字节
spi.read(10, 0xff)      # 在读取 10 字节时，在 MOSI 上输出 0xff

buf = bytearray(50)     # 创建一个缓冲区
spi.readinto(buf)       # 读取数据到指定缓冲区（此处读取 50 字节）
spi.readinto(buf, 0xff) # 读取数据到指定缓冲区，并在 MOSI 上输出 0xff

spi.write(b'12345')     # 在 MOSI 上写入 5 字节

buf = bytearray(4)      # 创建一个缓冲区
spi.write_readinto(b'1234', buf) # 写入 MOSI 并从 MISO 读取到缓冲区
spi.write_readinto(buf, buf) # 将缓冲区写入 MOSI 并从 MISO 读取回缓冲区

硬件 SPI 总线​

硬件 SPI 通过 machine.SPI 类访问，并具有与软件 SPI 相同的方法：

from machine import Pin, SPI

hspi = SPI(1, 10000000)
hspi = SPI(1, 10000000, sck=Pin(7), mosi=Pin(9), miso=Pin(8))
SPI引脚
SCKD7
MOSID9
MISOD8

I2C​

软件 I2C 总线​

软件 I2C（使用位操作）可以在所有支持输出的引脚上运行，并通过 machine.SoftI2C 类访问：

from machine import Pin, SoftI2C

i2c = SoftI2C(scl=Pin(6), sda=Pin(5), freq=100000)

i2c.scan()              # 扫描设备

i2c.readfrom(0x3a, 4)   # 从地址为 0x3a 的设备读取 4 字节
i2c.writeto(0x3a, '12') # 向地址为 0x3a 的设备写入 '12'

buf = bytearray(10)     # 创建一个 10 字节的缓冲区
i2c.writeto(0x3a, buf)  # 将指定缓冲区写入外设

硬件 I2C 总线​

驱动通过 machine.I2C 类访问，并具有与软件 I2C 相同的方法：

from machine import Pin, I2C
i2c = I2C(0, scl=Pin(6), sda=Pin(5), freq=400000)

XIAO 扩展板底座​

前提条件：

XIAO ESP32S3
焊接了针脚		XIAO 扩展板底座Grove 光传感器
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读取光传感器数据​

import time
from machine import Pin, ADC

# 在引脚 2 上初始化模拟输入（对应 A0）
analog_in = ADC(Pin(1))
analog_in.atten(ADC.ATTN_11DB)  # 配置输入范围（0-3.6V）

def get_voltage(pin):
    # 将原始 ADC 值转换为电压
    return (pin.read() / 4095) * 3.3

while True:
    # 读取原始模拟值
    raw_value = analog_in.read()
    # 将原始值转换为电压
    voltage = get_voltage(analog_in)
    
    # 将原始值和电压打印到串口控制台
    print("[光传感器] 原始值: {:5d} 电压: {:.2f}V".format(raw_value, voltage))
    
    # 在再次读取之前短暂延迟
    time.sleep(1)

点亮 OLED 屏幕​

插入你的 XIAO ESP32S3，打开 Thonny 并点击右下角配置解释器
选择解释器 - Micropython (ESP32) 和 端口 >>> 点击 OK

如果一切正常，你将在 Shell 中看到输出。
从 MicroPython 安装 ssd1306 库。
点击 "Tools" >>> 点击 "Management Packages" >>> 输入库名称 >>> 点击 "Search micropython-lib and PyPl"

运行脚本并将其烧录到开发板。
完成编码后，点击绿色按钮运行脚本。

import time
from machine import Pin, SoftI2C
import ssd1306
import math

# ESP8266 引脚分配
i2c = SoftI2C(scl=Pin(6), sda=Pin(5))  # 根据你的连接调整引脚编号
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

oled.fill(0)  # 清屏
oled.text("你好，Seeder!", 10, 15)
oled.text("/////", 30, 40)
oled.text("(`3`)y", 30, 55)
oled.show()  # 显示文本

摄像头流媒体测试​

ESP32S3 Sense（带摄像头）也提供了摄像头流媒体测试，请参考这里。

感谢您阅读本文！欢迎在评论中分享您的想法。

资源​

技术支持与产品讨论​

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