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Seeed Studio XIAO ESP32C3 と MicroPython

MicroPython は、部分的なネイティブコードコンパイル機能を持つPythonインタープリターです。組み込みプロセッサーや制約のあるシステム向けに実装されたPython 3.5機能のサブセットを提供します。CPythonとは異なり、その違いについてはこちらで詳しく読むことができます。

MicroPython のインストール​

Esptool のインストール​

まだ esptool.py をインストールしていない場合は、PC上でpipを使用してインストールできます：

pip install esptool

XIAO ESP32C3 MicroPython ファームウェアをダウンロードする​

micropython.orgからファームウェアバイナリファイルをダウンロードする必要があります。 正しいbinファイルをダウンロードした後、そのフォルダに移動し、そこでcmdターミナルを開きます。 最終稿の時点で、binファイルの最新バージョンは以下の通りです：

ESP32_GENERIC_C3-20230602-v1.23.0.bin

XIAO ESP32C3 をPCに接続する​

XIAO ESP32C3 ボードのBOOTボタンを押し続けながら、Type C USBケーブルでPCに接続して「ブートローダー」モードに入る必要があります。

ポートを確認する​

PC上のすべてのシリアルデバイスを見つけます。

  • Linux

Linuxでは、dmesg コマンドを使用して接続されたデバイスを表示できます：

dmesg | grep tty

または、lsを使用してシリアルデバイスを一覧表示することもできます：

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

Windowsでは、デバイスマネージャーを通じてシリアルポートを確認できます。利用可能なシリアルポートを確認するには、「ポート (COM と LPT)」セクションを探してください。また、コマンドプロンプトでmodeコマンドを使用してシリアルポートを一覧表示することもできます：

mode
  • macOS

macOSでは、lsコマンドを使用して利用可能なシリアルポートを一覧表示できます：

ls /dev/cu*

これにより、すべてのシリアルポートデバイスが表示されます。

tip

ポートがビジー状態の場合、以下のコマンドを使用してポートを使用しているプロセスを見つけて終了できます（macOS上で）： ポートを使用しているプロセスを特定する：

lsof | grep port

このコマンドは開いているファイルを一覧表示し、指定されたポートを使用しているプロセスを検索します。 出力からプロセスID（PID）を見つけて、そのプロセスを終了させます：

kill -9 <PID>

PID を実際に見つかったプロセス ID に置き換えてください。

フラッシュの消去​

esptool.py --chip esp32c3 --port /dev/cu.usbmodem11301 erase_flash

'/dev/cu.usbmodem11301' をあなたのシステムの正しいポート名に置き換えてください（例：Windowsでは COM3、Linuxでは /dev/ttyUSB0）。

フラッシュ書き込み​

XIAO ESP32C3 にファームウェアをフラッシュします：

esptool.py --chip esp32c3 --port /dev/cu.usbmodem11301 --baud 460800 write_flash -z 0x0 ESP32_GENERIC_C3-20240602-v1.23.0.bin

再度、'/dev/cu.usbmodem11301' を正しいポート名に、'ESP32_GENERIC_C3-20240602-v1.23.0.bin' をブランクファームウェアファイルのパスに置き換えてください。

その後、お好みのツールを使用してESP32にスクリプトをコンパイルし始めることができます！

MicroPythonの推奨エディタ​

人気のあるツールの一部を以下に示します。

1. Thonny​

Thonnyをインストールして開き、以下の手順に従ってThonnyを設定します：

pip install thonny
#open thonny after installation
thonny

Run-->Configure Interpreterに移動し、Thonnyオプションのインタープリタータブが以下のように表示されることを確認し、"CircuitPython (generic)"とポートを選択してください：

ダイアログで「OK」をクリックすると、下図に示すようにthonnyウィンドウの下部にMicropythonシェルが表示されます。 フラッシュとSRAMサイズを取得するために、シェルにスクリプトを1行ずつ入力してください：

import gc
gc.mem_free()

import esp
esp.flash_size()

