分享科技與遊戲 by HKGoldenMr.A: Raspberry Pi Pico 試用

2021-05-08

Raspberry Pi Pico 試用

Raspberry Pi Pico 是一款與 Arduino 功能相似的微控制器
體積與 Arduino Nano 相若，但性能則比 Arduino Nano 更強

外觀
引腳
其他外觀
安裝 UF2 檔案
使用 Arduino IDE 編寫
備份 UF2 檔案
使用 Thonny IDE 編寫
- 使用 MicroPython 直譯器
  - 使用 PWM
  - 使用 ADC
- 使用 CircuitPython 直譯器
  - 使用 PWMOut
  - 使用 AnalogIn
總結
參考資料
補充資料

外觀

價值 4美元的 Raspberry Pi Pico 批次只有主機板，沒有 USB線及沒有引腳，因此購買前要留意有否包含配件

Raspberry Pi Pico 正面

Raspberry Pi Pico 背面
印有 Raspberry Pi Pico 的引腳用途

引腳

Raspberry Pi Pico 共有 40支引腳，當中包括

1支 VSYS ，電源輸入，起動 Raspberry Pi Pico ，接受 1.8V 至 5.5V
1支 VBUS ，電源輸出 5V
1支 3V3 ，電源輸出 3.3V
1支 3V3_EN ，內部電壓調節引腳
1支 ADC_VREF ，類比輸入參考引腳
1支 RUN ，將 GP引腳復位
8支 GND ，接地引腳
26支 GP ，輸入輸出引腳，其中
- GP0 至 GP15 共 16支引腳具有 PWM 功能，最高支援 16位元 (GP25 都支援 PWM)
- GP26 至 GP28 共 3支引腳具有 12位元的類比輸入功能

另外還有

2組 UART
- 第0組 UART 共有 3組引腳分別為
  - 1*, 16, 21 為 TX
  - 2*, 17, 22 為 RX
- 第1組 UART 共有 2組引腳分別為
  - 6, 11 為 TX
  - 7, 12 為 RX
2組 I²C
- 第0組 I²C 共有 6組引腳分別為
  - 1, 6*, 11, 16, 21, 26 為 SDA
  - 2, 7*, 12, 17, 22, 27 為 SCL
- 第1組 I²C 共有 6組引腳分別為
  - 4, 9, 14, 19, 24, 31 為 SDA
  - 5, 10, 15, 20, 25, 32 為 SCL
2組 SPI
- 第0組 SPI 共有 3組引腳分別為
  - 1, 4, 21* 為 MISO
  - 2, 7, 22* 為 SS
  - 4, 9, 24* 為 SCK
  - 5, 10, 25* 為 MOSI
- 第1組 SPI 共有 2組引腳分別為
  - 11, 14 為 MISO
  - 12, 17 為 SS
  - 14, 19 為 SCK
  - 15, 20 為 MOSI

有 *星號的為預設引腳
額外 3支偵錯用引腳 SWDIO, SWCLK, GND 及控制正面 LED 的 GP25
(Raspberry Pi Pico 沒有 GP23 及 GP24)

正面左側引腳		正面右側引腳
用途	編號	編號	用途
GP0	1	40	VBUS 5V
GP1	2	39	VSYS
GND	3	38	GND
GP2	4	37	3V3EN
GP3	5	36	VBUS 3.3V
GP4	6	35	ADC VREF
GP5	7	34	GP28
GND	8	33	GND
GP6	9	32	GP27
GP7	10	31	GP26
GP8	11	30	RUN
GP9	12	29	GP22
GND	13	28	GND
GP10	14	27	GP21
GP11	15	26	GP20
GP12	16	25	GP19
GP13	17	24	GP18
GND	18	23	GND
GP14	19	22	GP17
GP15	20	21	GP16

