ESP32與MicroPython入門-01 搭建開發環境

Charles：讓天底下沒有難抓的包。前言今天給大家推薦一個我所使用過的抓包工具中最好用的抓包工具-Charles（音譯：查爾斯），它可以抓各端發起的網路請求，我主要用來抓移動設備上的請求，上次小明就通過這種方式找到了一款付費App課程的漏洞，咳咳，不展開說了，畢竟web端的瀏覽器網路請求，打開 ...

ESP32簡介

ESP32 是上海樂鑫公司開發的一款比較新的32位微控制器，它集成了WiFi及藍牙等功能，有著性能穩定、功耗低、價格低廉等特點，非常適用於物聯網開發，但也可以作為普通的MCU使用。

ESP8266 也是樂鑫公司開發的一種非常流行的WiFi晶元。相比 ESP8266 ，ESP32 更加強大。這篇文章比較了 ESP8266 和 ESP32 之間的差別。

ESP32的主要晶元種類有ESP32-C系列、ESP32-S系列和ESP32系列。這些晶元的參數和功能略有差異，例如ESP32-S2就不支持藍牙功能。在選型時註意檢查晶元型號。

完整的晶元型號對比可以參考官方網站的介紹：https://www.espressif.com/zh-hans/products/socs

模塊是基於ESP32晶元，按照一定功能封裝了基本的外設等形成的集成晶元。樂鑫提供的ESP32模塊主要可分為WROOM系列、WROVER系列以及MINI系列，完整的介紹及對比可以參見官方網站：https://www.espressif.com/zh-hans/products/modules 。模塊參數的詳細PDF文檔可以從 https://www.espressif.com/zh-hans/products/modules/esp32 處下載。

而開發板則是由ESP32模塊和USB口、複位開關等組成的完整開發套件。開發板的廠商較多，使用時需要查看對應的開發板電路連接原理圖，並註意開發板提供的功能。樂鑫提供的官方開發板介紹可以參見 https://www.espressif.com/zh-hans/products/devkits 。

這裡選擇 DOIT ESP32 DEVKIT V1 作為開發板。該開發板的特點為：

尺寸很小（約 52mm x 28mm ）
價格低廉（僅需￥20 左右，相比樂鑫官方動輒 60+ 非常親民）
板載一個藍色 LED 燈，方便在無額外元器件時便可以調試
遠銷海外（ platformIO 甚至還有該開發板專門的介紹文檔）

其外觀如下。事實上很多商家的 ESP32 的開發板結構都非常類似。在選擇開發板時只需註意主要結構及功能即可。

MicroPython簡介

什麼是MicroPython

MicroPython是基於Python實現的簡易版本，用於在嵌入式系統中運行，例如樹莓派、ARM單片機和ESP32。它相容大部分Python3語法，因此只要熟悉Python3就能無障礙上手MicroPython。

相比Python3，MicroPython精簡了許多實現細節，並且刪去了許多標準庫以及標準庫里的內容。不過，MicroPython卻額外包含了能夠操作底層GPIO等外設的標準庫，這些是對底層寄存器的高度封裝。

建立MicroPython開發環境

目前來說，有 3 個比較常用的 MicroPython 開發環境，它們都是免費、開源且跨平臺的。它們分別為：

uPyCraft IDE

uPyCraft IDE 是一個簡單並且對入門 MicroPython 友好的集成開發環境，它自身可以直接燒入 MicroPython 到 ESP32 中，並且支持從編寫程式到串口調試的所有基本功能。除此之外，它還內置了許多示例代碼，可以直接運行這些示例代碼查看效果。

uPyCraft 的 GitHub 地址為：https://github.com/DFRobot/uPyCraft 。可以從中下載軟體與查看官方文檔。

Thonny IDE

Thonny IDE 是一個 Python 的集成開發環境，不過它同時也支持直接開發 MicroPython 。Thonny IDE 功能豐富，支持各種調試方式，，並且可以加上插件進一步擴展功能。

Thonny IDE 的官方網站為：https://thonny.org ，GitHub 倉庫地址為：https://github.com/thonny/thonny 。

Visual Studio Code

大名鼎鼎的 VSCode 想必許多人都有所耳聞。VSCode 想要開發 MicroPython ，主要依靠插件的支持。

這裡推薦將 Thonny IDE 作為開發環境，主要是出於以下考慮：

VSCode 相對 MicroPython 入門來說，還是有些過於重量級。並且 VSCode 主要依賴於插件來開發 MicroPython ，並不能很好地用到 VSCode 的所有優勢，而且開發環境的配置也對入門級別不是很友好，因此除非日後需要利用到一些進階功能，否則並不推薦將 VSCode 作為入門開發環境。
uPyCraft 儘管是專門支持 MicroPython 的開發環境，但是它目前版本還比較低，不僅功能很少，而且使用者也很少，許多功能沒有得到廣泛的測試，可能存在許多 bug 未能得到解決。
相比之下，Thonny IDE 非常輕量級，卻也支持許多高級的功能。由於有足夠多的使用者，現版本的 Thonny 已經非常穩定，完全可以滿足 MicroPython 的全流程開發。

由於 Thonny 不支持燒入功能，因此需要額外下載燒入工具。在燒入之前，需要安裝 CP210x 串口轉 USB 驅動，讓設備識別到 ESP32 。

該驅動可以在 https://www.silabs.com/developers/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers 處下載，打開網站後點擊 DOWNLOAD 頁面，選擇對應系統的驅動下載即可：

