MicroPython的系統結構
MicroPython系統的經典結構由三部分組成，分別是微控制器硬件、MicroPython固件、用戶程序。
MicroPython支持的其它類型開發板，需要自己編譯源代碼，產生固件，並將固件下載到微控制器中才能運行MicroPython。（此內容我們后面會講解到，千萬別好高騖遠！）
MicroPython連接電腦
STM32微控制器的pyboard系列的開發板，通常都是帶有原生USB 功能的開發板，在通過USB連接計算機后，默認情況下會出現兩個設備：
- 虛擬磁盤（MSD）
- 虛擬串口（USB Comm Port)
Windows系統的設備管理器中顯示的pyboard設備
虛擬磁盤設備可自動被系統識別出來，就想普通的U盤一樣，無論是Windows、Linux、MacOS，都會識別出一個可移動磁盤設備。如圖虛擬磁盤和串口顯示了Windows系統的設備管理器中發現的uPy microSD Flash USB Device磁盤設備。（如圖：虛擬磁盤里面默認的四個文件）
pyboard虛擬磁盤
如圖虛擬磁盤的卷標是“PYBFLASH”，里面默認有4個文件。這個虛擬磁盤可以像普通的U盤一樣使用，能夠復制文件，存放程序和數據。我們可以將編寫好的 Python 程序直接復制運行，系統復位后默認從 boot.py 加載基本參數，然后從main.py開始運行。（如圖：虛擬磁盤里面默認的四個文件）
pyboardUSB串口
正常情況下，串口識別出來后系統會多出一個pyboard USB Comm Port設備，具體的串口號與計算機已安裝的其他設備有關。（如圖：虛擬磁盤和串口）
虛擬磁盤里面pybcdc.inf文件有什么作用？
在Windows10、Linux、MacOS操作系統上（包括32位和64位操作系統），虛擬串口會自動識別，無須安裝額外的驅動。但是在Win10以下的系統中，虛擬串口需要安裝一個設備驅動文件才能被正確識別和使用。MicroPython的作者使用了一個非常巧妙的方法，將這個驅動文件放在了自帶的虛擬磁盤中（文件名是pybcdc.inf），這樣不用到網上下載就能直接安裝了，非常方便。（如圖：虛擬磁盤里面默認的四個文件）
注：什么是原生USB功能？
串口是指利用串行方式傳輸數據的接口，它是一大類接口，USB接口、RS232接口、網線RJ45接口、RS485接口、SATA接口等等都屬於串口。各種串口之間的通訊協議、接口電平等並不完全相同，因此有一種串口得到另一種串口時需要轉換。一般來說，串口默認是指RS232接口，所謂的USB轉串口實際上就是USB轉RS232裝置。USB接口隸屬於串口。而所謂原生，指的是芯片自身提供的接口。
虛擬磁盤和串口：
虛擬磁盤：
虛擬磁盤里面默認的四個文件：
調試工具
MicroPython和PC的標准連接是通過USB接口，使用虛擬磁盤和虛擬串口（VCP）方式。其中虛擬串口（在pyboard和STM32上可以同時使用USB虛擬串口和物理串口兩種方式）是調試中最常用的方式，無須頻繁復制文件避免造成Flash的損耗。
USB虛擬串口通信是USB設備使用CDC類在主機上虛擬出一個串口來。在主機上使用完全和標准串口一樣。CDC類定義的是設備上下文對象的類。（了解一下就行，不必深究）
REPL人機交互
在MicroPython上我們使用串口終端軟件和MicroPython的REPL進行交互，發送命令。通過串口終端軟件，我們可以方便地在 REPL（Read Evaluate Print Loop）中輸入代碼，運行和調試程序，打印結果。
Putty串口終端軟件
怎樣打開REPL人機交互界面？ 可以使用Putty串口終端軟件打開
其它常用的終端軟件有：
Windows ● 超級終端（WinXP，可以在Win7/Win10下使用） ● putty ● kitty ● SecureCRT ● MobaXterm Linux ● putty ● screen ● picocom ● minicom MacOS ● screen
MicroPython已經移植到了很多硬件平台上，有很多不同的移植版本。但是無論哪種MicroPython的移植版本，對於串口參數的設置都是一樣的：
特別要注意流量控制（Flow Control）參數，很多軟件默認使用硬件方式或者Xon/Xoff，在使用MicroPython時需要改為None，否則在有的終端軟件中將無法輸入數據。
putty串口終端軟件：
注：
● REPL可以和虛擬串口或者標准串口通信，它們的串口參數是一樣的。
● 在一些操作系統中，虛擬串口的波特率可以隨便設置，效果和設置為115200的相同。因為虛擬串口沒有真正的物理串口信號，是通過驅動程序轉換USB的數據。
● 極少數的 MicroPython 移植版因為硬件限制使用了不同的波特率，如Ameba RTL8915A開發板使用波特率為38400。
USB串口 = 虛擬串口 + 物理串口
上面我們有提到的虛擬串口和物理串口，其實就是USB串口，我們后面就直接叫做USB串口。我們不管它是虛擬串口還是物理串口，只要知道它就是一個USB串口，功能是通訊和數據傳輸，需要設置波特率和串口號就行，具體細分時再考慮虛擬串口和物理串口的區別，省的自己稀里糊塗。
打開REPL人機交互界面
在Putty里面按圖（putty串口終端軟件）設置好波特率和串口的端口號，然后回車就會進入REPL人機交互界面：（你可以按ctrl + c 或 ctrl + b測試是否連接上pyboard,連接上了就會有一串英文字符出現)
成功連接：
MicroPython v1.11 on 2019-05-29; PYBv1.1 with STM32F405RG Type "help()" for more information.
