做為IT人的你 趁年輕學(xué)點(diǎn)Python吧

曾幾何時(shí)，流行過(guò)這么一句話：再不瘋狂我們就老了!這是青春的再召喚，還是獻(xiàn)給青春的挽歌，個(gè)中滋味，也許只有內(nèi)心自知!

在AI蓬勃發(fā)展的今天，IT巨頭都在悄悄布局，做為IT人的你，是否也準(zhǔn)備好了?雖說(shuō)Python不是進(jìn)入AI領(lǐng)域的最佳編程語(yǔ)言，但毫無(wú)疑問(wèn)，Python是進(jìn)入其中并探索AI奧秘非常流行的編程語(yǔ)言。所以，趁著還年青，無(wú)論是心理還是身理，亦或是職業(yè)生涯的青春期，學(xué)點(diǎn)Python吧!

Adafruit推出的Metro M0 Express開(kāi)發(fā)板，集MCU開(kāi)發(fā)與Python一體，確實(shí)是入門(mén)Python的極佳開(kāi)發(fā)板。純Python學(xué)習(xí)，不免枯燥，如果還能在開(kāi)發(fā)板上點(diǎn)個(gè)燈，是不是會(huì)更好一點(diǎn)!(話外音：還是枯燥!)

除了Python，還可以使用Arduino來(lái)開(kāi)發(fā)、測(cè)試，也算是一專(zhuān)多能了。

先看板，再點(diǎn)燈，此乃學(xué)習(xí)電子的不二法門(mén)(個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，切勿模仿)。

初看，這貨不是Arduino板么?其實(shí)不是滴，雖具其形，但內(nèi)心更強(qiáng)大。Metro M0 Express擁有一顆 ATSAMD21G18芯，相比ATmeg328來(lái)說(shuō)，在主頻及存儲(chǔ)方面都有極大的提升。引腳全面兼容Arduino UNO。

供電方面，新增了7V~9V DC供電接口，DC Jack規(guī)格為5.5/2.1mm，極性內(nèi)正外負(fù)，旁邊還有一個(gè)物理開(kāi)關(guān)，手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)斷電源。

與Arduino不同的是，GPIO接口不再使用過(guò)孔，而是使用貼片式，開(kāi)發(fā)板背面整體一塊，配合Metro Express的大大Logo，更顯大氣。

硬件配置方面，MCU型號(hào)為ADSAMD21G18，最高運(yùn)行主頻為48MHz，3.3V工作電壓。存儲(chǔ)組合則為256KB的Flash存儲(chǔ)加32KB的SRAM;另外還板載了一片4MB的SPI存儲(chǔ)，進(jìn)一步擴(kuò)充了存儲(chǔ)需求。 Metro Express的主要特性如下：

? ATSAMD21G18核心，最高運(yùn)行主頻為48MHz

? 256KB/32KB的存儲(chǔ)組合

? 2MB SPI Flash存儲(chǔ)擴(kuò)展

? 32.768KHz晶振

? 3.3V電壓調(diào)節(jié)器，最大支持500mA電流

? 原生USB支持，不再需要FTDI轉(zhuǎn)串口支持

? 硬件串口/I2C/SPI支持

? PWM輸出

? 25個(gè)GPIO，工作電壓為3.3V

? SWD調(diào)試接口

? 電源開(kāi)關(guān)

值得指出的是，25個(gè)GPIO可除了可以復(fù)用做數(shù)字/模擬引腳外，其中還包括了一個(gè)真正的模塊輸出引腳A0。另外原生的USB支持，免去了類(lèi)似FTDI之類(lèi)的轉(zhuǎn)換芯片，USB接口除了可以充當(dāng)串口通訊設(shè)備外，還可以連接鍵盤(pán)、鼠標(biāo)及MIDI設(shè)備。

另外在開(kāi)發(fā)板上也集成了一個(gè)SWD調(diào)試接口，只是不知道在Arduino環(huán)境里如何使用它?