XIAO ESP32C3でThonnyを使用してMicroPythonのセットアップが正常に完了しました。おめでとうございます！

2. Arduino Lab for MicroPython​

Arduino lab for MicroPythonをダウンロードし、デバイスをPCに接続します。

次のようにコードを書きます：

from machine import Pin
import time

# Define the LED pin
led = Pin(7, Pin.OUT)  # Use the correct GPIO number instead of D10

# Blink the LED in a loop
while True:
    led.value(1)   # Turn the LED on
    time.sleep(1)  # Wait for a second
    led.value(0)   # Turn the LED off
    time.sleep(1)  # Wait for a second

3. Visual Studio Code上のPymakr​

  • Pymakrのインストール インストール手順に従ってPymakrをインストールしてください。

  • XIAO ESP32C3をコンピュータに接続します。

  • 新しいプロジェクトを作成 VS Codeを開き、マイクロコントローラー用の新しいプロジェクトを作成します。

  • 新しいPythonファイルを追加 プロジェクト内に新しいPythonファイルを作成します。

  • スクリプトをMCUにアップロードしてスクリプトをコンパイル

4. uPtCraft IDE​

ピンアウト/ポート情報​

XIAO ESP32C3でのMicroPythonの開始​

こちらはmicropythonによるESP32操作のクイックリファレンスです。 micropythonライブラリについての詳細な知識については、こちらを参照してください。

一般的なボード制御​

MicroPython REPL（Read-Eval-Print-Loop）はUART0（GPIO1=TX、GPIO3=RX）上でボーレート115200で動作します。タブ補完は、オブジェクトが持つメソッドを調べるのに便利です。ペーストモード（ctrl-E）は、大きなPythonコードの塊をREPLに貼り付けるのに便利です。 MicroPython（Pythonと同様）で*dir()関数を使用して、オブジェクトの属性とメソッドをリストできます。 例えば、シェルにdir(machine)*と入力します：

machineモジュール：

import machine
machine.freq()          # get the current frequency of the CPU, for esp32c3 is 160000000
machine.freq(160000000) # set the CPU frequency to 160 MHz

esp モジュール：

import esp

esp.osdebug(None)       # turn off vendor O/S debugging messages
esp.osdebug(0)          # redirect vendor O/S debugging messages to UART(0)

# low level methods to interact with flash storage
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 モジュール： ESP32C3、ESP32S2、および ESP32S3 には内蔵温度センサーが利用可能で、摂氏温度を返します：

import esp32
esp32.mcu_temperature() # read the internal temperature of the MCU, in Celsius

Network-WLAN​

Network モジュール： 詳細情報についてはこちらを参照してください。

import network

wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # create station interface
wlan.active(True)       # activate the interface
wlan.scan()             # scan for access points
wlan.isconnected()      # check if the station is connected to an AP
wlan.connect('ssid', 'key') # connect to an AP
wlan.config('mac')      # get the interface's MAC address
wlan.ifconfig()  # get the interface's IPv4 addresses

ap = network.WLAN(network.AP_IF) # create access-point interface
ap.config(ssid='ESP-AP') # set the SSID of the access point
ap.config(max_clients=10) # set how many clients can connect to the network
ap.active(True)         # activate the interface

ローカルWiFiネットワークに接続するための便利な関数は以下の通りです：

def do_connect():
    import network
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect('ssid', 'key') #replace the ssid and key
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())

Delay and timing​

The time module:

import time

time.sleep(1)           # sleep for 1 second
time.sleep_ms(500)      # sleep for 500 milliseconds
time.sleep_us(10)       # sleep for 10 microseconds
start = time.ticks_ms() # get millisecond counter
delta = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start) # compute time difference

タイマー​

ESP32ポートには4つのハードウェアタイマーがあります。0から3（含む）のタイマーIDでクラスを使用してください：

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))