下載完成驅動後，安裝對應的驅動文件即可，安裝方式就和一般的軟體一致：

接下來需要下載 Flash 燒入工具，用來將 MicroPython 燒入到 ESP32 內。燒入軟體可以選用樂鑫官方提供的 Flash 下載工具，下載地址在 https://www.espressif.com/zh-hans/support/download/other-tools ，或在樂鑫官網找到支持→相關下載→工具：

解壓下載得到的文件夾即可。

最後一步是下載 MicroPython 固件。下載的地址為：https://micropython.org/download/esp32/) ，或在 MicroPython 官網首頁找到 Download→ESP32 ：

一般來說，推薦下載第二新的固件版本。註意下載的是 .bin 格式的固件。

接下來就可以準備將 MicroPython 燒入到 ESP32 設備中。

將 ESP32 使用 microusb 線連接到電腦上，如果 ESP32 開發板上的紅色燈亮起，同時電腦的設備檢測到串口信息，則證明連接正常：

打開 ESP32 的 Flash 燒入工具，在第一個下拉菜單晶元類型中選擇 ESP32：

接下來進入到燒入配置界面，其中幾個關鍵的選項已經在圖中標示出來了：

燒入的固件文件，可在右側省略號按鈕選取文件
燒入地址為 0x1000
記得勾上要燒入的文件
這些選項保持圖示的預設選項即可
波特率以 921600 為佳，上方的埠號註意和 ESP32 的埠號匹配

接下來就可以下載固件了。下載前需要先擦除原有內容，按住開發板上的“BOOT”按鍵，然後點擊下載工具左下角的“ERASE”按鈕。剛點擊時上方綠色矩形里的文字會從“等待/IDLE”變成“等待上電同步/SYNC”，如果文字再次變成“下載中/DOWNLOAD”，那麼便可以鬆開開發板上的“BOOT”按鍵了。等到文字再次變為“完成/FINISH”，則說明擦除成功。

接下來點擊下載工具左下角的“START”按鈕，類似上一步，在開始下載前也需要按住開發板上的“BOOT”按鍵。在下載時，下載工具最下方的進度條將會顯示當前下載進度。

這樣，MicroPython 就燒入完畢了。接下來可以建立第一個MicroPython 工程，同時測試燒入是否正確。

建立第一個工程

這裡使用 Thonny IDE 作為開發環境。首先可以在官網下載該軟體：

也可以在 GitHub 倉庫里找到 Release 版本。這些地址在上文都提到過。

安裝成功 Thonny 後，打開軟體，接下來還需要進行一些初始化配置。

首先，在菜單欄里找到運行→選擇解釋器。之前說過 Thonny 主要用於進行常規 Python 開發，因此如果要將其用於 MicroPython 開發需要修改解釋器選項：

修改解釋器為 MicroPython (ESP32) 。該頁面中同時可以修改埠配置，如果有時發現識別出現問題，不妨檢查一下埠號是否正確。

接下來，將 ESP32 接入電腦，然後點擊功能按鈕欄里的“停止/重啟後端進程(Ctrl+F2)”：

如果此時在下方的終端(Shell)內看到如下所示的 Python 解釋器提示，則說明與 MicroPython 的連接成功：

如果在打開 Thonny 前就維持著 ESP32 與電腦的連接，那麼進入 Thonny 時應該就能看到該提示信息。“停止/重啟後端進程(Ctrl+F2)”用於重新使電腦與 ESP32 里的 MicroPython 連接，在每次插拔 ESP32 後都需要這樣手動使兩者重新連接。

終端(Shell)允許在串口通信中使用 MicroPython 命令行交互視窗。例如：

MicroPython v1.17 on 2021-09-02; ESP32 module with ESP32
Type "help()" for more information.
>>> print('Hello, world!')
Hello, world!

print() 函數可以讓 ESP32 向電腦通過串口發送調試信息。

MicroPython 還支持以文件的形式運行。新建一個文件後，點擊保存（如果 Thonny 成功連接上了 ESP32 的 MicroPython ），那麼此時就會出現兩個選項，可以將 .py 文件保存在電腦上，還可以將其保存在 ESP32 里：

選擇將文件保存在 ESP32 內，此時會發現 ESP32 內已經有一個 boot.py 文件了。這裡，將文件命名為 main.py 保存。boot.py 和 main.py 是 MicroPython 里的兩個比較特殊的文件，將在之後詳細介紹。

在 main.py 內編寫以下代碼後保存：

from machine import Pin
import time
led = Pin(2, Pin.OUT)
while True:
    led.value(0)
    time.sleep(0.5)
    led.value(1)
    time.sleep(0.5)

點擊功能按鈕欄里的“運行當前腳本(F5)”，即可運行以上代碼。運行成功後，可以看到開發板上藍色的 LED 燈以 0.5 秒為間隔閃爍，說明運行成功。

while 迴圈可以通過在互動式控制台內按下 CTRL+C 觸發鍵盤中斷退出。如果再次將 ESP32 接入電腦後重啟後臺進程，一直顯示 ESP32 處於繁忙狀態或無顯示，則可能是由於 ESP32 一直在執行代碼導致的，可以通過鍵盤中斷強制停止 MicroPython 的執行。