MicroPython的REPL（read-evaluate-print-loop)
REPL是Read-Evaluate-Print Loop（讀取-計算-輸出循環）的縮寫。很多編程語言都帶有REPL（名稱可能不完全相同），它像是一個小型的Shell，可以方便地在解釋器（內核）和命令之間交互，可以方便輸入各種命令，觀察運行狀態，因此在程序調試的時候能夠起到非常大的作用。
Python語言的REPL功能非常強大，MicroPython雖然是一個微型的Python，但是它的REPL功能同樣強大，通過REPL交互環境，我們可以訪問pyboard，輸入程序，測試代碼，查找問題，查看幫助，查看磁盤文件……因為MicroPython是面向嵌入式應用的，所以MicroPython的REPL與Python的標准REPL相比，還有一些差異，快捷鍵不同，還提供了額外的功能和用法，如果熟練掌握這些功能就可以幫助我們更好地使用MicroPython。
快捷鍵的好處：在 REPL 提供了不少快捷鍵，使用這些快捷鍵可以有效減少按鍵的次數，提高代碼輸入效率。
REPL的快捷鍵：
使用help()函數
在Python中可以使用help（）函數查看簡單的幫助，在MicroPython中同樣支持help（）函數。在REPL下直接輸入help（），可以顯示基本的幫助界面，內容是pyboard基本函數和REPL用法，可以幫助我們了解基本的命令和函數。
>>> help() Welcome to MicroPython! For online help please visit http://micropython.org/help/. Quick overview of commands for the board: pyb.info() -- print some general information pyb.delay(n) -- wait for n milliseconds pyb.millis() -- get number of milliseconds since hard reset pyb.Switch() -- create a switch object Switch methods: (), callback(f) pyb.LED(n) -- create an LED object for LED n (n=1,2,3,4) LED methods: on(), off(), toggle(), intensity(<n>) pyb.Pin(pin) -- get a pin, eg pyb.Pin('X1') pyb.Pin(pin, m, [p]) -- get a pin and configure it for IO mode m, pull mode p Pin methods: init(..), value([v]), high(), low() pyb.ExtInt(pin, m, p, callback) -- create an external interrupt object pyb.ADC(pin) -- make an analog object from a pin ADC methods: read(), read_timed(buf, freq) pyb.DAC(port) -- make a DAC object DAC methods: triangle(freq), write(n), write_timed(buf, freq) pyb.RTC() -- make an RTC object; methods: datetime([val]) pyb.rng() -- get a 30-bit hardware random number pyb.Servo(n) -- create Servo object for servo n (n=1,2,3,4) Servo methods: calibration(..), angle([x, [t]]), speed([x, [t]]) pyb.Accel() -- create an Accelerometer object Accelerometer methods: x(), y(), z(), tilt(), filtered_xyz() Pins are numbered X1-X12, X17-X22, Y1-Y12, or by their MCU name Pin IO modes are: pyb.Pin.IN, pyb.Pin.OUT_PP, pyb.Pin.OUT_OD Pin pull modes are: pyb.Pin.PULL_NONE, pyb.Pin.PULL_UP, pyb.Pin.PULL_DOWN Additional serial bus objects: pyb.I2C(n), pyb.SPI(n), pyb.UART(n) Control commands: CTRL-A -- on a blank line, enter raw REPL mode CTRL-B -- on a blank line, enter normal REPL mode CTRL-C -- interrupt a running program CTRL-D -- on a blank line, do a soft reset of the board CTRL-E -- on a blank line, enter paste mode For further help on a specific object, type help(obj) For a list of available modules, type help('modules') >>>
