怎樣通過樹莓派Pico來實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的編程呢？

當(dāng)人們想到「編程」時(shí)，通常很自然地想到軟件。然而，編程不僅僅是和軟件有關(guān)，它還可以通過硬件編程影響現(xiàn)實(shí)物理世界。這也是所謂的物理計(jì)算。顧名思義，物理計(jì)算就是用你的程序控制現(xiàn)實(shí)世界中的事物——硬件，而不是軟件。

當(dāng)你在你的洗衣機(jī)上設(shè)置程序，改變你的可編程恒溫器上的溫度，或按下一個(gè)按鈕交通信號(hào)燈安 全過馬路，你是使用物理計(jì)算。

這些設(shè)備通常是由單片機(jī)控制的，你也可以通過樹莓派 Pico 來實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的編程。

樹莓派 Pico 的引腳

Pico 通過其邊緣一系列的引腳與硬件通信。這些引腳大多是作為通用輸入/輸出（GPIO）引 腳工作，這意味著它們可以被編程作為輸入或輸出，并沒有自己的固定用途。有些引腳有額 外的功能和與更復(fù)雜的硬件通信的模式，另一些則有一個(gè)固定的目的，比如供電和提供連 接的功能。

樹莓派 Pico 的 40 個(gè)引腳被標(biāo)記在板的底部，3 個(gè)也在板的頂部被標(biāo)記有他們的數(shù)字：Pin 1, Pin 2, Pin 39。這些標(biāo)簽幫助你記住編號(hào)是如何排序的：引腳 1 是在左上方，當(dāng)你從上面看板與 microUSB 端口到上面的一邊，引腳 19、20 在左下角，引腳 21、22 在右下角，引腳 39 的右上方與未標(biāo)記的引腳 40 在右上角。

比起使用物理引腳的序號(hào)，更常見的是根據(jù)其在引腳擁有的功能來使用的。下面有幾個(gè)類別的 Pin 類型，每一個(gè)都有一個(gè)特定的功能：

幾個(gè) GPIO 引腳有額外的功能，你將在本站后面的系列教程中了解到。

小貼士：

1、引腳 GP0。就像在 Python 中計(jì)數(shù)一樣，你的 Pico 的 GPIO 引腳從數(shù)字 0 開始而不是數(shù)字 1。標(biāo)記在板的底部，它們從 0 到 29，盡管有些沒有引出作為物理引腳。

2、缺失的引腳。Pico 上的通用輸入/輸出引腳基于其主控芯片（RP2040 微控制器）的引腳進(jìn)行編號(hào)。然而，并不是 RP2040 上所有可用的引腳都被帶到 Pico 上，這就是為什么在最后一個(gè)基本通用引腳 GP22 和第一個(gè)可模擬引腳 GP26_ADC0 之間的編號(hào)存在差距的原因。

3、警告，Pico 的引腳被設(shè)計(jì)成一種有趣且安全的物理計(jì)算實(shí)驗(yàn)方式，但始終要小心對(duì)待。注意不要把 Pico 的兩個(gè)引腳意外或故意直接連接在一起，否則會(huì)引起短路，可能會(huì)使 Pico 報(bào)廢。

電子元件

面包板，也稱為無焊料面包板，可以使物理計(jì)算項(xiàng)目變得容易得多。面包板不是一堆需要用電線連 接的獨(dú)立組件，而是讓你插入組件并通過隱藏在表面下的金屬軌道將它們連接起來。許多電路板還 包括電源分配的部分，使你更容易建立電路。

跳線，也被稱為跳線引線或杜邦線。它們有三個(gè)版本：公對(duì)母線（M2F）、母對(duì)母線（F2F）。如果您不使用面包板，可以使用它將單個(gè)組件連接到 Pico；以及公對(duì)公（M2M），用于將面包板的一部分連接到另一部分。根據(jù)您的項(xiàng)目，您可能需要所有三種類型的跳線；如果你使用的是面包板， 你通?？梢杂?M2F 和 M2M 跳線。

按鈕開關(guān)，也稱為瞬時(shí)開關(guān)、輕觸開關(guān)，是用于控制游戲機(jī)的開關(guān)類型。通常有兩條或四條腳可供選擇。任何一種類型都可以與 Pico 配合使用。按鈕是一種輸入設(shè)備，你可以告訴程序注意它是否被按 下，然后執(zhí)行任務(wù)。另一種常見的開關(guān)類型是鎖定開關(guān)，而按鈕僅在按住按鈕時(shí)處于活動(dòng)狀 態(tài)，而鎖定開關(guān)（就像在光開關(guān)中發(fā)現(xiàn)一樣）在切換一次按鈕時(shí)激活，然后保持活動(dòng)狀態(tài)，直 到再次切換它。

發(fā)光二極管（LED）是輸出設(shè)備，你可以直接從你的程序控制它。當(dāng) LED 燈亮著的時(shí)候，你會(huì)發(fā) 現(xiàn)你的房子里到處都是 LED 燈，從讓你知道你的洗衣機(jī)開機(jī)的小燈到讓你的房間亮起來的大燈。