この期間はミリ秒単位です。 仮想タイマーは現在このポートではサポートされていません。

ピンとGPIO​

machine.Pinクラス：

from machine import Pin

p2 = Pin(2, Pin.OUT)    # create output pin on GPIO2
p2.on()                 # set pin to "on" (high) level
p2.off()                # set pin to "off" (low) level
p2.value(1)             # set pin to on/high

p3 = Pin(3, Pin.IN)     # create input pin on GPIO3
print(p3.value())       # get value, 0 or 1

p4 = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # enable internal pull-up resistor
p5 = Pin(5, Pin.OUT, value=1) # set pin high on creation
p6 = Pin(6, Pin.OUT, drive=Pin.DRIVE_3) # set maximum drive strength

利用可能なピンは以下の範囲（両端を含む）からです：2,3,4,5,6,7,8,9,10,20,21。これらはESP32C3チップの実際のGPIOピン番号に対応しています。

UART(シリアルバス)​

machine.UARTクラス：

from machine import UART

uart1 = UART(1, baudrate=9600, tx=21, rx=20)
uart1.write('hello')  # write 5 bytes
uart1.read(5)         # read up to 5 bytes

ESP32C3には1つのハードウェアUARTがあります。以下にピンを示します：

UARTPin
TX21
RX20

PWM(パルス幅変調)​

PWMは出力可能なすべてのピンで有効にできます。基本周波数は1Hzから40MHzまでの範囲ですが、トレードオフがあります；基本周波数が増加するとデューティ分解能が減少します。 machine.PWMクラス：

from machine import Pin, PWM

pwm2 = PWM(Pin(2), freq=5000, duty_u16=32768) # create PWM object from a pin
freq = pwm2.freq()         # get current frequency
pwm2.freq(1000)            # set PWM frequency from 1Hz to 40MHz

duty = pwm2.duty()         # get current duty cycle, range 0-1023 (default 512, 50%)
pwm2.duty(256)             # set duty cycle from 0 to 1023 as a ratio duty/1023, (now 25%)

duty_u16 = pwm2.duty_u16() # get current duty cycle, range 0-65535
pwm2.duty_u16(2**16*3//4)  # set duty cycle from 0 to 65535 as a ratio duty_u16/65535, (now 75%)

duty_ns = pwm2.duty_ns()   # get current pulse width in ns
pwm2.duty_ns(250_000)      # set pulse width in nanoseconds from 0 to 1_000_000_000/freq, (now 25%)

pwm2.deinit()              # turn off PWM on the pin

pwm3 = PWM(Pin(3), freq=20000, duty=512)  # create and configure in one go
print(pwm3)                               # view PWM settings

ESP チップには異なるハードウェア周辺機器があります：

ハードウェア仕様ESP32C3ESP32
グループ数（スピードモード）12
グループあたりのタイマー数44
グループあたりのチャンネル数68
異なるPWM周波数（グループ × タイマー）48
総PWMチャンネル数（ピン、デューティ）（グループ × チャンネル）616

ADC（アナログ・デジタル変換）​

XIAO ESP32C3 では、ADC機能はピン2、3、4で利用できます。

note

A3(GP105) - ADC2を使用しており、偽のサンプリング信号により動作不能になる可能性があります。アナログ読み取りには、代わりにADC1(A0/A1/A2)を使用してください。XIAO ESP32C3 データシートを参照してください。

machine.ADC クラス：

from machine import ADC

adc = ADC(pin)        # create an ADC object acting on a pin
val = adc.read_u16()  # read a raw analog value in the range 0-65535
val = adc.read_uv()   # read an analog value in microvolts

