Что такое MicroPython? Основные команды, REPL и первые программы

MicroPython — небольшая и быстрая реализация языка Python 3 для микроконтроллеров. После загрузки MicroPython на плату вроде Raspberry Pi Pico или ESP32 плата выполняет код Python самостоятельно: вводишь команду без этапа компиляции и сразу видишь, как загорается светодиод. Если Python тебе уже знаком по школе или работе на компьютере, тот же синтаксис поможет считывать состояние пинов, управлять моторами, собирать данные датчиков и подключаться к Wi-Fi.

В этом руководстве ты узнаешь, чем MicroPython отличается от обычного Python, как мгновенно взаимодействовать с платой через REPL и как использовать самые нужные модули: machine.Pin, PWM, ADC и I2C, с примерами кода. Затем разберём разницу между time.sleep и ticks_ms, файлы main.py и boot.py, которые выполняются при включении, загрузку файлов через Thonny и mpremote, добавление библиотек с помощью mip и установку прошивки на Pico и ESP32. В последнем разделе сравним MicroPython и Arduino C++.

Что такое MicroPython и чем он отличается от Python?

MicroPython — проект с открытым исходным кодом, который Дэмиен Джордж начал в 2013 году для небольшой платы; сегодня он поддерживает десятки микроконтроллеров. Прошивка, которую ты загружаешь на плату, содержит интерпретатор Python, основные модули и небольшую файловую систему. Сначала код на плате преобразуется в байт-код, а затем интерпретатор выполняет его шаг за шагом. В несколько сотен КБ ОЗУ невозможно вместить весь Python с компьютера, поэтому язык остаётся тем же, но большинство библиотек урезаны или вовсе отсутствуют. Зато добавлено то, чего нет в Python для компьютера: модуль machine, который даёт прямой доступ к аппаратной части.

Платы, на которых работает MicroPython

Установка прошивки MicroPython на Pico и ESP32

1. Pico: Удерживай кнопку BOOTSEL на плате при подключении USB-кабеля, затем отпусти. На компьютере появится диск RPI-RP2 (RP2350 для Pico 2).
2. Скачай подходящий для платы файл .uf2 с официальной страницы загрузок MicroPython (RPI_PICO для Pico, RPI_PICO_W для Pico W) и перетащи его на этот диск.
3. Когда копирование завершится, плата автоматически перезапустится, а диск исчезнет: MicroPython установлен. В Thonny выбери MicroPython (Raspberry Pi Pico) в разделе Инструменты › Параметры › Интерпретатор (Tools › Options › Interpreter).
4. ESP32: Если на компьютере установлен Python, введи в командной строке pip install esptool. Подключи плату и найди её порт (например, COM3 в Windows, /dev/ttyUSB0 в Linux).
5. Сначала сотри флеш-память командой esptool.py --chip esp32 --port COM3 erase_flash. Если плата не подключается, удерживай кнопку BOOT во время выполнения команды.
6. Запиши прошивку командой esptool.py --chip esp32 --port COM3 --baud 460800 write_flash -z 0x1000 ESP32_GENERIC-....bin. Для ESP32-S3 и ESP32-C3 используется адрес 0x0. Пункт Thonny Install or update MicroPython (esptool) (установить или обновить MicroPython) выполняет ту же задачу через окно программы.

REPL: мгновенное взаимодействие с платой

REPL (Read-Eval-Print Loop, цикл «чтение — вычисление — вывод») — командная строка, которую плата открывает через последовательный порт. Приглашение >>> в нижнем окне Оболочка (Shell) в Thonny означает, что REPL ждёт команду. Введи 1 + 1, и плата вычислит и вернёт 2; введи from machine import Pin, а затем Pin("LED", Pin.OUT).value(1), и светодиод Pico загорится в тот же момент. REPL — самый быстрый способ прочитать значение датчика, проверить правильность подключения пина или изучить работу библиотеки без ожидания компиляции и загрузки.

