MaixDuino 入門–使用 MaixPy

MaixDuino 雖然長的跟 Arduino 很像, 不過除非你是用 Arduino IDE 寫程式, 否則就得瞭解一下它的結構, 不然在使用 MaixPy 寫程式時, 可能會連如何點亮 LED 都做不到, 以下就一步步介紹相關的知識吧。

安裝韌體

安裝韌體燒錄軟體 KFlash
安裝 MaixPy 韌體

MaixDuino 與 Arduino 腳位對應

MaixDuino 使用 K210 晶片, K210 晶片外部有 48 個 IO 腳位, 編號從 IO0~IO47, 這些腳位有一些已經被相機、LCD 等用掉, 實際上在 MaixDuino 上接出來的腳位可參考以下的接腳圖或是對照表：

Arduino 腳位	K210 IO 腳編號	board_info 中的名稱
RX←0	IO4	K210_RX
TX→1	IO5	K210_TX
2	IO21
3	IO22
4	IO23
5	IO24
6	IO32
7	IO15
8	IO14	LED_G
9	IO13	LED_R
10	IO12	LED_B
11	IO11
12	IO10
13	IO3	JTAG_TDO
A0	IO33	ADC1_CH5
A1	IO32	ADC1_CH4
A2	IO35	ADC1_CH7
A3	IO34	ADC1_CH6
A4	IO39	ADC1_CH3
A5	IO36	ADC1_CH0
SCL	IO30	I2C_SCL
SDA	IO31	I2C_SDA

K210 的可程式化 IO 功能

K210 的這些 IO 腳位並不是固定功能, 每一個腳位都可以透過程式設定成不同的功用, 例如 I²C 就可以任意選用你喜歡的腳位, 而不一定要固定使用特定的腳位。

在 MaixPy 中, 要使用這些腳位, 必須要先幫 IO 腳位註冊功能, 才能使用, 例如：

from fpioa_manager import fm, board_info

fm.register(        # 註冊 IO 腳位的功能
    14,             # IO 腳位編號
    fm.fpioa.GPIO0  # IO 腳位功能
)

請注意, 這裡講的腳位編號都是 K210 晶片的 IO 腳位編號, 不是 MaixDuino 板子上的腳位編號。像是上面例子中的 14 就是指 IO14, 如果你查一下上面的腳位對應圖或是表格, 就可以知道這個腳位實際上就是 MaixDuino 板子上的 8 號腳位。

fpioa_manager 是 MaixPy 中管理 IO 腳位功能的模組, 內含 fm 與 board_info 兩個物件, 其中：

fm 就是實際管理 IO 腳位功能的物件, 透過 register 方法為特定腳位依據 fm.fpioa 中定義的功能名稱來註冊, 例如 fm.fpioa.GPIO0 就是第 0 個 GPIO 功能, 可用的名稱清單可參考官方文件, 我也在文末的附錄列出來。
board_info 是與特定控制板相關的資訊, 例如對於 MaixDuino 控制板來說, 就定義了 board_info.LED_G 為 14, 實際上這個腳位並沒有接 LED 燈, 但是寫程式時你可以用 14 或是 board_info.LED_G 來代表 IO14 這個腳位。

數位輸出 (digital out)

瞭解腳位的可程式化功能後, 我們就可以嘗試使用數位輸出了。剛剛註冊腳位的只是功能的類別, 例如剛剛只說要用 IO14 當 GPIO, 但沒有說明到底是輸出還是輸入, 實際使用時還要建立 GPIO 物件, 並註明輸出還是輸入, 例如：

from fpioa_manager import fm, board_info
from Maix import GPIO
import time

fm.register(        # 註冊 IO 腳位的功能
    14,             # IO 腳位編號
    fm.fpioa.GPIO0  # IO 腳位功能
)
led = GPIO(         # 建立 GPIO 物件
    GPIO.GPIO0,     # 要使用的 GPIO 腳位
    GPIO.OUT        # 輸出入方向
)

請注意, 在建立 GPIO 物件時, 不是用 IO 腳位編號, 而是用註冊時的功能名稱, 以 GPIO 來說, 可以用的功能名稱有：

GPIO0~GPIO7
GPIOHS0~GPIOHS26：GPIOHS27~GPIOHS31 已經被用掉了, 程式中不能使用。名稱中的 HS 是 High Speed 的意思, 與 GPIO0~7 的功能有些差異, 有需要時會再說明。