先不管這些了!上個(gè)電看看。

使用MicroUSB轉(zhuǎn)換線連接開(kāi)發(fā)板的USB口與PC連接，測(cè)試用的PC上安裝的是Windows 10系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)發(fā)板與PC連接后，通過(guò)USB給開(kāi)發(fā)板供電。上電后開(kāi)發(fā)板的三色LED燈循環(huán)變換顯示顏色，另外指示串口通信的TX指示燈開(kāi)始閃爍。

Windows 10自動(dòng)檢測(cè)到串口設(shè)備并安裝了正確的驅(qū)動(dòng)程序，如下

另外PC上會(huì)多出一個(gè)大容量存儲(chǔ)磁盤(pán)，其中包含了PYTHON啟動(dòng)代碼及相關(guān)的資源，如下

其中main.py里面包含了相關(guān)的功能代碼。在串口的輸出如下

這個(gè)默認(rèn)的程序有點(diǎn)復(fù)雜，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，咱們來(lái)嘗試寫(xiě)個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)燈程序，也算是第一個(gè)hello world程序。

我們知道在PC上寫(xiě)Python程序，有很多的IDE可供選擇。那么在為MCU寫(xiě)代碼時(shí)，有什么好的IDE可供選擇呢?Adafruit官方推薦使用Mu來(lái)作為Metro M0 Express的IDE。從官網(wǎng)下載并安裝Mu程序，啟動(dòng)后畫(huà)面如下

界面比較樸素，沒(méi)有什么噱頭!不過(guò)這個(gè)IDE提供了一個(gè)REPL控制臺(tái)，這是個(gè)很實(shí)用的程序。當(dāng)然你也許會(huì)想，用VSCode行不?用Spyder行不?當(dāng)然也行，不過(guò)我們知道Python程序都提供了一個(gè)REPL環(huán)境供用戶獲取幫助或?qū)嶒?yàn)簡(jiǎn)單的代碼，這個(gè)時(shí)候這些IDE就沒(méi)有用了，因?yàn)檫@些IDE都是基于PC端的Python解釋器!

先寫(xiě)一段簡(jiǎn)單的Python代碼，與MCU無(wú)關(guān)，純粹是驗(yàn)證Python解釋器。

代碼如下

import time

s = 0

for i in range(10):

print(i)

time.sleep(1)

print('s = {}'.format(s))

將代碼保存為sum.py，如下

Mu聰明的地方在于它能將代碼保存到開(kāi)發(fā)板映射到PC的磁盤(pán)上，將文件命名為sum.py并保存。然后看串口中是否有輸出。然而并沒(méi)有，仍然是main.py程序的輸出!

原來(lái)，CircuitPython在處理程序的執(zhí)行時(shí)，會(huì)遵循一定的規(guī)則。CircuitPython會(huì)在磁盤(pán)上依次查找code.txt, code.py, main.txt及main.py，找到并執(zhí)行第一個(gè)程序。咱們將上述代碼保存為sum.py，根本不是上述文件之列，所以剛創(chuàng)建的文件根本就不會(huì)運(yùn)行!

明白了這一點(diǎn)，就好辦了。只需要將sum.py更名為code.py就可以了，試試!

更名后的代碼文件即時(shí)生效了，如下

可以看到咱們期望的結(jié)果了。

不止如此，提示還給出了一些有用的信息，比如"Auto-reload is on"這句話告訴我們，代碼文件修改并保存后會(huì)即時(shí)生效，同時(shí)我們也看到了code.py執(zhí)行會(huì)優(yōu)先于main.py。

最后一個(gè)有趣的地方在于，當(dāng)code.py執(zhí)行完畢后，我們可以按任意鍵進(jìn)入REPL環(huán)境，如下

確實(shí)很好很強(qiáng)大!

不過(guò)我們前面提到Mu這個(gè)IDE時(shí)也說(shuō)了，Mu本身就提供了一個(gè)REPL環(huán)境，

下面這個(gè)窗口就是REPL環(huán)境了，這是個(gè)很有用的窗口，例如我們想看看開(kāi)發(fā)板GPIO接口的命名，可以在REPL里執(zhí)行如下命令

熟悉Arduino編程的用戶一定對(duì)A0、A1這些接口耳熟能詳，所以，如果要引用其中一個(gè)接口，按照Python的規(guī)則，應(yīng)該是board.XX，其中XX就是上面列出的名稱(chēng)了。

好，下面開(kāi)始正式點(diǎn)燈，編輯如下代碼

很光棍的一段代碼，當(dāng)然也好懂!保存，然后就自動(dòng)運(yùn)行了?？吹絃ED燈閃啊閃，串口也有對(duì)應(yīng)的輸出。

然而問(wèn)題來(lái)了，Cpython中的哪些庫(kù)可以用呢?這個(gè)可以參考官方的文檔，參見(jiàn)附錄。上面代碼中用到的一些庫(kù)都在參考資源中列出來(lái)了，花5分鐘熟悉一下!

