ESP32与MicroPython入门-01 搭建开发环境

ESP32简介

ESP32 是上海乐鑫公司开发的一款比较新的32位微控制器，它集成了WiFi及蓝牙等功能，有着性能稳定、功耗低、价格低廉等特点，非常适用于物联网开发，但也可以作为普通的MCU使用。

ESP8266 也是乐鑫公司开发的一种非常流行的WiFi芯片。相比 ESP8266 ，ESP32 更加强大。这篇文章比较了 ESP8266 和 ESP32 之间的差别。

ESP32的主要芯片种类有ESP32-C系列、ESP32-S系列和ESP32系列。这些芯片的参数和功能略有差异，例如ESP32-S2就不支持蓝牙功能。在选型时注意检查芯片型号。

完整的芯片型号对比可以参考官方网站的介绍：https://www.espressif.com/zh-hans/products/socs

模块是基于ESP32芯片，按照一定功能封装了基本的外设等形成的集成芯片。乐鑫提供的ESP32模块主要可分为WROOM系列、WROVER系列以及MINI系列，完整的介绍及对比可以参见官方网站：https://www.espressif.com/zh-hans/products/modules 。模块参数的详细PDF文档可以从 https://www.espressif.com/zh-hans/products/modules/esp32 处下载。

而开发板则是由ESP32模块和USB口、复位开关等组成的完整开发套件。开发板的厂商较多，使用时需要查看对应的开发板电路连接原理图，并注意开发板提供的功能。乐鑫提供的官方开发板介绍可以参见 https://www.espressif.com/zh-hans/products/devkits 。

这里选择 DOIT ESP32 DEVKIT V1 作为开发板。该开发板的特点为：

尺寸很小（约 52mm x 28mm ）
价格低廉（仅需￥20 左右，相比乐鑫官方动辄 60+ 非常亲民）
板载一个蓝色 LED 灯，方便在无额外元器件时便可以调试
远销海外（ platformIO 甚至还有该开发板专门的介绍文档）

其外观如下。事实上很多商家的 ESP32 的开发板结构都非常类似。在选择开发板时只需注意主要结构及功能即可。

MicroPython简介

什么是MicroPython

MicroPython是基于Python实现的简易版本，用于在嵌入式系统中运行，例如树莓派、ARM单片机和ESP32。它兼容大部分Python3语法，因此只要熟悉Python3就能无障碍上手MicroPython。

相比Python3，MicroPython精简了许多实现细节，并且删去了许多标准库以及标准库里的内容。不过，MicroPython却额外包含了能够操作底层GPIO等外设的标准库，这些是对底层寄存器的高度封装。

建立MicroPython开发环境

目前来说，有 3 个比较常用的 MicroPython 开发环境，它们都是免费、开源且跨平台的。它们分别为：

uPyCraft IDE

uPyCraft IDE 是一个简单并且对入门 MicroPython 友好的集成开发环境，它自身可以直接烧入 MicroPython 到 ESP32 中，并且支持从编写程序到串口调试的所有基本功能。除此之外，它还内置了许多示例代码，可以直接运行这些示例代码查看效果。

uPyCraft 的 GitHub 地址为：https://github.com/DFRobot/uPyCraft 。可以从中下载软件与查看官方文档。

Thonny IDE

Thonny IDE 是一个 Python 的集成开发环境，不过它同时也支持直接开发 MicroPython 。Thonny IDE 功能丰富，支持各种调试方式，，并且可以加上插件进一步扩展功能。

Thonny IDE 的官方网站为：https://thonny.org ，GitHub 仓库地址为：https://github.com/thonny/thonny 。

Visual Studio Code

大名鼎鼎的 VSCode 想必许多人都有所耳闻。VSCode 想要开发 MicroPython ，主要依靠插件的支持。

这里推荐将 Thonny IDE 作为开发环境，主要是出于以下考虑：

VSCode 相对 MicroPython 入门来说，还是有些过于重量级。并且 VSCode 主要依赖于插件来开发 MicroPython ，并不能很好地用到 VSCode 的所有优势，而且开发环境的配置也对入门级别不是很友好，因此除非日后需要利用到一些进阶功能，否则并不推荐将 VSCode 作为入门开发环境。
uPyCraft 尽管是专门支持 MicroPython 的开发环境，但是它目前版本还比较低，不仅功能很少，而且使用者也很少，许多功能没有得到广泛的测试，可能存在许多 bug 未能得到解决。
相比之下，Thonny IDE 非常轻量级，却也支持许多高级的功能。由于有足够多的使用者，现版本的 Thonny 已经非常稳定，完全可以满足 MicroPython 的全流程开发。

由于 Thonny 不支持烧入功能，因此需要额外下载烧入工具。在烧入之前，需要安装 CP210x 串口转 USB 驱动，让设备识别到 ESP32 。

该驱动可以在 https://www.silabs.com/developers/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers 处下载，打开网站后点击 DOWNLOAD 页面，选择对应系统的驱动下载即可：