建立好 GPIO 物件, 就可以用該物件進行數位輸出了, 例如, 以下就是常見的閃爍 LED 燈的程式：

01_digital_out.py
















from fpioa_manager import fm, board_info
from Maix import GPIO
import time

fm.register(        # 註冊 IO 腳位的功能
    14,             # IO 腳位編號
    fm.fpioa.GPIO0  # IO 腳位功能
)
led = GPIO(         # 建立 GPIO 物件
    GPIO.GPIO0,     # 要使用的 GPIO 腳位
    GPIO.OUT        # 輸出入方向
)

for runs in range(20):
    led.value(1 - led.value())
    time.sleep(0.5)

value() 是使用 1 和 0 代表高電位和低電位。

數位輸入 (digital input)

接著我們就可以嘗試數位輸入了, 例如：

02_digital_input.py

















from fpioa_manager import fm, board_info
from Maix import GPIO
import time

fm.register(        # 註冊 IO 腳位的功能
    16,             # IO 腳位編號, IO16 接到 BOOT 鈕 
    fm.fpioa.GPIO0  # IO 腳位功能
)
btn = GPIO(         # 建立 GPIO 物件
    GPIO.GPIO0,     # 要使用的 GPIO 腳位
    GPIO.IN,        # 輸出入方向
    GPIO.PULL_UP    # BOOT 按鈕有一腳是接地
)

while True:
    print(btn.value())
    time.sleep(0.1)

這裡我們使用 IO16 腳, 如果查看前面的腳位對照圖, 在右下角會看到控制板上的 BOOT 鈕有一腳是接到 IO16, 而根據電路圖, BOOT 鈕的另外一隻腳是接地的, 因此我們在建立 GPIO 物件時, 指定 PULL_UP 模式, 可用的模式還有 PULL_NONE 及 PULL_DOWN。

用中斷偵測數位輸入狀態

除了像是上例輪詢方式查看輸入狀態外, 也可以透過中斷的方式, 在輸入狀態變化的時候引發中斷, 例如：

03_digital_in_IRQ.py























from fpioa_manager import fm, board_info
from Maix import GPIO
import time

def bootPressed(pin):  # 參數是產生中斷的 GPIO 物件
    print(pin.value()) 

fm.register(           # 註冊 IO 腳位的功能
    16,                # IO 腳位編號, IO16 接到 BOOT 鈕 
    fm.fpioa.GPIOHS0   # IO 腳位功能
)
btn = GPIO(            # 建立 GPIO 物件
    GPIO.GPIOHS0,      # 要使用的 GPIO 腳位
    GPIO.IN,           # 輸出入方向
    GPIO.PULL_UP       # BOOT 按鈕有一腳是接地
)
btn.irq(
    bootPressed,       # 中斷處理函式
    GPIO.IRQ_BOTH,     # 中斷時機, RISING/FALLING/BOTH
)

while True:
    pass

第 5 列先定義中斷處理函式, 中斷處理函式的參數只有 1 個, 就是引發中斷的 GPIO 物件本身。然後就可以使用 GPIO 的 irq 方法設定中斷。

官方文件中說中斷處理函式有 2 個參數, 1 個是 GPIO 物件, 第 2 個是 IO 腳位編號, 但實際跑起來, 會發生錯誤, 錯誤訊息說只有 1 個參數：

>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
TypeError: bootPressed() takes 2 positional arguments but 1 were given

要特別注意的是只有 GPIOHS 的功能提供中斷功能, 所以這個範例使用的是 GPIOHS0, 而不是沿用前一個範例的 GPIO0。

類比輸入 (ADC)

MaixDuino 是透過 ESP32 讀取 ADC, 可參考官方的範例檔。不過目前測試似乎有問題, 都會得到以下錯誤：

[MaixPy]: esp32 read adc failed!

根據論壇的說明, 這似乎是 ESP32 上的韌體有問題, 以後再測試看看。

如果使用特定版本的 MaixPy 及 ESP32 韌體, 就可正常運作。請使用 kflash 工具燒錄下載後解開的 mainxpy.bin:

接著再使用 flash_download_tools 將下載解開的 NINA_W102-1.3.1.bin 燒錄到 MaixDuino 上的 ESP32：

請記得 ESP32 是另一個序列埠。完成後, 就可以使用以下程式測試 ADC (MaixDuino 上的 K210 晶片和 ESP32 之間使用 SPI 傳輸資料, 相關接腳可參考電路圖)：

import network
import utime
from Maix import GPIO
from fpioa_manager import *

#iomap at MaixDuino
fm.register(25,fm.fpioa.GPIOHS10)#cs
fm.register(8,fm.fpioa.GPIOHS11)#rst
fm.register(9,fm.fpioa.GPIOHS12)#rdy
fm.register(28,fm.fpioa.GPIOHS13)#mosi
fm.register(26,fm.fpioa.GPIOHS14)#miso
fm.register(27,fm.fpioa.GPIOHS15)#sclk

nic = network.ESP32_SPI(cs=fm.fpioa.GPIOHS10,rst=fm.fpioa.GPIOHS11,rdy=fm.fpioa.GPIOHS12,
mosi=fm.fpioa.GPIOHS13,miso=fm.fpioa.GPIOHS14,sclk=fm.fpioa.GPIOHS15)

adc = nic.adc()
print(adc)

adc() 會以 tuple 形式傳回 6 個 ADC 接腳的值：

>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
ESP32_SPI init over
(839, 1169, 192, 16, 0, 0)

類比輸出 (PWM)

K210 的 PWM 輸出是依附在計時器下, 因此要使用 PWM 必須先建立計時器物件：

from fpioa_manager import fm, board_info
from machine import Timer,PWM
import time

pwm_timer = Timer(       # 建立計時器
    Timer.TIMER0,        # 計時器編號 0~2 
    Timer.CHANNEL0,      # 計時器通道 0~3
    mode=Timer.MODE_PWM  # 計時器模式
)

搭配 PWM 用的計時器, 模式一定要設定為 Timer.MODE_PWM。接著就可以建立 PWM 物件：

led = PWM(               # 建立 PWM 物件
    pwm_timer,           # 要使用的計時器
    freq=10000000,       # 頻率
    duty=0,              # 預設的工作週期 (0~100)
    pin=14,              # 要用的 IO 腳位
    enable=True          # 是否立即啟用, 預設為 True
)

其中 IO 腳位並不需要像是數位輸出一樣要先設定功能。完整的使用 PWM 來做呼吸燈的程式如下：

04_pwm.py































from fpioa_manager import fm, board_info
from machine import Timer,PWM
import time

pwm_timer = Timer(       # 建立計時器
    Timer.TIMER0,        # 計時器編號 0~2 
    Timer.CHANNEL0,      # 計時器通道 0~3
    mode=Timer.MODE_PWM  # 計時器模式
)
led = PWM(               # 建立 PWM 物件
    pwm_timer,           # 要使用的計時器
    freq=10000000,       # 頻率
    duty=0,              # 預設的工作週期 (0~100)
    pin=14,              # 要用的 IO 腳位
    enable=True          # 是否立即啟用, 預設為 True
)
duty=0
dir = True
while True:
    if dir:
        duty += 5
    else:
        duty -= 5
    if duty>100:
        duty = 100
        dir = False
    elif duty<0:
        duty = 0
        dir = True
    time.sleep(0.05)
    led.duty(duty)       # 設定工作週期

