XIAO ESP32S3 と MicroPython
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Seeed Studio XIAO ESP32S3 と MicroPython
MicroPython は、部分的なネイティブコードコンパイル機能を備えた Python インタプリタです。これは、組み込みプロセッサや制約のあるシステム向けに実装された Python 3.5 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 を参照してください。
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 ESP32S3 MicroPython ファームウェアのダウンロード
Micropython.org からファームウェアの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、そこでコマンドプロンプトを開きます。
最終版の時点での最新の bin ファイルは以下の通りです：
ESP32_GENERIC_S3-20230602-v1.23.0.bin
XIAO ESP32S3 を PC に接続
XIAO ESP32S3 ボードの BOOT ボタンを押し続けながら、タイプ C USB ケーブルを使用して PC に接続し、「ブートローダーモード」に入ります。
ポートの確認
PC 上のすべてのシリアルデバイスを確認します。
- 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リストできます：
ls /dev/ttyS* /dev/ttyUSB*
- Windows
Windows では、デバイスマネージャを開いて USB からシリアルポートのアドレスを確認できます。
- 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リストできます：
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特定し、終了させることができます（macOS の場合）： ポートを使用しているプロセスを特定：
lsof | grep port
このコマンドは開いているファイルをリストし、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）を見つけてプロセスを終了：
kill -9 <PID>
PID を実際のプロセス ID に置き換えてください。
フラッシュの消去
esptool.py --chip esp32s3 --port /dev/cu.usbmodem11301 erase_flash
'/dev/cu.usbmodem11301' をシステム上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）。
フラッシュの書き込み
XIAO ESP32S3 にファームウェアを書き込みます：
esptool.py --chip esp32s3 --port /dev/cu.usbmodem11301 --baud 460800 write_flash -z 0x0 ESP32_GENERIC_S3-20240602-v1.23.0.bin
再度、'/dev/cu.usbmodem11301' を正しいポート名に、'ESP32_GENERIC_S3-20240602-v1.23.0.bin' を空のファームウェアファイルのパスに置き換えてください。
RTS ピンを介してハードリセットすることを忘れないでください。
その後、お好みのツールを使用してスクリプトを ESP32 にコンパイルできます！
MicroPythonにおすすめのエディタ
以下にいくつかの人気ツールを挙げます。
1. Thonny
Thonnyをインストールして開き、以下の手順に従って設定してください：
pip install thonny
# インストール後にthonnyを開く
thonny
「Run」-->「Configure Interpreter」に進み、Thonnyオプションのインタープリタタブが以下のように表示されていることを確認してください。「CircuitPython (generic)」を選択し、ポートを設定します：
ダイアログで「OK」をクリックすると、Thonnyウィンドウの下部にMicroPythonシェルが表示されます。以下のスクリプトをシェルに1行ずつ入力して、フラッシュサイズとSRAMサイズを取得します：
import esp
esp.flash_size()
おめでとうございます！Thonnyを使用してXIAO ESP32S3でMicroPythonを正常にセットアップできました！
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。
以下のようにコードを書きます：
from machine import Pin
import time
# LEDピンを定義
led = Pin(6, Pin.OUT) # 正しいGPIOを使用
# ループ内でLEDを点滅
while True:
led.value(1) # LEDをオン
time.sleep(1) # 1秒待機
led.value(0) # LEDをオフ
time.sleep(1) # 1秒待機
3. Visual Studio CodeのPymakr
Pymakrをインストール インストール手順に従ってPymakrをインストールします。
XIAO ESP32S3をコンピュータに接続
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コンパイル
4. uPyCraft IDE
ピン配置/ポート情報
- 詳細についてはハードウェア概要を参照してください。
- Seeed Studio XIAO ESP32S3回路図
XIAO ESP32S3でのMicroPythonの始め方
こちらは MicroPythonによるESP32操作のクイックリファレンスです。
また、MicroPythonライブラリに関する知識はこちらをご参照ください。
一般的なボード制御
MicroPythonのREPL(Read-Eval-Print-Loop)はUART0 (GPIO1=TX, GPIO3=RX)で動作し、ボーレートは115200です。タブ補完を使用すると、オブジェクトが持つメソッドを確認するのに便利です。ペーストモード（Ctrl-E）は、大量のPythonコードをREPLに貼り付ける際に役立ちます。
MicroPython（Pythonでも同様）のdir()関数を使用して、オブジェクトの属性やメソッドを一覧表示できます。
例えば、シェルでdir(machine)を入力します：
machineモジュール:
import machine
machine.freq() # CPUの現在の周波数を取得、ESP32S3の場合は240000000
machine.freq(160000000) # CPU周波数を160MHzに設定
# 周波数は20MHz, 40MHz, 80MHz, 160MHz, 240MHzのいずれかである必要があります
espモジュール:
import esp
esp.osdebug(None) # ベンダーOSのデバッグメッセージをオフにする
esp.osdebug(0) # ベンダーOSのデバッグメッセージをUART(0)にリダイレクトする
# フラッシュストレージと対話する低レベルメソッド
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、ESP32S3には内部温度センサーがあり、摂氏温度を返します:
import esp32
esp32.mcu_temperature() # MCUの内部温度を摂氏で読み取る
ネットワーク-WLAN
Networkモジュール:
詳細はこちらをご参照ください。
import network
wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # ステーションインターフェースを作成
wlan.active(True) # インターフェースをアクティブ化
wlan.scan() # アクセスポイントをスキャン
wlan.isconnected() # ステーションがAPに接続されているか確認
wlan.connect('ssid', 'key') # APに接続
wlan.config('mac') # インターフェースのMACアドレスを取得
wlan.ifconfig() # インターフェースのIPv4アドレスを取得
ap = network.WLAN(network.AP_IF) # アクセスポイントインターフェースを作成
ap.config(ssid='ESP-AP') # アクセスポイントのSSIDを設定
ap.config(max_clients=10) # ネットワークに接続できるクライアント数を設定
ap.active(True) # インターフェースをアクティブ化
ローカルWiFiネットワークに接続するための便利な関数:
def do_connect():
import network
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
if not wlan.isconnected():
print('ネットワークに接続中...')
