はじめに

本当はRaspberry Pi 4 Model Bあたりが欲しかったのですが、昨今の半導体不足等のせいで手に入らず、仕方なくPicoを購入しました。
しかし、できることは限られるので、この際だからMicroPythonを使ってみることにしました。

目的

とりあえずは、Raspberry Pi PicoをMicroPythonで動かすこと。
便利そうなら、他のマイコンもMiroPythonで動かすことを考えたいです。

今回やること

どうやら「machine」モジュールが肝となっていそうなので、その理解を進めます。

ぶっちゃけ、公式ドキュメントのまとめになります。
https://micropython-docs-ja.readthedocs.io/ja/latest/library/machine.html

「machine」モジュール

特定のボード上のハードウェアに関連する固有の関数を含んでいる
いくつかの「関数」と「定数」と「クラス」を持っている

以降、良く使うそうな機能だけをざっくりと説明していきます。

関数

リセット関連
- リセット：reset()
- ソフトリセット：soft_reset()
- リセットの原因の取得：reset_cause()
- ブートローダーの起動：bootloader()
割り込み関連
- 無効化／有効化：disable_irq()／enable_irq()
電力関連
- CPU周波数の取得：freq()
- アイドリング：idle()
- スリープ（長期／短期）：lightsleep()／deepsleep()
- 起床の原因の取得：wake_reason()
その他
- ボード／SoCのIDの取得：unique_id()
- パルスの持続時間の取得：time_pulse_us()
- ビット送信：bitstream()
- 乱数の取得：rng()

定数

※省略

クラス

用意されているのは、以下の14クラス。

Pin：I/Oピンの制御
Signal：外部I/Oデバイスの制御
ADC：アナログ－デジタル変換
ADCBlock：ADCペリフェラルの制御
PWM：パルス幅変調
UART：二重シリアル通信バス
SPI：シリアルペリフェラルインターフェースバスプロトコル（コントローラ側）
I2C：2線式シリアルプロトコル
I2S：IC間（Inter-IC Sound）サウンドバスプロトコル
RTC：リアルタイムクロック
Timer：ハードウェアタイマーの制御
WDT：ウォッチドッグタイマー
SD：セキュアデジタルメモリカード
SDCard：SDメモリカード

このうち、重要そうなもの（赤文字）だけ説明します。

Pinクラス

GPIOピンへのデジタル制御（ON/OFF）で使用。
（例）LEDの点灯

ピン番号（＋入出力）を指定して、インスタンス（オブジェクト）を生成
ON/OFFを入出力

from machine import Pin

# ピン #0 を出力ピンとして作成
p0 = Pin(0, Pin.OUT)

# 値をロー、ハイと順に設定
p0.value(0)
p0.value(1)

# ピン #2 をプルアップ抵抗付きの入力ピンとして作成
p2 = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# ピンの値を読み込んで表示
print(p2.value())

# ピン #0 を入力モード＆プルダウン抵抗指定で再設定
p0.init(p0.IN, p0.PULL_DOWN)

# irq コールバックを設定
p0.irq(lambda p:print(p))

ADCクラス

アナログ値（電圧の変動）をデジタル値に変換して取得。
（例）ボリューム値の取得

チャンネル（ピン）を指定してインスタンス（オブジェクト）を生成
- 各チャンネルがどのGPIOピンに割り当てられているのかは、ハードウェアによる
現在値の読み込み
- uint（0～65,535でスケーリング）、または、マイクロボルト値

from machine import ADC

adc = ADC(pin)        # 指定のピンで動作する ADC オブジェクトを作成
val = adc.read_u16()  # 生のアナログ値を 0-65535 の範囲で読込み
val = adc.read_uv()   # アナログ値をマイクロボルトで読込み

PWMクラス

パルス幅を変調した信号を出力。
（例）LEDの明るさの制御

ピンを指定して、インスタンス（オブジェクト）を生成
周波数、パルス幅を指定

from machine import PWM

pwm = PWM(pin)          # 指定のピンの PWM オブジェクトを作成
pwm.duty_u16(32768)     # パルス幅を 50% に設定

# 200us の周期、デューティ比を 5us で再初期化
pwm.init(freq=5000, duty_ns=5000)

pwm.duty_ns(3000)       # 3us のパルス幅を設定

pwm.deinit()