Первая программа и её аналог на Arduino C++

1# İlk program: dahili LED'i yakıp söndür / First program: blink the onboard LED
2from machine import Pin
3import time
4
5led = Pin("LED", Pin.OUT)        # Pico ve Pico W; ESP32'de Pin(2, Pin.OUT) / Pico and Pico W; Pin(2, Pin.OUT) on ESP32
6
7while True:
8    led.value(1)                 # yak / on
9    time.sleep(0.5)              # saniye cinsinden / in seconds
10    led.value(0)                 # söndür / off
11    time.sleep(0.5)

1// Aynı program Arduino C++ ile / The same program in Arduino C++
2void setup() {
3  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
4}
5
6void loop() {
7  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
8  delay(500);                    // milisaniye cinsinden / in milliseconds
9  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
10  delay(500);
11}

Обе программы выполняют одну задачу, но устроены по-разному. В MicroPython нет setup() и loop(): файл выполняется один раз сверху вниз, а бесконечный цикл ты создаёшь с помощью while True:. Вместо фигурных скобок и точек с запятой используются отступы; все строки внутри цикла должны иметь одинаковый отступ (обычно 4 пробела). Задержка тоже задаётся в других единицах: time.sleep(0.5) принимает секунды, а delay(500) в Arduino — миллисекунды. В MicroPython для миллисекунд используется time.sleep_ms(), а для микросекунд — time.sleep_us(). Основы варианта для Arduino разобраны в статье «Основы программирования Arduino».

machine.Pin: цифровой ввод и вывод

time.sleep и ticks_ms: измерение времени без блокировки

time.sleep() заставляет плату полностью ждать; в это время кнопки не опрашиваются и датчики не проверяются. Для одновременного выполнения нескольких задач используй аналог подхода с millis() в Arduino: time.ticks_ms() возвращает миллисекунды с момента запуска, а time.ticks_diff(new, old) вычисляет разницу между двумя моментами времени. Важно получать разницу через ticks_diff, а не обычным вычитанием: достигнув определённого значения, счётчик переполняется, и обычное вычитание в этот момент даёт неверный результат. Код ниже мигает светодиодом без блокировки и одновременно отслеживает кнопку через прерывание (IRQ); каждое нажатие меняет частоту мигания.

1# delay kullanmadan iki iş: LED yanıp söner, buton kesmeyle modu değiştirir
2# Two jobs without blocking: the LED blinks, a button interrupt switches the mode
3from machine import Pin
4import time
5
6led = Pin(15, Pin.OUT)                       # LED + 220 Ω, GP15
7buton = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_UP)         # buton GP14 ile GND arasında / button between GP14 and GND
8
9hizli = False
10son_basma = 0
11son_degisim = time.ticks_ms()
12
13def buton_kesme(pin):                        # kesme fonksiyonu kısa olmalı / keep the handler short
14    global hizli, son_basma
15    simdi = time.ticks_ms()
16    if time.ticks_diff(simdi, son_basma) > 200:   # 200 ms debounce / 200 ms debounce
17        son_basma = simdi
18        hizli = not hizli
19
20buton.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=buton_kesme)   # basınca HIGH'dan LOW'a iner / goes HIGH to LOW when pressed
21
22while True:
23    aralik = 100 if hizli else 500
24    if time.ticks_diff(time.ticks_ms(), son_degisim) >= aralik:   # taşmaya karşı güvenli / safe against wrap-around
25        son_degisim = time.ticks_ms()
26        led.value(not led.value())
27    # burada başka işler yapılabilir / other work can run here

PWM: яркость, сервоприводы и звук

1# PWM: LED parlaklığı ve servo açısı / PWM: LED brightness and servo angle
2from machine import Pin, PWM
3import time
4
5led = PWM(Pin(15))
6led.freq(1000)                               # 1 kHz: titreme görünmez / no visible flicker
7
8for d in range(0, 65536, 2048):              # duty_u16: 0 (kapalı) ... 65535 (tam) / 0 (off) ... 65535 (full)
9    led.duty_u16(d)
10    time.sleep_ms(20)
11led.duty_u16(0)
12
13servo = PWM(Pin(16))
14servo.freq(50)                               # servolar 50 Hz (20 ms) ister / servos expect 50 Hz (20 ms)
15
16def servo_aci(derece):
17    us = 500 + derece * 2000 // 180          # 0° = 0,5 ms, 180° = 2,5 ms; servona göre ayarla / tune for your servo
18    servo.duty_ns(us * 1000)
19
20for a in (0, 90, 180, 90):
21    servo_aci(a)
22    time.sleep(1)