SPI​

ソフトウェア SPI バス​

ソフトウェア SPI（ビットバンギングを使用）はすべてのピンで動作し、machine.SoftSPI クラス経由でアクセスされます：

from machine import Pin, SoftSPI

# construct a SoftSPI bus on the given pins
# polarity is the idle state of SCK
# phase=0 means sample on the first edge of SCK, phase=1 means the second
spi = SoftSPI(baudrate=100000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(2), mosi=Pin(4), miso=Pin(6))

spi.init(baudrate=200000) # set the baudrate

spi.read(10)            # read 10 bytes on MISO
spi.read(10, 0xff)      # read 10 bytes while outputting 0xff on MOSI

buf = bytearray(50)     # create a buffer
spi.readinto(buf)       # read into the given buffer (reads 50 bytes in this case)
spi.readinto(buf, 0xff) # read into the given buffer and output 0xff on MOSI

spi.write(b'12345')     # write 5 bytes on MOSI

buf = bytearray(4)      # create a buffer
spi.write_readinto(b'1234', buf) # write to MOSI and read from MISO into the buffer
spi.write_readinto(buf, buf) # write buf to MOSI and read MISO back into buf

ハードウェア SPI バス​

ハードウェア SPI は machine.SPI クラス経由でアクセスされ、上記のソフトウェア SPI と同じメソッドを持ちます：

from machine import Pin, SPI

hspi = SPI(1, 10000000)
hspi = SPI(1, 10000000, sck=Pin(8), mosi=Pin(10), miso=Pin(9))
SPIピン
SCKD8
MOSID10
MISOD9

I2C​

ソフトウェアI2Cバス​

ソフトウェアI2C（ビットバンギングを使用）は、すべての出力可能なピンで動作し、machine.SoftI2C クラスを介してアクセスされます：

from machine import Pin, SoftI2C

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=100000)

i2c.scan()              # scan for devices

i2c.readfrom(0x3a, 4)   # read 4 bytes from device with address 0x3a
i2c.writeto(0x3a, '12') # write '12' to device with address 0x3a

buf = bytearray(10)     # create a buffer with 10 bytes
i2c.writeto(0x3a, buf)  # write the given buffer to the peripheral

ハードウェアI2Cバス​

ドライバは machine.I2C クラス経由でアクセスされ、上記のソフトウェアI2Cと同じメソッドを持ちます：

from machine import Pin, I2C
i2c = I2C(0, scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=400000)
I2CGPIOPin
SCLGPIO7D5
SDAGPIO6D4

XIAO用拡張ボードベース​

前提条件:

ヘッダーはんだ付け済み
XIAO ESP32C3		XIAO用拡張ボードベースGrove 光センサー
Get One Now 🖱️
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光センサーデータの読み取り​

import time
from machine import Pin, ADC

# Initialize the analog input on pin 2 (corresponds to A0)
analog_in = ADC(Pin(2))
analog_in.atten(ADC.ATTN_11DB)  # Configure the input range (0-3.6V)

def get_voltage(pin):
    # Convert the raw ADC value to voltage
    return (pin.read() / 4095) * 3.3

while True:
    # Read the raw analog value
    raw_value = analog_in.read()
    # Convert the raw value to voltage
    voltage = get_voltage(analog_in)
    
    # Print the raw value and voltage to the serial console
    print("[Light] Raw value: {:5d} Voltage: {:.2f}V".format(raw_value, voltage))
    
    # Delay for a short period of time before reading again
    time.sleep(1)

OLEDスクリーンを点灯させる​

XIAO ESP32C3を接続し、Thonnyを開いて右下をクリックしてインタープリターを設定します インタープリター - Micropython (ESP32) を選択し、ポート >>> OKをクリック

すべてがうまくいけば、シェルに出力が表示されます 必要なライブラリをインストールします 「Tools」をクリック >>> 「Management Packages」をクリック >>> ライブラリ名を入力 >>> 「Search micropython-lib and PyPl」をクリック

スクリプトを実行してボードにフラッシュします。 コーディングが完了したら、緑色のボタンをクリックしてスクリプトを実行します。

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

# Pin assignment
i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))  # Adjust the Pin numbers based on your connections
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

oled.fill(0)  # Clear the screen
oled.text("Hello, Seeder!", 10, 15)
oled.text("/////", 30, 40)
oled.text("(`3`)y", 30, 55)
oled.show()  # Show the text

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リソース​

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