UARTクラス

二重（送受信）シリアル通信を実装。
バイトデータ（文字など）をやり取りする感じ。

（例）CO2センサー（MH-Z19Cなど）との通信

ピンを指定して、インスタンス（オブジェクト）を生成
通信速度、ビット数などを設定
複数バイトを送受信

from machine import UART

uart = UART(1, 9600)                         # 与えたボーレートで初期化
uart.init(9600, bits=8, parity=None, stop=1) # 与えたパラメータで初期化

uart.read(10)       # 10文字を読み込んで、bytes 型オブジェクトを返す
uart.read()         # 可能な限り文字を読み込む
uart.readline()     # 1行を読み込む
uart.readinto(buf)  # 読み込んで、与えたバッファに格納
uart.write('abc')   # 3文字を書き込む

SPIクラス（SoftSPIクラス）

同期通信を実装。
バイナリデータをやり取りする感じ。
ソフトウェアSPIも可。

（例）OLEDディスプレイ（SSD1306など）との通信

IDを指定して、インスタンス（オブジェクト）を生成
- 各IDがどのGPIOピンに割り当てられているのかは、ハードウェアによる
通信速度、ビット数などを設定
複数バイトを送受信

from machine import SPI, Pin

spi = SPI(0, baudrate=400000)           # 周波数 400kHz で SPI ペリフェラル 0 を作成
                                        # ユースケースによっては、追加のパラメータが必要な場合があります。使用するバスの
                                        # 特性やピンを選択するための追加のパラメータが必要になる場合があります。
cs = Pin(4, mode=Pin.OUT, value=1)      # ピン 4 でチップセレクトを作成。

try:
    cs(0)                               # ペリフェラルを選択。
    spi.write(b"12345678")            # 8 バイトを書き出し、受信データについては無視。
finally:
    cs(1)                               # ペリフェラルを選択解除。

try:
    cs(0)                               # ペリフェラルを選択。
    rxdata = spi.read(8, 0x42)          # 0x42 をバイトごとに書き出しながら、合計 8 バイトを読み込む。
finally:
    cs(1)                               # ペリフェラルを選択解除。

rxdata = bytearray(8)
try:
    cs(0)                               # ペリフェラルを選択。
    spi.readinto(rxdata, 0x42)          # 0x42 をバイトごとに書き出しながら、合計 8 バイトを指定場所に読み込む。
finally:
    cs(1)                               # ペリフェラルを選択解除。

txdata = b"12345678"
rxdata = bytearray(len(txdata))
try:
    cs(0)                               # ペリフェラルを選択。
    spi.write_readinto(txdata, rxdata)  # バイト列の書出しと読込みを同時に行う。
finally:
    cs(1)                               # ペリフェラルを選択解除。

I2Cクラス

2線式プロトコルでの通信を実装。
使い方的にはSPIと似た感じ。

（例）加速度センサー（ADXL345など）との通信

インスタンス（オブジェクト）を生成
- 生成時には特にID等は指定しない
通信速度、ビット数などを設定
複数バイトを送受信
- 送受信時に、相手（ID）を指定

from machine import I2C

i2c = I2C(freq=400000)          # ポートに依存して 400kHz の周波数でI2Cペリフェラルを
                                # 作成します。使用するペリフェラルやピンを選択するために
                                # 追加のパラメータが必要になる場合があります

i2c.scan()                      # ペリフェラルをスキャンし、7ビットアドレスのリストを返します

i2c.writeto(42, b'123')         # 7ビットアドレス 42 のペリフェラルに３バイトを書き込みます
i2c.readfrom(42, 4)             # 7ビットアドレス 42 のペリフェラルから４バイトを読み込みます

i2c.readfrom_mem(42, 8, 3)      # スレーブ 42 のメモリから、ペリフェラルのメモリアドレス 8 で
                                #   始まる３バイトを読み込みます
i2c.writeto_mem(42, 2, b'\x10') # スレーブ 42 のメモリの、ペリフェラルのメモリアドレス 2 で
                                #   始まるところに２バイトを書き込みます

最後に

machineモジュール以外にも、ファイルアクセスやネットワーク関連のモジュールのことも知っておいた方がいいけど、ここではここまでにしておきます。

おまけ

C/C++党だけど、何かと（環境構築とか）楽なので、Python派に流れそう．．．
しかも、ESP32もMicroPythonが動くのね。知らなかった。

MicroPython「machine」モジュールを調べてみる