從Python到MicroPython如何轉變
原创 Python教程
隨著物聯網（IoT）的快速發展，越來越多的開發者開始涉足嵌入式系統程式設計。而對於習慣使用 Python 的開發者來說，MicroPython 是一個理想的過渡工具。
MicroPython 是一種專為微控制器等資源受限裝置設計的精簡版 Python，它不僅繼承了 Python 的簡潔和高效，還適配了硬體資源的約束。本文將介紹如何從 Python 轉向 MicroPython，幫助你快速上手嵌入式開發。
什麼是 MicroPython？
簡單來說，MicroPython 是 Python 3 的精簡版。它被專門設計用來運行在微控制器和其他嵌入式設備上，例如 ESP8266、ESP32 和 Raspberry Pi Pico 等。
MicroPython 保留了 Python 語言的大部分核心功能，因此對於 Python 開發者來說，轉向 MicroPython 不會感到太多陌生。然而，由於嵌入式設備的硬體限制，MicroPython 在記憶體、儲存空間以及處理能力上進行了最佳化，因此在效能和功能上與標準 Python 之間存在一些差異。
MicroPython 與 Python 的主要區別
儘管 MicroPython 與 Python 非常相似，但兩者在開發環境、效能以及函式庫的支援上存在一些顯著差異。在轉向 MicroPython 之前，理解這些差異是至關重要的。
庫支持的差異
Python 擁有大量的標準函式庫和第三方函式庫，開發者可以輕鬆導入和使用。而 MicroPython 由於硬體資源的限制，只保留了一部分核心函式庫，第三方函式庫的支援也相對有限。因此，當你將 Python 程式碼遷移到 MicroPython 時，首先要檢查是否所依賴的函式庫可以在 MicroPython 上運行。
效能與資源限制
MicroPython 運行在資源受限的裝置上，這些裝置的記憶體、處理能力和儲存空間都相對有限。你不能像在 Python 中那樣隨意使用大量的記憶體或高負載的處理操作。
例如，像是複雜的資料結構或耗費資源的演算法，可能會導致設備運作不穩定，甚至崩潰。因此，在編寫 MicroPython 程式碼時，需要更加精簡和高效，合理控制硬體資源的消耗。
沒有完整的作業系統
MicroPython 運行在沒有作業系統或僅具備非常基本功能的裝置上。例如，ESP32 或 Raspberry Pi Pico 沒有檔案系統、處理程序管理等特性。這意味著你不能直接使用 Python 中的檔案操作、並發處理等進階功能，需要針對特定裝置的硬體環境進行程式設計。
從 Python 到 MicroPython 的遷移
儘管有這些限制，MicroPython 的語法仍然保持了 Python 的簡潔性。對於常見的操作，例如控制 LED 燈、感測器資料讀取等，MicroPython 提供了直覺的程式庫和 API，易於上手。
控制 LED 燈
一個常見的例子是在 ESP32 開發板上控制 LED 燈的開關。以下是使用 MicroPython 控制 GPIO 引腳點亮和熄滅 LED 燈的程式碼：
from machine import Pin
import time
led = Pin(2, Pin.OUT) # 初始化 GPIO 2 引脚为输出模式
while True:
led.on() # 点亮
LED time.sleep(1)
led.off() # 关闭 LED
time.sleep(1)
這段程式碼展示如何透過 MicroPython 控制硬體設備。在這個過程中，我們直接與硬體的 GPIO 引腳交互，這種操作在標準 Python 中是無法實現的。讀取溫濕度感測器
對於更複雜的應用場景，例如讀取感測器數據，MicroPython 也提供了相應的庫支援。以下是一個讀取 DHT11 溫濕度感測器資料的範例：
這個例子展示如何透過 MicroPython 與外部感測器互動。透過簡單的程式碼，就可以實現對溫度和濕度的即時監控。
建置 MicroPython 開發環境
要使用 MicroPython 開發嵌入式項目，首先需要在你的裝置上刷寫 MicroPython 韌體。以 ESP8266 為例，韌體安裝的步驟如下：
下載韌體：造訪 MicroPython 官方網站，下載適用於你裝置的韌體。刷寫韌體：使用 esptool.py 工具將韌體寫入設備中。命令如下：
esptool.py –port /dev/ttyUSB0 erase_flash
esptool.py –port /dev/ttyUSB0 –baud 460800 write_flash –flash_size=detect 0 esp8266-20220117-v1.18.bin
完成韌體刷寫後，你可以選擇開發工具來編寫和調試程式碼。建議使用 VS Code 或 Thonny，兩者都支援與 MicroPython 裝置的連線。 VS Code 透過 Pymakr 外掛程式可以直接與開發板交互，而 Thonny 作為一個簡單易用的 IDE，非常適合初學者。
網路程式設計
在物聯網開發中，網路功能是不可或缺的，MicroPython 支援基礎的網路操作，例如透過 Wi-Fi 進行聯網。以下是一個在 ESP32 上連接 Wi-Fi 的範例：
透過 network 函式庫，MicroPython 可以很方便地管理 Wi-Fi 連接，並取得裝置的網路配置。
偵錯與最佳化
在嵌入式設備上進行開發，調試和優化顯得尤為重要。由於資源受限，開發者需要特別注意程式碼的效率。例如，在循環中盡量減少不必要的計算，並避免佔用大量記憶體的資料結構。此外，串行監視器是調試 MicroPython 程式碼的常用工具，能幫助你查看裝置的即時輸出，快速定位問題。
總結
從 Python 轉向 MicroPython 雖然涉及一些新的程式模式和硬體知識，但它為開發者開啟了一個全新的嵌入式程式設計世界。透過熟悉 MicroPython 的開發環境、硬體控制方法以及網路功能，您可以輕鬆開始物聯網開發之旅。
在資源受限的裝置上，MicroPython 依然保持了 Python 的簡潔性，讓熟悉 Python 的開發者可以快速上手並建立高效的嵌入式應用。
Comments
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