Объект PWM очень быстро включает и выключает пин, задавая среднюю мощность. freq() определяет, сколько раз в секунду это повторяется, а duty_u16() задаёт длительность включённого состояния числом от 0 до 65 535; 32 768 соответствует примерно 50 процентам. Такая шкала даёт гораздо меньший шаг, чем диапазон 0–255 у analogWrite в Arduino. Сервоприводам нужен сигнал 50 Hz с длительностью импульса от 0,5 до 2,5 мс; duty_ns() задаёт длительность импульса прямо в наносекундах, что значительно упрощает код сервопривода. Меняя значения freq(), можно также играть ноты на пассивном зуммере. Коэффициент заполнения и частота подробно разобраны в статье «Что такое PWM».

АЦП: чтение аналогового сигнала

1# ADC: potansiyometre ve Pico'nun dahili sıcaklık sensörü
2# ADC: a potentiometer and the Pico's internal temperature sensor
3from machine import ADC, Pin
4import time
5
6pot = ADC(Pin(26))                           # GP26 = ADC0; ESP32'de ADC(Pin(34)) / ADC(Pin(34)) on ESP32
7yonga = ADC(4)                               # 4. kanal: dahili sıcaklık / channel 4: internal temperature
8
9def ortalama(adc, n=16):                     # gürültüyü azalt / reduce noise
10    toplam = 0
11    for _ in range(n):
12        toplam += adc.read_u16()
13    return toplam // n
14
15while True:
16    ham = ortalama(pot)                      # 0-65535 (12 bit ölçüm 16 bite ölçeklenir) / 12-bit reading scaled to 16 bits
17    volt = ham * 3.3 / 65535
18    v_t = ortalama(yonga) * 3.3 / 65535
19    derece = 27 - (v_t - 0.706) / 0.001721   # RP2040 veri sayfasındaki formül / formula from the RP2040 datasheet
20    print("Pot: {} ({:.2f} V)  Yonga / chip: {:.1f} C".format(ham, volt, derece))
21    time.sleep(1)

read_u16() возвращает значение от 0 до 65 535 на любой плате, поэтому один и тот же код работает на Pico и ESP32. В действительности АЦП Pico 12-битный, а результат масштабируется до 16 бит. У Pico три доступных пользователю аналоговых пина: GP26 (ADC0), GP27 (ADC1) и GP28 (ADC2); четвёртый канал — датчик температуры внутри микросхемы, который измеряет температуру кристалла, а не комнаты. На ESP32 для чтения всего диапазона 0–3,3 V нужен вызов adc.atten(ADC.ATTN_11DB), а пины ADC2 нельзя использовать при включённом Wi-Fi, поэтому выбирай пины ADC1 в диапазоне GPIO 32–39. Усреднение 16 отсчётов в коде заметно уменьшает шум АЦП. Понятия разрешения и опорного напряжения разобраны в статье «Что такое АЦП».

I2C: подключение датчиков и дисплеев

1# I2C: hattı tara ve SSD1306 OLED'e yaz / I2C: scan the bus and write to an SSD1306 OLED
2from machine import Pin, I2C
3import ssd1306                               # önce: mpremote mip install ssd1306 / first: mpremote mip install ssd1306
4
5i2c = I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)   # Pico; ESP32'de I2C(0, sda=Pin(21), scl=Pin(22))
6adresler = i2c.scan()
7print("Bulunan / found:", [hex(a) for a in adresler])   # OLED genelde 0x3c / OLED is usually 0x3c
8
9if 0x3C in adresler:
10    oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
11    oled.fill(0)
12    oled.text("MicroPython", 0, 0)
13    oled.text("I2C: " + hex(adresler[0]), 0, 16)
14    oled.show()

I2C(0, sda=..., scl=...) запускает аппаратный блок I2C на выбранных пинах, а scan() возвращает список адресов всех устройств, ответивших на шине. Если датчик не работает, начни с этого сканирования: пустой список указывает на проблему с подключением, а неожиданный адрес означает, что нужно исправить адрес в коде. На Pico набор пинов для каждого блока I2C фиксирован; например, пары GP0-GP1, GP4-GP5 и GP8-GP9 подходят для I2C0, а выбор неверной пары вызывает ValueError. На ESP32 I2C можно назначить почти на любые пины. Подробности о дисплее — в статье «OLED-дисплей», а о самом протоколе — в статье «Что такое I2C».