可以通過 help（模塊名或函數名）查看更詳細的幫助，如查看 pyb 模塊的詳細幫助：
>>> help(pyb) object <module 'pyb'> is of type module __name__ -- pyb fault_debug -- <function> bootloader -- <function> hard_reset -- <function> info -- <function> unique_id -- <function> freq -- <function> repl_info -- <function> wfi -- <function> disable_irq -- <function> enable_irq -- <function> stop -- <function> standby -- <function> main -- <function> repl_uart -- <function> usb_mode -- <function> hid_mouse -- (1, 2, 4, 8, b'\x05\x01\t\x02\xa1\x01\t\x01\xa1\x00\x05\t\x19\x01)\x03\x15\x00%\x01\x95\x03u\x01\x81\x02\x95\x01u\x05\x81\x01\x05\x01\t0\t1\t8\x15\x81%\x7fu\x08\x95\x03\x81\x06\xc0\t<\x05\xff\t\x01\x15\x00%\x01u\x01\x95\x02\xb1"u\x06\x95\x01\xb1\x01\xc0') hid_keyboard -- (1, 1, 8, 8, b'\x05\x01\t\x06\xa1\x01\x05\x07\x19\xe0)\xe7\x15\x00%\x01u\x01\x95\x08\x81\x02\x95\x01u\x08\x81\x01\x95\x05u\x01\x05\x08\x19\x01)\x05\x91\x02\x95\x01u\x03\x91\x01\x95\x06u\x08\x15\x00%e\x05\x07\x19\x00)e\x81\x00\xc0') USB_VCP -- <class 'USB_VCP'> USB_HID -- <class 'USB_HID'> have_cdc -- <function> hid -- <function> millis -- <function> elapsed_millis -- <function> micros -- <function> elapsed_micros -- <function> delay -- <function> udelay -- <function> sync -- <function> mount -- <function> dht_readinto -- <function> Timer -- <class 'Timer'> rng -- <function> RTC -- <class 'RTC'> Pin -- <class 'Pin'> ExtInt -- <class 'ExtInt'> pwm -- <function> servo -- <function> Servo -- <class 'Servo'> Switch -- <class 'Switch'> Flash -- <class 'Flash'> SD -- <SDCard> SDCard -- <class 'SDCard'> LED -- <class 'LED'> I2C -- <class 'I2C'> SPI -- <class 'SPI'> UART -- <class 'UART'> CAN -- <class 'CAN'> ADC -- <class 'ADC'> ADCAll -- <class 'ADCAll'> DAC -- <class 'DAC'> Accel -- <class 'Accel'> LCD -- <class 'LCD'>
還可以進一步查看pyb內部模塊的幫助：
>>> help(pyb.Pin) object <class 'Pin'> is of type type init -- <function> value -- <function> off -- <function> on -- <function> irq -- <function> low -- <function> high -- <function> name -- <function> names -- <function> af_list -- <function> port -- <function> pin -- <function> gpio -- <function> mode -- <function> pull -- <function> af -- <function> mapper -- <classmethod> dict -- <classmethod> debug -- <classmethod> board -- <class 'board'> cpu -- <class 'cpu'> IN -- 0 OUT -- 1 OPEN_DRAIN -- 17 ALT -- 2 ALT_OPEN_DRAIN -- 18 ANALOG -- 3 PULL_UP -- 1 PULL_DOWN -- 2 IRQ_RISING -- 269549568 IRQ_FALLING -- 270598144 OUT_PP -- 1 OUT_OD -- 17 AF_PP -- 2 AF_OD -- 18 PULL_NONE -- 0 AF1_TIM1 -- 1 AF1_TIM2 -- 1 AF2_TIM3 -- 2 AF2_TIM4 -- 2 AF2_TIM5 -- 2 AF3_TIM10 -- 3 AF3_TIM11 -- 3 AF3_TIM8 -- 3 AF3_TIM9 -- 3 AF4_I2C1 -- 4 AF4_I2C2 -- 4 AF5_SPI1 -- 5 AF5_SPI2 -- 5 AF7_USART1 -- 7 AF7_USART2 -- 7 AF7_USART3 -- 7 AF8_UART4 -- 8 AF8_USART6 -- 8 AF9_CAN1 -- 9 AF9_CAN2 -- 9 AF9_TIM12 -- 9 AF9_TIM13 -- 9 AF9_TIM14 -- 9