編號	GP	SPI		I²C		UART		備註
編號	GP	群組	引腳	群組	引腳	群組	引腳	備註
1	0	0	MISO	0	SDA	0	TX	PMW 、 UART預設
2	1	0	SS	0	SCL	0	RX	PMW 、 UART預設
3								GND
4	2	0	SCK	1	SDA			PMW
5	3	0	MOSI	1	SCL			PMW
6	4	0	MISO	0	SDA	1	TX	PMW 、 I²C預設
7	5	0	SS	0	SCL	1	RX	PMW 、 I²C預設
8								GND
9	6	0	SCK	1	SDA			PMW
10	7	0	MOSI	1	SCL			PMW
11	8	1	MISO	0	SDA	1	TX	PMW
12	9	1	SS	0	SCL	1	RX	PMW
13								GND
14	10	1	SCK	1	SDA			PMW
15	11	1	MOSI	1	SCL			PMW
16	12	1	MISO	0	SDA	0	TX	PMW
17	13	1	SS	0	SCL	0	RX	PMW
18								GND
19	14	1	SCK	1	SDA			PMW
20	15	1	MOSI	1	SCL			PMW
21	16	0	MISO	0	SDA	0	TX	SPI預設
22	17	0	SS	0	SCL	0	RX	SPI預設
23								GND
24	18	0	SCK	1	SDA			SPI預設
25	19	0	MOSI	1	SCL			SPI預設
26	20			1	SDA
27	21			1	SCL
28								GND
29	22
30								RUN
31	26			1	SDA			ADC0 / Analog Input 0
32	27			1	SCL			ADC1 / Analog Input 1
33								GND / AGND
34	28							ADC2 / Analog Input 2
35								ADCVREF
36								VBUS 3.3V
37								3V3 EN
38								GND
39								VSYS
40								VBUS 5V

所有接地引腳在 Raspberry Pi Pico 的焊墊都是方形不是圓形，較容易分辨
除了最後 10支引腳， Raspberry Pi Pico 每 5支引腳為一組
每 5n 為 SPI 的 MISO 、 I²C SDA0 、 UART 的 TX
每 5n - 1 為 SPI 的 SS 、 I²C SCL0 、 UART 的 RX
每 5n - 2 為 GND
每 5n - 3 為 SPI 的 SCK 、 I²C SDA1
每 5n - 4 為 SPI 的 MOSI 、 I²C SCL1
方便記憶

其他外觀

Raspberry Pi Pico 版權內容
雖然 Raspberry Pi Pico 正式發佈是 2021年1月，但最初開發的時間是 2020年
因此版權內容印著 2020

Raspberry Pi Pico 圖案

使用 RP2040 的 RB2-B0 20/34 CPU

AEL12.0 是一種通用振盪器為 Raspberry Pi 提供實時時鐘 (Real-time Clock (RTC)) 的參考

Raspberry Pi Pico 使用 Micro USB Type-B 供電及傳送資料

安裝 UF2 檔案

如果不是單純將 USB 當作電源接駁 Raspberry Pi Pico ，而是需要將 Raspberry Pi Pico 連接到電腦傳送資料
接駁 USB 前先按著 Raspberry Pi Pico 正面上的 BOOTSEL按鈕

使用 BOOTSEL 啟動後，電腦會將 Raspberry Pi Pico 當作快閃記憶裝置開啟
裝置中會有 INDEX.HTM 及 INFO_UF2.TXT 兩個唯讀檔案

INDEX.HTM 是網頁檔案，使用網頁瀏覽器開啟後，便會自動連接到 Raspberry Pi 的官方網站
INFO_UF2.TXT 是說明當前使用的 Raspberry Pi Pico 的版本及型號

全新的 Raspberry Pi Pico 並沒有預載一些識別效果，因此無法得知 Raspberry Pi Pico 是否能正常運作
閣下可以使用官方的閃動 (Blink) 的程式測試效果
可以到 https://www.raspberrypi.org/documentation/rp2040/getting-started/#getting-started-with-c 的 Blink an LED
下載 blank.uf2 或使用指令下載或引導檔案到 Raspberry Pi Pico 的分區目錄

當能夠運作的 UF2檔案存放到 Raspberry Pi Pico 的分區目錄
Raspberry Pi Pico 便會自動重新啟動及立即顯示效果
例如官方的 blink.uf2 是將焊在正面上的 LED 每250毫秒閃動效果

使用 Arduino IDE 編寫

Raspberry Pi Pico 的 UF2檔案可以經由 Arduino IDE 附加 RP2040編譯器而製作

進入 Arduino IDE 的 Preferences
將

https://github.com/earlephilhower/arduino-pico/releases/download/global/package_rp2040_index.json