說(shuō)了半天，CircuitPython是啥?CircuitPython是大名鼎鼎的MicroPython的再移植產(chǎn)品，專(zhuān)門(mén)為Adafruit的部分硬件定制。

除了支持Python，開(kāi)發(fā)板也支持Arduino模式開(kāi)發(fā)。按照Arduino一般的開(kāi)發(fā)模式，首先要下載并安裝對(duì)應(yīng)的板級(jí)庫(kù)文件，Metro M0 Express也不例外，如下

確定后，就可以在Arduino的開(kāi)發(fā)板管理器里添加對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)板類(lèi)型了。這里碰到一點(diǎn)糟心的事，就是官方的PDF文檔里舉例使用的是另一款開(kāi)發(fā)板，不是針對(duì)Metro M0 Express的，花了很長(zhǎng)時(shí)間安裝后卻發(fā)現(xiàn)找不到Metro M0 Express這一開(kāi)發(fā)板型號(hào)，重新在網(wǎng)頁(yè)版里找到了正確的庫(kù)文件后才解決!因?yàn)锳rduino現(xiàn)在支持的開(kāi)發(fā)板種類(lèi)太多，很多開(kāi)發(fā)板的命名也比較相似，結(jié)果往往就是找錯(cuò)了對(duì)象，鬧了笑話，浪費(fèi)了時(shí)間!

下圖是正確安裝了軟件庫(kù)后顯示的板卡名稱(chēng)

現(xiàn)在可以打開(kāi)一個(gè)blink程序來(lái)點(diǎn)燈了，編譯并上傳的結(jié)果如下

LED燈又開(kāi)始閃爍了。

不過(guò)問(wèn)題又來(lái)了，Python不能用了!

這是正常現(xiàn)象，現(xiàn)在的存儲(chǔ)空間被ARDUINO程序占用了，所以PYTHON當(dāng)然也就不能用了。怎么辦呢，下面是切換回Python的方法。

首先雙擊開(kāi)發(fā)板上的復(fù)位鍵，進(jìn)入bootloader模式，此時(shí)PC端映射的盤(pán)符會(huì)變成METROBOOT，里面有3個(gè)文件，如下

從附錄給出的CircuitPython參考里下載一個(gè)擴(kuò)展名為.bin的文件，注意不要下載錯(cuò)了，必須是針對(duì)Metro M0的.bin文件，然后拖動(dòng)到映射的盤(pán)符里，等待大約15秒鐘，奇跡出現(xiàn)了，CircuitPython又出現(xiàn)了。只是此時(shí)的CircuitPython里還沒(méi)有創(chuàng)建可運(yùn)行的Python文件，自己寫(xiě)一個(gè)，命名為code.py或main.py，然后丟到映射盤(pán)里，又可以了!

總體來(lái)說(shuō)，Metro M0 Express還是很好玩的。首先是硬件參數(shù)提升了，更高的運(yùn)行主頻及更大的存儲(chǔ)空間，完敗Arduino UNO R3!;其次，引入了CircuitPython的新式編程語(yǔ)言，一方面程序代碼更簡(jiǎn)單，另一方面也為那些想要學(xué)習(xí)和了解Python的用戶提供了一個(gè)學(xué)習(xí)的理由;最后一點(diǎn)就是靈活的引導(dǎo)配置模式，使得在二種編程語(yǔ)言(c/c++及Python)之間可以靈活切換!

至于配置過(guò)程中碰到的文檔不一致的問(wèn)題，只能怪筆者看文檔的時(shí)候不夠細(xì)心，不過(guò)如果官方在整理文檔時(shí)，針對(duì)性更具體一點(diǎn)，也許用戶的體驗(yàn)會(huì)更好一點(diǎn)吧!