甚至可以一級一級深入查看，如：
>>> help(pyb.Pin.board) object <class 'board'> is of type type X1 -- Pin(Pin.cpu.A0, mode=Pin.OUT) X2 -- Pin(Pin.cpu.A1, mode=Pin.OUT) X3 -- Pin(Pin.cpu.A2, mode=Pin.IN) X4 -- Pin(Pin.cpu.A3, mode=Pin.IN) X5 -- Pin(Pin.cpu.A4, mode=Pin.IN) X6 -- Pin(Pin.cpu.A5, mode=Pin.IN) X7 -- Pin(Pin.cpu.A6, mode=Pin.IN) X8 -- Pin(Pin.cpu.A7, mode=Pin.IN) X9 -- Pin(Pin.cpu.B6, mode=Pin.OUT) X10 -- Pin(Pin.cpu.B7, mode=Pin.IN) X11 -- Pin(Pin.cpu.C4, mode=Pin.IN) X12 -- Pin(Pin.cpu.C5, mode=Pin.IN) X17 -- Pin(Pin.cpu.B3, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP) X18 -- Pin(Pin.cpu.C13, mode=Pin.IN) X19 -- Pin(Pin.cpu.C0, mode=Pin.IN) X20 -- Pin(Pin.cpu.C1, mode=Pin.IN) X21 -- Pin(Pin.cpu.C2, mode=Pin.IN) X22 -- Pin(Pin.cpu.C3, mode=Pin.IN) Y1 -- Pin(Pin.cpu.C6, mode=Pin.OUT) Y2 -- Pin(Pin.cpu.C7, mode=Pin.OUT) Y3 -- Pin(Pin.cpu.B8, mode=Pin.IN) Y4 -- Pin(Pin.cpu.B9, mode=Pin.IN) Y5 -- Pin(Pin.cpu.B12, mode=Pin.IN) Y6 -- Pin(Pin.cpu.B13, mode=Pin.IN) Y7 -- Pin(Pin.cpu.B14, mode=Pin.IN) Y8 -- Pin(Pin.cpu.B15, mode=Pin.IN) Y9 -- Pin(Pin.cpu.B10, mode=Pin.IN) Y10 -- Pin(Pin.cpu.B11, mode=Pin.IN) Y11 -- Pin(Pin.cpu.B0, mode=Pin.IN) Y12 -- Pin(Pin.cpu.B1, mode=Pin.IN) SW -- Pin(Pin.cpu.B3, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP) LED_RED -- Pin(Pin.cpu.A13, mode=Pin.OUT) LED_GREEN -- Pin(Pin.cpu.A14, mode=Pin.OUT) LED_YELLOW -- Pin(Pin.cpu.A15, mode=Pin.OUT) LED_BLUE -- Pin(Pin.cpu.B4, mode=Pin.OUT) MMA_INT -- Pin(Pin.cpu.B2, mode=Pin.IN) MMA_AVDD -- Pin(Pin.cpu.B5, mode=Pin.OUT) SD_D0 -- Pin(Pin.cpu.C8, mode=Pin.ALT, pull=Pin.PULL_UP, af=12) SD_D1 -- Pin(Pin.cpu.C9, mode=Pin.ALT, pull=Pin.PULL_UP, af=12) SD_D2 -- Pin(Pin.cpu.C10, mode=Pin.ALT, pull=Pin.PULL_UP, af=12) SD_D3 -- Pin(Pin.cpu.C11, mode=Pin.ALT, pull=Pin.PULL_UP, af=12) SD_CMD -- Pin(Pin.cpu.D2, mode=Pin.ALT, pull=Pin.PULL_UP, af=12) SD_CK -- Pin(Pin.cpu.C12, mode=Pin.ALT, pull=Pin.PULL_UP, af=12) SD -- Pin(Pin.cpu.A8, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP) SD_SW -- Pin(Pin.cpu.A8, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP) USB_VBUS -- Pin(Pin.cpu.A9, mode=Pin.IN) USB_ID -- Pin(Pin.cpu.A10, mode=Pin.ALT_OPEN_DRAIN, pull=Pin.PULL_UP, af=10) USB_DM -- Pin(Pin.cpu.A11, mode=Pin.ALT, af=10) USB_DP -- Pin(Pin.cpu.A12, mode=Pin.ALT, af=10) >>>