貼在 Additional boards manager URLs

在 Boards Manager 搜尋 Raspberry Pi
安裝 Arduino Mbed OS RP2040 Boards 及 Raspberry Pi Pico/RP2040 主機板的相容程式

編譯前選擇 Raspberry Pi Pico 及 Port ，編譯時便會自動編譯成適合 Raspberry Pi Pico 的 UF2檔案
(Raspberry Pi Pico 主機板要選擇 Raspberry Pi 版本，不是 Arduino 版本或 Adafruit 版本)

完成後，編寫的程式碼與 Arduino 的 AVR-C 完全相同

備份 UF2 檔案

由於 Raspberry Pi Pico 可以非常方便地將 UF2檔案移放到 Raspberry Pi Pico 的目錄便完成安裝
有需要的話，將編譯後的 UF2檔案備份，便可以隨時重新安裝 UF2檔案到 Raspberry Pi Pico 而不需要任何編程技術及指令操作知識
(Arduino 都可以備份 HEX檔案，但需要用 AVR指令將 HEX檔案安裝到 Arduino ，需要一點指令操作知識)

測試效果 (每1000毫秒閃動)

使用 Thonny IDE 編寫

Linux發行版提供的 Thonny IDE 由於未必是最新版本，因此還是建議到 https://github.com/thonny/thonny/releases 下載

使用 MicroPython 直譯器

到 Run 選擇 Select interpreter...

在 Interpreter 選擇 MicroPython (Raspberry Pi Pico)

安裝 Raspberry Pi Pico 的韌體
但由於每次重新開啟 Thonny IDE 都需要重新下載韌體
如果擔心網絡問題，可以到 https://micropython.org/download/rp2-pico/ 下載 Raspberry Pi Pico 的韌體
當按著 BOOTSEL 起動 Raspberry Pi Pico 後，將韌體安裝到 Raspberry Pi Pico 後便會以 main.py 執行

簡單的測試程式碼

import machine, time

onBoardLED = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
LED = machine.Pin(0, machine.Pin.OUT)

while True:
    onBoardLED.on()
    LED.off()
    time.sleep(0.5)
    onBoardLED.off()
    LED.on()
    time.sleep(0.5)

儲存位置
選擇 Raspberry Pi Pico

儲存檔案名稱
但使用 MicroPython 安裝 PY檔案到 Rasbperry Pi Pico 斷電後重新接上電源，並不會自動執行
如果需要令 Raspberry Pi Pico 接上電源後自動執行，儲存的檔案名稱必須使用 main.py
(大小寫相符)

安裝 Python檔案

測試效果 (每500毫秒閃動)

使用 PWM

Raspberry Pi Pico 的 PWM 最大範圍為 65025 ，而非 65535 (0xFFFF)

import machine, time

pwm = machine.PWM(machine.Pin(25, machine.Pin.OUT))

while True:
    for i in range(5):          # for (i = 0; i < 5; i++)
        pwm.duty_u16(i * 13005) # analogWrite(pwn, i * 13005);
        time.sleep(0.2)

使用 ADC

ADC 即是 AC DC Converter ，可以將訊號轉換成類比訊號，類似 Arduino 的類比引腳最大範圍為 65535 (0xFFFF)

import machine, time

adc = machine.adc(machine.Pin(28, machine.Pin.IN))

while True:
    print(adc.read_u16()) # analogRead(adc);
    time.sleep(0.2)

使用 CircuitPython 直譯器

安裝 Raspberry Pi Pico 的 CircuitPython韌體
先將 Thonny 的直譯器更改為 CircuitPython

但 github 的下載位置看來已經變動，無法經 Thonny 自動下載及安裝 CircuitPython韌體
需要自行到 https://circuitpython.org/board/raspberry_pi_pico/ 下載及安裝 adafruit-circuitpython-raspberry_pi_pico-en_US-6.2.0.uf2

與 MicroPython韌體不同，CircuitPython韌體安裝後，會將 Raspberry Pi Pico 當作快閃記憶體，預設會有

lib 為函式庫保存的位置，可以隨意改名
boot_out.txt 為 CircuitPython 的說明檔案
code.py 為主程式檔案，與 MicroPython 的 main.py 相同

而且 CircuitPython 比 MicroPython 更方便，CircuitPython 不需要使用 Thonny
只需要直接更新 Raspberry Pi Pico 快閃記憶體的 code.py ，便會立即顯示效果