wlan.connect('ssid', 'key') # ssidとkeyを置き換えてください
while not wlan.isconnected():
pass
print('ネットワーク設定:', wlan.ifconfig())
遅延とタイミング
timeモジュール:
import time
time.sleep(1) # 1秒間スリープ
time.sleep_ms(500) # 500ミリ秒スリープ
time.sleep_us(10) # 10マイクロ秒スリープ
start = time.ticks_ms() # ミリ秒カウンターを取得
delta = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start) # 時間差を計算
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。クラスを使用して、タイマーIDを0から3（含む）の範囲で指定します:
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))
期間はミリ秒単位です。
現在、このポートでは仮想タイマー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) # GPIO2に出力ピンを作成
p2.on() # ピンを「オン」（高レベル）に設定
p2.off() # ピンを「オフ」（低レベル）に設定
p2.value(1) # ピンをオン/高レベルに設定
p3 = Pin(3, Pin.IN) # GPIO3に入力ピンを作成
print(p3.value()) # 値を取得、0または1
p4 = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 内部プルアップ抵抗を有効化
p5 = Pin(5, Pin.OUT, value=1) # 作成時にピンを高レベルに設定
p6 = Pin(6, Pin.OUT, drive=Pin.DRIVE_3) # 最大駆動強度を設定
使用可能なピンは以下の範囲（含む）です: 1,2,3,4,5,6,7,8,9,43,44。これらはESP32S3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=43, rx=44)
uart1.write('hello') # 5バイトを書き込み
uart1.read(5) # 最大5バイトを読み取り
ESP32C3には1つのハードウェアUARTがあります。使用可能なピンは以下の通りです: | UART | ピン | |------|-----| | TX | 43 | | RX | 44 |
PWM（パルス幅変調）
PWMはすべての出力可能なピンで有効化できます。基本周波数は1Hzから40MHzの範囲ですが、基本周波数が増加するとデューティ解像度が低下します。
machine.PWMクラス:
from machine import Pin, PWM
pwm2 = PWM(Pin(2), freq=5000, duty_u16=32768) # ピンからPWMオブジェクトを作成
freq = pwm2.freq() # 現在の周波数を取得
pwm2.freq(1000) # PWM周波数を1Hzから40MHzに設定
duty = pwm2.duty() # 現在のデューティサイクルを取得、範囲0-1023（デフォルト512、50%）
pwm2.duty(256) # デューティサイクルを0から1023の範囲で設定、（現在25%）
duty_u16 = pwm2.duty_u16() # 現在のデューティサイクルを取得、範囲0-65535
pwm2.duty_u16(2**16*3//4) # デューティサイクルを0から65535の範囲で設定、（現在75%）
duty_ns = pwm2.duty_ns() # 現在のパルス幅をナノ秒単位で取得
pwm2.duty_ns(250_000) # パルス幅をナノ秒単位で設定、0から1_000_000_000/freqの範囲、（現在25%）
pwm2.deinit() # ピン上のPWMをオフにする
pwm3 = PWM(Pin(3), freq=20000, duty=512) # 作成と設定を一度に実行
print(pwm3) # PWM設定を表示
ADC（アナログからデジタル変換）
XIAO ESP32S3では、ADC機能はピン1,2,3,4,5,6,7,8,9で利用可能です。
machine.ADCクラス:
from machine import ADC
adc = ADC(pin) # ピンに作用するADCオブジェクトを作成
val = adc.read_u16() # 生のアナログ値を0-65535の範囲で読み取る
val = adc.read_uv() # アナログ値をマイクロボルト単位で読み取る
SPI
ソフトウェア SPI バス
ソフトウェア SPI（ビットバンを使用）はすべてのピンで動作し、machine.SoftSPI クラスを介してアクセスします：
from machine import Pin, SoftSPI
# 指定されたピンで SoftSPI バスを構築
# polarity は SCK のアイドル状態
# phase=0 は SCK の最初のエッジでサンプリング、phase=1 は 2 番目のエッジでサンプリング
spi = SoftSPI(baudrate=100000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(2), mosi=Pin(4), miso=Pin(6))
spi.init(baudrate=200000) # ボーレートを設定
spi.read(10) # MISO で 10 バイトを読み取る