main.py и boot.py: код, который выполняется при включении

Когда ты нажимаешь Запустить (Run) в Thonny, код выполняется только в этот момент и не сохраняется на плате; после отключения USB он исчезает. Чтобы код запускался автоматически при каждом включении платы, нужно сохранить файл на плате под именем main.py. При запуске сначала выполняется boot.py, затем main.py. Файл boot.py предназначен для разовой подготовки, например подключения к Wi-Fi или настройки часов; прошивка ESP32 создаёт его автоматически, а на Pico его обычно нет. Сама программа всегда находится в main.py. Функции из других твоих файлов можно подключить в main.py через import, а показания сохранять в файловую систему платы через open().

1# main.py: kart her açıldığında otomatik çalışır / runs automatically every time the board starts
2import time
3from machine import Pin
4
5time.sleep(3)                                # Ctrl+C ile durdurmak için güvenlik payı / a safety window for Ctrl+C
6led = Pin("LED", Pin.OUT)
7sayac = 0
8
9try:
10    while True:
11        sayac += 1
12        led.value(sayac % 2)
13        print("Calisiyor / running", sayac)
14        time.sleep(1)
15except KeyboardInterrupt:                    # Thonny'de Stop ya da Ctrl+C / Stop in Thonny or Ctrl+C
16    led.value(0)
17    print("Durduruldu / stopped")

Загрузка файлов: Thonny и mpremote

Для первых шагов проще всего использовать Thonny: напиши код, выбери Файл › Сохранить как… (File › Save as), в открывшемся окне укажи Raspberry Pi Pico или Устройство MicroPython (MicroPython device) и назови файл main.py. Открой Вид › Файлы (View › Files), чтобы увидеть рядом файлы компьютера и платы; копировать их между устройствами можно через меню правой кнопки мыши. Для тех, кто предпочитает командную строку и редактор вроде VS Code, есть официальная утилита mpremote; установи её командой pip install mpremote, и она автоматически подключится к первой найденной плате с MicroPython.

Добавление библиотек: mip

В MicroPython нет pip; вместо него используется небольшой менеджер пакетов mip. На плате с доступом в интернет, например Pico W или ESP32, сначала подключись к Wi-Fi, затем введи в REPL import mip и mip.install("ssd1306"); пакет загрузится из официального репозитория micropython-lib и попадёт в папку /lib на плате. Драйвер с GitHub тоже можно установить командой mip.install("github:user/repo"). Для Pico без Wi-Fi выполни ту же задачу с компьютера командой mpremote mip install или через меню Thonny Инструменты › Управление пакетами (Tools › Manage packages). Можно и просто скопировать на плату драйвер из одного файла (например, файл .py для датчика); если файл находится в корневой папке или в /lib, его можно загрузить через import. Шаги подключения к Wi-Fi описаны в статье «Wi-Fi на Pico W».

MicroPython или Arduino C++?

На практике выбор зависит от проекта. Чтение датчика и отправка данных по Wi-Fi, обслуживание веб-страницы или управление дисплеем требуют меньше строк и быстрее реализуются на MicroPython. Если нужно генерировать сигналы с микросекундной точностью, очень быстро обновлять сотни светодиодов или использовать только небольшую плату вроде Uno, преимущество у C++. Медленную функцию можно ускорить декоратором @micropython.native, а паузы сборщика мусора сократить, если не создавать новые списки и строки внутри циклов. О выборе платы также читай в статье «Arduino или ESP32».

Частые ошибки и их решения

Если Python тебе уже знаком, MicroPython — кратчайший путь в мир микроконтроллеров: результат проверки пина в REPL виден мгновенно, а для чтения датчика и подключения к Wi-Fi хватает нескольких строк. После освоения основных модулей, принципа main.py и отсчёта времени без блокировки через ticks_ms твои проекты быстро становятся сложнее. В приложении BlueGrays ты найдёшь проекты для Raspberry Pi Pico со светодиодами, светофором, кнопками и PWM, с пошаговыми схемами подключения и кодом MicroPython.