如果能夠靈活使用help（）函數，就可以查看大部分函數的基本用法和很多常量定義，甚至不需要看手冊就能知道用法。
查看模塊包含的變量和函數--dir()
有時候，我們需要了解一個模塊內部有哪些變量和函數，在Python中是通過dir（）函數查看，在MicroPython中同樣也支持dir（）。使用dir（），可以快速查看系統當前已經導入了哪些模塊和變量：
>>> import pyb >>> import math >>> import os >>> dir() ['os', 'start1', 'run', 'x1', '__name__', 'Pin', 'flag', 'Timer', 'x2', 'Echo', 'start', 'y1', 'left', 'back', 'y2', 'num', 'math', 'stop', 'Trig', 'stop1', 'pyb', 'go', 'right', 'machine'] >>>
善用help（）和dir（）函數，可以在調試和輸入代碼時，幫助我們查看內部的變量和函數名稱，了解模塊的功能和用法。
硬件平台之Pyboard
通常情況下，pyboard指的是MicroPython官方設計的開發板，如PYB V1.0 （也可寫為PVB V10）、PYBV1.1（也可寫為PVB V11）、PYBV3、PYBV4、PYB Lite 等。這些開發板的硬件和外形結構類似，功能差別也很小，主要差別在於是否帶有加速度傳感器、LED的數量、PCB的布局等。
但是因為 MicroPython 已經移植到了很多其他 STM32 開發板上（如STM32F4系列Nucleo開發板、STM32F4系列Discovery開發板），並且在這些STM32的開發板運行MicroPython時，基本功能和用法都類似，所以我們也可以把這些開發板稱為pyboard。
那如何查看板子的型號：在REPL里面按ctrl + b（如果按不出來就先按ctrl + c 停止當前板子程序運行，特別是程序里面存在while循環時）就會顯示你板子的型號引腳芯片的型號。
>>> MicroPython v1.11 on 2019-05-29; PYBv1.0 with STM32F405RG Type "help()" for more information. >>>
我這個板子的型號是PYBv1.0，芯片是STM32F405RG。
官方的 pyboard（PYBv1x 系列）使用了 64 腳 LQFP64 封裝的高性能STM32F405RGT6微控制器，它的主要特點有：
● 1MB Flash和196KB SRAM ● 168MHz主頻 ● RTC實時時鍾 ● 51個通用GPIO ● 17個定時器 ● 多路PWM輸出 ● 16路ADC輸入 ● 2路DAC輸出 ● 3個I2C接口 ● 4個UART接口 ● 3個SPI接口 ● 一個USB2.0全速接口 ● 2個CAN接口 ● SDIO接口 ● 硬件隨機數發生器 ● 唯一ID號 ● 1.8～3.6V工作電壓 pyboard的主要功能： ● 一個復位按鍵 ● 一個用戶按鍵 ● 4個不同顏色的LED（其中兩個帶有亮度調節功能） ● MMA7660C三軸加速度傳感器 ● microSD插座
除了 MicroPython 軟件是開源的，pyboard 的硬件同樣也是開源的。在github相關資料：https://github.com/RT-Thread-packages/micropython
原理圖：https://micropython.org/resources/PYBv11.pdf
PYB V10使用了PA13、PA14、PA15、PB4四個GPIO控制LED，每個LED的顏色都不同。其中PA15也是TIM2_CH1，PB4是TM3_CH1，所以這兩個GPIO支持PMW功能，可以通過調整PWM輸出占空比改變LED的亮度。另外兩個LED不支持亮度調節功能。
MCU
LED（1-4）
三軸加速器
SD存儲卡
Power電源分配
引出的I/0口端子
用戶按鍵SW2使用PB3，通過內部上拉電阻連接到VCC，按下SW2時PB3輸入低電平。不過因為PB3上沒有電容去抖（可以自己增加一個0.1μF的電容），所以在按鍵時容易出現抖動問題。
加速度傳感器MMA7660連接到MCU的I2C1上，傳感器的中斷輸出連接PB2，傳感器的模擬電源通過 PB5 提供（這是因為傳感器的功耗很低，需要的電流很小）。這樣就可以通過PB5控制傳感器是否工作了。
microSD連接到MCU的SDIO接口上，因此PYB V10訪問SD卡的速度並不慢，比通過SPI方式快很多，而PA8用於檢測SD卡是否插入。
系統主時鍾由 8MHz 的外部無源振盪器提供，也可以使用其他頻率的時鍾（4-26MHz），但是頻率必須是整數倍，這樣才能支持USB功能。而32kHz晶體為系統提供RTC時鍾信號。
PYB V10的四周是用於擴展的接口，使用了2.54mm的標准間距，可以焊接排針或者排母。官方開發板上使用的是排母，可以連接液晶、蜂鳴器、觸摸按鍵等專用擴展板。不過焊接排針更適合使用杜邦線連接到各種傳感器。
編譯器：uPyCraft IDE （Windows）
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