spi.read(10, 0xff) # MOSI で 0xff を出力しながら 10 バイトを読み取る
buf = bytearray(50) # バッファを作成
spi.readinto(buf) # 指定されたバッファに読み取る（この場合 50 バイト）
spi.readinto(buf, 0xff) # 指定されたバッファに読み取り、MOSI で 0xff を出力
spi.write(b'12345') # MOSI で 5 バイトを書き込む
buf = bytearray(4) # バッファを作成
spi.write_readinto(b'1234', buf) # MOSI に書き込み、MISO からバッファに読み取る
spi.write_readinto(buf, buf) # buf を MOSI に書き込み、MISO から buf に読み取る
ハードウェア SPI バス
ハードウェア SPI は machine.SPI クラスを介してアクセスされ、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(7), mosi=Pin(9), miso=Pin(8))
| SPI | ピン |
|---|---|
| SCK | D7 |
| MOSI | D9 |
| MISO | D8 |
I2C
ソフトウェア I2C バス
ソフトウェア I2C（ビットバンを使用）は、出力可能なすべてのピンで動作し、machine.SoftI2C クラスを介してアクセスします：
from machine import Pin, SoftI2C
i2c = SoftI2C(scl=Pin(6), sda=Pin(5), freq=100000)
i2c.scan() # デバイスをスキャン
i2c.readfrom(0x3a, 4) # アドレス 0x3a のデバイスから 4 バイトを読み取る
i2c.writeto(0x3a, '12') # アドレス 0x3a のデバイスに '12' を書き込む
buf = bytearray(10) # 10 バイトのバッファを作成
i2c.writeto(0x3a, buf) # 指定されたバッファを周辺機器に書き込む
ハードウェア I2C バス
ドライバは machine.I2C クラスを介してアクセスされ、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(6), sda=Pin(5), freq=400000)
XIAO 用拡張ボードベース
前提条件：
| XIAO ESP32S3 （ヘッダー付き） | XIAO 用拡張ボードベース | Grove ライトセンサー |
|---|---|---|
 |  |  |
ライトセンサーのデータを読み取る
import time
from machine import Pin, ADC
# ピン 2（A0 に対応）でアナログ入力を初期化
analog_in = ADC(Pin(1))
analog_in.atten(ADC.ATTN_11DB) # 入力範囲を設定（0-3.6V）
def get_voltage(pin):
# 生の ADC 値を電圧に変換
return (pin.read() / 4095) * 3.3
while True:
# 生のアナログ値を読み取る
raw_value = analog_in.read()
# 生の値を電圧に変換
voltage = get_voltage(analog_in)
# 生の値と電圧をシリアルコンソールに出力
print("[Light] Raw value: {:5d} Voltage: {:.2f}V".format(raw_value, voltage))
# 再度読み取る前に短時間待機
time.sleep(1)
OLED スクリーンを点灯する
XIAO ESP32S3 を接続し、Thonny を開いて右下をクリックしてインタプリタを設定します。
インタプリタを選択 - Micropython (ESP32) と ポート >>> OK をクリック
すべてが正常に動作していれば、シェルに出力が表示されます。
MicroPython から ssd1306 ライブラリをインストールします。
「ツール」をクリック >>> 「パッケージ管理」をクリック >>> ライブラリ名を入力 >>> 「micropython-lib と PyPl を検索」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。
コードを書き終えたら、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
# ESP8266 ピン割り当て
i2c = SoftI2C(scl=Pin(6), sda=Pin(5)) # 接続に基づいてピン番号を調整
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)
oled.fill(0) # 画面をクリア
oled.text("Hello, Seeder!", 10, 15)
oled.text("/////", 30, 40)
oled.text("(`3`)y", 30, 55)
oled.show() # テキストを表示
カメラストリーミングテスト
ESP32S3 Sense（カメラ付き）向けのカメラストリーミングテストも提供されています。詳細についてはこちらをご参照ください。
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リソース
- MicroPythonを搭載したXIAO ESP32S3用のファームウェアバイナリファイル
技術サポートと製品に関するディスカッション
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