實際測試頻率最大可設到 416000016, 但是超過 30000000 以上呼吸燈就會變得呆滯, 漸變的效果就不明顯。

附錄

官方資源

MaixDuino 有些資源不好找, 特別整理如下：

電路圖
腳位對照表：不過要注意, 官方的對照表中 LED_G 和 LED_B 反了。

腳位功能名稱列表

功能名稱	簡述
JTAG_TCLK	JTAG Test Clock
JTAG_TDI	JTAG Test Data In
JTAG_TMS	JTAG Test Mode Select
JTAG_TDO	JTAG Test Data Out
SPI0_D0	SPI0 Data 0
SPI0_D1	SPI0 Data 1
SPI0_D2	SPI0 Data 2
SPI0_D3	SPI0 Data 3
SPI0_D4	SPI0 Data 4
SPI0_D5	SPI0 Data 5
SPI0_D6	SPI0 Data 6
SPI0_D7	SPI0 Data 7
SPI0_SS0	SPI0 Chip Select 0
SPI0_SS1	SPI0 Chip Select 1
SPI0_SS2	SPI0 Chip Select 2
SPI0_SS3	SPI0 Chip Select 3
SPI0_ARB	SPI0 Arbitration
SPI0_SCLK	SPI0 Serial Clock
UARTHS_RX	UART High speed Receiver
UARTHS_TX	UART High speed Transmitter
RESV6	Reserved function
RESV7	Reserved function
CLK_SPI1	Clock SPI1
CLK_I2C1	Clock I2C1
GPIOHS0	GPIO High speed 0
GPIOHS1	GPIO High speed 1
GPIOHS2	GPIO High speed 2
GPIOHS3	GPIO High speed 3
GPIOHS4	GPIO High speed 4
GPIOHS5	GPIO High speed 5
GPIOHS6	GPIO High speed 6
GPIOHS7	GPIO High speed 7
GPIOHS8	GPIO High speed 8
GPIOHS9	GPIO High speed 9
GPIOHS10	GPIO High speed 10
GPIOHS11	GPIO High speed 11
GPIOHS12	GPIO High speed 12
GPIOHS13	GPIO High speed 13
GPIOHS14	GPIO High speed 14
GPIOHS15	GPIO High speed 15
GPIOHS16	GPIO High speed 16
GPIOHS17	GPIO High speed 17
GPIOHS18	GPIO High speed 18
GPIOHS19	GPIO High speed 19
GPIOHS20	GPIO High speed 20
GPIOHS21	GPIO High speed 21
GPIOHS22	GPIO High speed 22
GPIOHS23	GPIO High speed 23
GPIOHS24	GPIO High speed 24
GPIOHS25	GPIO High speed 25
GPIOHS26	GPIO High speed 26
GPIOHS27	GPIO High speed 27
GPIOHS28	GPIO High speed 28
GPIOHS29	GPIO High speed 29
GPIOHS30	GPIO High speed 30
GPIOHS31	GPIO High speed 31
GPIO0	GPIO pin 0
GPIO1	GPIO pin 1
GPIO2	GPIO pin 2
GPIO3	GPIO pin 3
GPIO4	GPIO pin 4
GPIO5	GPIO pin 5
GPIO6	GPIO pin 6
GPIO7	GPIO pin 7
UART1_RX	UART1 Receiver
UART1_TX	UART1 Transmitter
UART2_RX	UART2 Receiver
UART2_TX	UART2 Transmitter
UART3_RX	UART3 Receiver
UART3_TX	UART3 Transmitter
SPI1_D0	SPI1 Data 0
SPI1_D1	SPI1 Data 1
SPI1_D2	SPI1 Data 2
SPI1_D3	SPI1 Data 3
SPI1_D4	SPI1 Data 4
SPI1_D5	SPI1 Data 5
SPI1_D6	SPI1 Data 6
SPI1_D7	SPI1 Data 7
SPI1_SS0	SPI1 Chip Select 0
SPI1_SS1	SPI1 Chip Select 1
SPI1_SS2	SPI1 Chip Select 2
SPI1_SS3	SPI1 Chip Select 3
SPI1_ARB	SPI1 Arbitration
SPI1_SCLK	SPI1 Serial Clock
SPI_SLAVE_D0	SPI Slave Data 0
SPI_SLAVE_SS	SPI Slave Select
SPI_SLAVE_SCLK	SPI Slave Serial Clock
I2S0_MCLK	I2S0 Master Clock
I2S0_SCLK	I2S0 Serial Clock(BCLK)
I2S0_WS	I2S0 Word Select(LRCLK)
I2S0_IN_D0	I2S0 Serial Data Input 0
I2S0_IN_D1	I2S0 Serial Data Input 1
I2S0_IN_D2	I2S0 Serial Data Input 2
I2S0_IN_D3	I2S0 Serial Data Input 3
I2S0_OUT_D0	I2S0 Serial Data Output 0
I2S0_OUT_D1	I2S0 Serial Data Output 1
I2S0_OUT_D2	I2S0 Serial Data Output 2
I2S0_OUT_D3	I2S0 Serial Data Output 3
I2S1_MCLK	I2S1 Master Clock
I2S1_SCLK	I2S1 Serial Clock(BCLK)
I2S1_WS	I2S1 Word Select(LRCLK)
I2S1_IN_D0	I2S1 Serial Data Input 0
I2S1_IN_D1	I2S1 Serial Data Input 1
I2S1_IN_D2	I2S1 Serial Data Input 2
I2S1_IN_D3	I2S1 Serial Data Input 3
I2S1_OUT_D0	I2S1 Serial Data Output 0
I2S1_OUT_D1	I2S1 Serial Data Output 1
I2S1_OUT_D2	I2S1 Serial Data Output 2
I2S1_OUT_D3	I2S1 Serial Data Output 3