使用 PWMOut

效果與 MicroPython 相同，只是語法有稍微分別及 CircuitPython 是完全支援 16位元 PWM ，即是最大是 65535 (0xFFFF)
另外因為效果與 MicroPython 相同，因此沒有拍攝，只是展示程式碼

import pwmio, board, time

pwm = pwmio.PWMOut(board.GP25)

while True:
    for i in range(5):
    	pwm.duty_cycle = 13107 * i
    	time.sleep(0.2)

使用 AnalogIn

同樣，效果相同，只是語法有稍微分別及是完全支援 16位元 ADC
不過 CircuitPython 則更簡單使用 value 傳回數值， MicroPython 則需要使用 read_16()

import analogio, board, time

adc = analogio.AnalogIn(board.GP28)

while True:
    print(adc.value)
    time.sleep(0.2)

但由於直接使用文字編輯器更新 code.py ，沒有輸出顯示

總結

在下認為下自己的焊接技巧有進步，今次焊接 Raspberry Pi Pico 的引腳的效果很好，43支引腳都沒有不良焊接

Raspberry Pi Pico 在 2021年1月發佈
由於非常受歡迎，推出後很快便被搶購清空， Rasberry Pi Pico 終於在 2021年4月送抵在下家中

比較 Arduino IDE 的 Raspberry Pi Pico 函式庫及 Thonny IDE 的 Raspberry Pi Pico 韌體
有編寫 AVR-C 經驗，使用 Arduino IDE 編寫完全沒有分別
有編寫 Pyhton 經驗，使用 Thonny IDE 編寫 MicroPython 或 CircuitPython 會很快上手
排除學習這類個人能力問題，使用 Thonny IDE 編寫 PY檔案並安裝到 Raspberry Pi Pico 比 Arduino IDE 更快

AVR-C 語法

// import libraries
#include <Arduino.h>

// declaration
const byte LED_PIN = 25;

void pinStatus(pin, status) {
    digitalWrite(pin, status);
    delay(500);
}

// do once
void setup() {
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

// do forever
void loop() {
    pinStatus(LED_PIN, HIGH);
    pinStatus(LED_PIN, LOW);
}

MicroPython 語法

# import libraries
import machine, time

# declaration + do once
LED = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)

def LEDStatus(LED, status):
    LED.value(status)
    time.sleep(0.5)

# do forever
while True:
    LEDStatus(LED, True)
    LEDStatus(LED, False)

CircuitPython 語法

# import libraries
import digitalio, board, time

# declaration + do once
LED = digitalio.DigitalInOut(board.GP25)
LED.direction = digitalio.Direction.OUTPUT

def LEDStatus(LED, status):
    LED.value = status
    time.sleep(0.5)

# do forever
while True:
    LEDStatus(LED, True)
    LEDStatus(LED, False)

以上程式的運作結果相同， MicroPython 及 CircuitPython 的語法大致上相同
而 MicroPython 及 CircuiyPython 的語法比 AVR-C 簡單，而且沒有太大限制
例如功能/方法 (Function/Method) 可以傳回陣列 (Array)
即使不進行任何操作， AVR-C 必須編寫 void setup() { } 及 void loop() { } 兩個功能，但 MicroPython 及 CircuiyPython 可以空白檔案
而且偵錯只需要列印到標準輸出即可，不需要監察串列輸出，操作相對容易及直接

而 MicroPython 及 CircuitPython 兩者其實都很相似，編寫語法亦很相似
在下建議初學者先學習 MicroPython ，語法上比較簡單，亦可以透過 Thonny IDE 語法、格式化、偵錯等支援
當熟習編寫 Python 後才轉用 CircuitPython ，CircuitPython 有更多函式庫供使用
直接變更快閃記憶體的檔案便可以立即有效果，而且備份檔案亦相對簡單

設置上使用 Thonny IDE 比 Arduino IDE 在 Linux 上亦較簡單
Thonny IDE 安裝完後只需要安裝 Raspberry Pi Pico 韌體，便可以將 PY檔案安裝到 Raspberry Pi Pico
但 Arduino IDE 安裝 Raspberry Pi Pico 函式庫後，還需要將使用者帳戶加入至 dialout群組
即是沒有 root帳戶或使用者不是 super user 便無法設定 dialout群組