MicroPython硬件接口大全：SPI、I2C、UART和PWM详解
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/micropython MicroPython作为嵌入式Python实现，为微控制器提供了强大的硬件接口控制能力。本文深入解析MicroPython中最常用的四种硬件接口：SPI、I2C、UART和PWM，帮助开发者快速掌握这些关键技术的应用。
MicroPython硬件接口
🔧 SPI接口 - 高速串行通信
SPI（Serial Peripheral Interface）是嵌入式系统中广泛使用的高速全双工同步串行通信协议。MicroPython通过machine.SPI类提供了完整的SPI支持。
主要特性：
- 支持主模式和从模式
- 可配置时钟极性和相位
- 最高传输速率可达数十MHz
- 支持DMA传输
基本用法示例：
from machine import SPI, Pin
# 初始化SPI主设备
spi = SPI(0, baudrate=1000000, polarity=0, phase=0, sck=Pin(18), mosi=Pin(19), miso=Pin(16))
# 发送数据
data_to_send = b'Hello SPI!'
spi.write(data_to_send)
# 接收数据
received_data = spi.read(10)
📡 I2C接口 - 双线制通信
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种简单的双向二线制同步串行总线，适合连接多个设备。
核心优势：
- 只需要两根线（SDA和SCL）
- 支持多主多从架构
- 内置地址识别机制
- 相对较低的传输速率
实际操作演示：
from machine import I2C, Pin
# 初始化I2C主设备
i2c = I2C(0, scl=Pin(21), sda=Pin(22), freq=400000)
# 扫描总线上的设备
devices = i2c.scan()
print("发现的I2C设备:", devices)
# 向设备0x50写入数据
i2c.writeto(0x50, b'\x00\x01\x02')
# 从设备读取数据
data = i2c.readfrom(0x50, 4)
📶 UART接口 - 通用异步收发
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是最常用的异步串行通信接口，广泛应用于调试和外部设备连接。
关键功能：
- 异步通信，无需时钟线
- 可配置波特率、数据位、停止位
- 支持硬件流控制（RTS/CTS）
- 内置FIFO缓冲区
典型应用场景：
from machine import UART
# 初始化UART
uart = UART(1, baudrate=115200, tx=33, rx=32, timeout=1000)
# 发送字符串
uart.write("Hello UART!\r\n")
# 接收数据
if uart.any():
data = uart.read()
print("收到数据:", data)
⚡ PWM输出 - 脉冲宽度调制
PWM（Pulse Width Modulation）通过调节脉冲宽度来控制模拟设备，是控制电机、LED亮度等的核心技术。
核心概念：
- 占空比控制输出电平
- 频率决定脉冲速度
- 支持硬件PWM和软件PWM
- 精确的定时控制
实用代码示例：
from machine import Pin, PWM
import time
# 创建PWM对象控制LED
pwm = PWM(Pin(2), freq=1000, duty=512)
# 呼吸灯效果
for duty in range(0, 1024, 10):
pwm.duty(duty)
time.sleep_ms(10)
for duty in range(1023, -1, -10):
pwm.duty(duty)
time.sleep_ms(10)
# 关闭PWM
pwm.deinit()
🎯 接口选择指南
| 接口类型 | 适用场景 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| SPI | 高速数据传输、存储器、显示屏 | 速度快、全双工 | 引脚占用多 |
| I2C | 传感器、RTC、EEPROM | 引脚少、多设备 | 速度较慢 |
| UART | 调试、GPS、蓝牙模块 | 简单、通用 | 异步、无时钟 |
| PWM | 电机控制、LED调光、音频 | 精确控制、模拟输出 | 需要滤波 |
🔍 高级技巧与最佳实践
1. 中断处理
MicroPython的所有硬件接口回调都在中断上下文中执行，确保代码简洁高效。
2. 电源管理
合理配置接口在不使用时进入低功耗模式，显著延长电池寿命。
3. 错误处理
try:
i2c.writeto(device_addr, data)
except OSError as e:
print("I2C通信错误:", e)
4. 性能优化
- 使用DMA传输减少CPU占用
- 合理设置缓冲区大小
- 避免频繁的初始化/去初始化操作
📊 实际项目应用
智能家居传感器网络：
- 使用I2C连接温湿度传感器
- SPI接口读取SD卡存储数据
- UART与WiFi模块通信
- PWM控制环境灯光亮度
机器人控制系统：
- PWM精确控制舵机和电机
- I2C读取姿态传感器数据
- SPI与高速处理器通信
- UART用于调试和监控
🚀 总结
MicroPython的硬件接口设计简洁而强大，让嵌入式开发变得更加高效。通过熟练掌握SPI、I2C、UART和PWM这四大接口，您可以轻松构建各种复杂的嵌入式系统。记住选择适合项目需求的接口，并遵循最佳实践，就能开发出稳定可靠的嵌入式应用。
开始您的MicroPython硬件接口之旅吧！🚀
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