I2S2_MCLK	I2S2 Master Clock
I2S2_SCLK	I2S2 Serial Clock(BCLK)
I2S2_WS	I2S2 Word Select(LRCLK)
I2S2_IN_D0	I2S2 Serial Data Input 0
I2S2_IN_D1	I2S2 Serial Data Input 1
I2S2_IN_D2	I2S2 Serial Data Input 2
I2S2_IN_D3	I2S2 Serial Data Input 3
I2S2_OUT_D0	I2S2 Serial Data Output 0
I2S2_OUT_D1	I2S2 Serial Data Output 1
I2S2_OUT_D2	I2S2 Serial Data Output 2
I2S2_OUT_D3	I2S2 Serial Data Output 3
RESV0	Reserved function
RESV1	Reserved function
RESV2	Reserved function
RESV3	Reserved function
RESV4	Reserved function
RESV5	Reserved function
I2C0_SCLK	I2C0 Serial Clock
I2C0_SDA	I2C0 Serial Data
I2C1_SCLK	I2C1 Serial Clock
I2C1_SDA	I2C1 Serial Data
I2C2_SCLK	I2C2 Serial Clock
I2C2_SDA	I2C2 Serial Data
CMOS_XCLK	DVP System Clock
CMOS_RST	DVP System Reset
CMOS_PWDN	DVP Power Down Mode
CMOS_VSYNC	DVP Vertical Sync
CMOS_HREF	DVP Horizontal Reference output
CMOS_PCLK	Pixel Clock
CMOS_D0	Data Bit 0
CMOS_D1	Data Bit 1
CMOS_D2	Data Bit 2
CMOS_D3	Data Bit 3
CMOS_D4	Data Bit 4
CMOS_D5	Data Bit 5
CMOS_D6	Data Bit 6
CMOS_D7	Data Bit 7
SCCB_SCLK	SCCB Serial Clock
SCCB_SDA	SCCB Serial Data
UART1_CTS	UART1 Clear To Send
UART1_DSR	UART1 Data Set Ready
UART1_DCD	UART1 Data Carrier Detect
UART1_RI	UART1 Ring Indicator
UART1_SIR_IN	UART1 Serial Infrared Input
UART1_DTR	UART1 Data Terminal Ready
UART1_RTS	UART1 Request To Send
UART1_OUT2	UART1 User-designated Output 2
UART1_OUT1	UART1 User-designated Output 1
UART1_SIR_OUT	UART1 Serial Infrared Output
UART1_BAUD	UART1 Transmit Clock Output
UART1_RE	UART1 Receiver Output Enable
UART1_DE	UART1 Driver Output Enable
UART1_RS485_EN	UART1 RS485 Enable
UART2_CTS	UART2 Clear To Send
UART2_DSR	UART2 Data Set Ready
UART2_DCD	UART2 Data Carrier Detect
UART2_RI	UART2 Ring Indicator
UART2_SIR_IN	UART2 Serial Infrared Input
UART2_DTR	UART2 Data Terminal Ready
UART2_RTS	UART2 Request To Send
UART2_OUT2	UART2 User-designated Output 2
UART2_OUT1	UART2 User-designated Output 1
UART2_SIR_OUT	UART2 Serial Infrared Output
UART2_BAUD	UART2 Transmit Clock Output
UART2_RE	UART2 Receiver Output Enable
UART2_DE	UART2 Driver Output Enable
UART2_RS485_EN	UART2 RS485 Enable
UART3_CTS	UART3 Clear To Send
UART3_DSR	UART3 Data Set Ready
UART3_DCD	UART3 Data Carrier Detect
UART3_RI	UART3 Ring Indicator
UART3_SIR_IN	UART3 Serial Infrared Input
UART3_DTR	UART3 Data Terminal Ready
UART3_RTS	UART3 Request To Send
UART3_OUT2	UART3 User-designated Output 2
UART3_OUT1	UART3 User-designated Output 1
UART3_SIR_OUT	UART3 Serial Infrared Output
UART3_BAUD	UART3 Transmit Clock Output
UART3_RE	UART3 Receiver Output Enable
UART3_DE	UART3 Driver Output Enable
UART3_RS485_EN	UART3 RS485 Enable
TIMER0_TOGGLE1	TIMER0 Toggle Output 1
TIMER0_TOGGLE2	TIMER0 Toggle Output 2
TIMER0_TOGGLE3	TIMER0 Toggle Output 3
TIMER0_TOGGLE4	TIMER0 Toggle Output 4
TIMER1_TOGGLE1	TIMER1 Toggle Output 1
TIMER1_TOGGLE2	TIMER1 Toggle Output 2
TIMER1_TOGGLE3	TIMER1 Toggle Output 3
TIMER1_TOGGLE4	TIMER1 Toggle Output 4
TIMER2_TOGGLE1	TIMER2 Toggle Output 1
TIMER2_TOGGLE2	TIMER2 Toggle Output 2
TIMER2_TOGGLE3	TIMER2 Toggle Output 3
TIMER2_TOGGLE4	TIMER2 Toggle Output 4
CLK_SPI2	Clock SPI2
CLK_I2C2	Clock I2C2