LED 有各種各樣的形狀、顏色和尺寸，但并非所有 LED 都適合與 Pico 一起使用，避免使用任何表示它們專為 5V 或 12V 電源設(shè)計(jì)的 LED。

電阻器是控制電流流動(dòng)的組件，可使用稱為歐姆（Ω）的單位進(jìn)行測量不同的值。歐姆的數(shù) 量越大，提供的阻力就越大。對(duì)于 Pico 物理計(jì)算項(xiàng)目，它們最常見的用途是防止 LED 產(chǎn)生過多的電流并損壞自己或 Pico。為此，你希望電阻器的額定值約為 330Ω。

壓電式蜂鳴器，通常被稱為蜂鳴器，是另一種輸出設(shè)備。雖然 LED 能發(fā)光，但蜂鳴器卻會(huì)發(fā)出噪音——實(shí)際上是嗡嗡聲。蜂鳴器的塑料外殼內(nèi)是一對(duì)金屬板；當(dāng)接通電源時(shí)，這些平板會(huì)相互振動(dòng)，產(chǎn)生嗡嗡聲。

蜂鳴器有兩種：主動(dòng)蜂鳴器（有源蜂鳴器）和被動(dòng)蜂鳴器（無源蜂鳴器）。確保有一個(gè)活躍的蜂鳴器，因?yàn)檫@是最容易使用的。

電位器是一種你可以在音樂播放器上找到音量控制的組件，可以作為兩個(gè)不同的組件工作。當(dāng)它的三個(gè)引腳中的兩個(gè)連接起來時(shí)，它就充當(dāng)了可變電阻或壓敏電阻，這種電阻可以通過擰旋鈕隨時(shí)調(diào)節(jié)。當(dāng)三個(gè)引腳適當(dāng)?shù)?連接起來，它成為一個(gè)分壓器，并根據(jù)旋鈕的位置就可以輸出從 0V 到全電壓輸入的任何東西。

無源紅外傳感器（PIR），旨在探測所監(jiān)視范圍內(nèi)人體的進(jìn)入和離開。PIR 傳感器通常在 防盜警報(bào)器中看到，以發(fā)現(xiàn)在黑暗中移動(dòng)的人。

I2C 顯示屏是一個(gè)屏幕模塊，通過稱為集成電路（I2C）總線的特殊通信系統(tǒng)與你的 Pico 進(jìn)行通信。此總線允許你的 Pico 控制顯示屏，發(fā)送從文字到圖形的所有內(nèi)容以供其顯示。

其他常見的電氣組件包括電機(jī)，它需要一個(gè)特殊的驅(qū)動(dòng)元件才能連接到你的 Pico，電流傳感 器可以檢測電路使用的功率，跟蹤運(yùn)動(dòng)和方向的慣性測量單元（IMUs），以及光敏電阻（LDRs），通過檢測光而不是發(fā)射它像反向 LED 一樣運(yùn)行的輸入設(shè)備。

你也會(huì)發(fā)現(xiàn)買一個(gè)有多個(gè)隔層的儲(chǔ)物箱很有用，這樣你就可以把你在項(xiàng)目中不用的組件整理完好。如果可以的話，試著找一個(gè)同樣適合面包板的，這樣每次你做完的時(shí)候就可以把所有東西都收拾干凈。

通過讀取電阻上的顏色碼獲取阻值

電阻器的值范圍很廣，從零電阻版本（實(shí)際上只是幾根電線）到發(fā)電站使用的腳大小的版本。但 是，很少有電阻器的數(shù)值是以數(shù)字的形式打印出來的。取而代之的是，電阻器使用一種特殊的代碼，即電阻器周圍的彩色條紋或條帶。

要讀取電阻器的值，將其定位為一組帶在左邊，一個(gè)帶在右邊。從第一個(gè)環(huán)開始，在表的 1st/2nd Band 列中查找它的顏色，以得到第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)字。本例有兩個(gè)橙色的條帶，它們都表示值為 3，總共為 33。

移到第三或第四環(huán)。取決于你的電阻在 Multiplier 列中看它的顏色。這告訴你， 你需要用當(dāng)前數(shù)乘以什么數(shù)才能得到電阻器的實(shí)際值。這個(gè)例子有一個(gè)棕色的條帶，意思是「×10」。橙色帶是 33，加上棕色帶是 0，得到 330，這是電阻的值，單位是歐姆。

最后一個(gè)環(huán)，是電阻的容差。這僅僅是它可能有多接近其評(píng)級(jí)價(jià)值。便宜的電阻可能有一個(gè)銀 帶，表明它可以高于或低于其額定值的 10%，或根本沒有最后一個(gè)帶，表明它可以是 20% 的 高或低；最昂貴的電阻有一個(gè)灰色帶，表明它將在其額定值的 0.05% 之內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)業(yè)余 愛好者的項(xiàng)目來說，準(zhǔn)確性并不是最重要的。

如果你的電阻值超過 1000 歐姆（1000Ω），則通常以千歐（kΩ）級(jí)，如果它超過一百萬歐 姆，那些是兆歐（MΩ）級(jí)。2200Ω 電阻器將寫成 2.2kΩ，2200000Ω 電阻器將被寫成 2.2MΩ。

審核編輯：劉清