下载完成驱动后，安装对应的驱动文件即可，安装方式就和一般的软件一致：

接下来需要下载 Flash 烧入工具，用来将 MicroPython 烧入到 ESP32 内。烧入软件可以选用乐鑫官方提供的 Flash 下载工具，下载地址在 https://www.espressif.com/zh-hans/support/download/other-tools ，或在乐鑫官网找到支持→相关下载→工具：

解压下载得到的文件夹即可。

最后一步是下载 MicroPython 固件。下载的地址为：https://micropython.org/download/esp32/) ，或在 MicroPython 官网首页找到 Download→ESP32 ：

一般来说，推荐下载第二新的固件版本。注意下载的是 .bin 格式的固件。

接下来就可以准备将 MicroPython 烧入到 ESP32 设备中。

将 ESP32 使用 microusb 线连接到计算机上，如果 ESP32 开发板上的红色灯亮起，同时计算机的设备检测到串口信息，则证明连接正常：

打开 ESP32 的 Flash 烧入工具，在第一个下拉菜单芯片类型中选择 ESP32：

接下来进入到烧入配置界面，其中几个关键的选项已经在图中标示出来了：

烧入的固件文件，可在右侧省略号按钮选取文件
烧入地址为 0x1000
记得勾上要烧入的文件
这些选项保持图示的默认选项即可
波特率以 921600 为佳，上方的端口号注意和 ESP32 的端口号匹配

接下来就可以下载固件了。下载前需要先擦除原有内容，按住开发板上的“BOOT”按键，然后点击下载工具左下角的“ERASE”按钮。刚点击时上方绿色矩形里的文字会从“等待/IDLE”变成“等待上电同步/SYNC”，如果文字再次变成“下载中/DOWNLOAD”，那么便可以松开开发板上的“BOOT”按键了。等到文字再次变为“完成/FINISH”，则说明擦除成功。

接下来点击下载工具左下角的“START”按钮，类似上一步，在开始下载前也需要按住开发板上的“BOOT”按键。在下载时，下载工具最下方的进度条将会显示当前下载进度。

这样，MicroPython 就烧入完毕了。接下来可以建立第一个MicroPython 工程，同时测试烧入是否正确。

建立第一个工程

这里使用 Thonny IDE 作为开发环境。首先可以在官网下载该软件：

也可以在 GitHub 仓库里找到 Release 版本。这些地址在上文都提到过。

安装成功 Thonny 后，打开软件，接下来还需要进行一些初始化配置。

首先，在菜单栏里找到运行→选择解释器。之前说过 Thonny 主要用于进行常规 Python 开发，因此如果要将其用于 MicroPython 开发需要修改解释器选项：

修改解释器为 MicroPython (ESP32) 。该页面中同时可以修改端口配置，如果有时发现识别出现问题，不妨检查一下端口号是否正确。

接下来，将 ESP32 接入计算机，然后点击功能按钮栏里的“停止/重启后端进程(Ctrl+F2)”：

如果此时在下方的终端(Shell)内看到如下所示的 Python 解释器提示，则说明与 MicroPython 的连接成功：

如果在打开 Thonny 前就维持着 ESP32 与计算机的连接，那么进入 Thonny 时应该就能看到该提示信息。“停止/重启后端进程(Ctrl+F2)”用于重新使计算机与 ESP32 里的 MicroPython 连接，在每次插拔 ESP32 后都需要这样手动使两者重新连接。

终端(Shell)允许在串口通信中使用 MicroPython 命令行交互窗口。例如：

MicroPython v1.17 on 2021-09-02; ESP32 module with ESP32

Type "help()" for more information.

>>> print('Hello, world!')

Hello, world!

print() 函数可以让 ESP32 向计算机通过串口发送调试信息。

MicroPython 还支持以文件的形式运行。新建一个文件后，点击保存（如果 Thonny 成功连接上了 ESP32 的 MicroPython ），那么此时就会出现两个选项，可以将 .py 文件保存在计算机上，还可以将其保存在 ESP32 里：

选择将文件保存在 ESP32 内，此时会发现 ESP32 内已经有一个 boot.py 文件了。这里，将文件命名为 main.py 保存。boot.py 和 main.py 是 MicroPython 里的两个比较特殊的文件，将在之后详细介绍。

在 main.py 内编写以下代码后保存：

from machine import Pin

import time

led = Pin(2, Pin.OUT)

while True:

    led.value(0)

    time.sleep(0.5)

    led.value(1)

    time.sleep(0.5)

点击功能按钮栏里的“运行当前脚本(F5)”，即可运行以上代码。运行成功后，可以看到开发板上蓝色的 LED 灯以 0.5 秒为间隔闪烁，说明运行成功。

while 循环可以通过在交互式控制台内按下 CTRL+C 触发键盘中断退出。如果再次将 ESP32 接入计算机后重启后台进程，一直显示 ESP32 处于繁忙状态或无显示，则可能是由于 ESP32 一直在执行代码导致的，可以通过键盘中断强制停止 MicroPython 的执行。