[Toc] # 第11章 micro:bit 今天，墨博士向小墨介紹了一種開發板：micro:bit，這是一種可以使用Python直接操作的硬件。在本章中，墨博士就向小墨展示了Python操作micro:bit的方法，并做出了幾個小應用，一起來看看吧。 ## 11.1 micro:bit是什么 墨博士：小墨，你來看這是什么東西？  圖11.1 micro:bit 小墨：這個……，沒見過。 墨博士：這個東西叫micro:bit，是一款由英國廣播電視公司（BBC）推出的專為青少年編程教育設計的微型電腦開發板。我看很不錯，就入手了一個，正好咱們可以一塊玩玩。 小墨：這個micro:bit能做什么呀？ 墨博士：你可別小看它。它雖然很小，但集成了種類豐富的電子模塊：5x5的LED顯示屏，兩顆可編程按鍵，加速度計，電子羅盤，溫度光線傳感器等。  圖11.2 micro:bit電子模塊介紹 小墨：這么強大呢！ 墨博士：除了自身集成的電子模塊外，它還能外接很多電子元件，讓你輕松完成如電子游戲、遙控小車、音樂播放、可穿戴設備等場景下的開發。 小墨：厲害厲害！那這個東西到底怎么玩呢？ ## 11.2 micro:bit在線開發平臺 墨博士：micro:bit的常用開發方式有兩種。一種是使用MakeCode，這是微軟為micro:bit提供的在線編程平臺，如下圖11.3所示。  圖11.3 MakeCode在線編程平臺 它最大的特點是提供了圖形化的編程方式，讓新手也能很快上手制作出一些好玩的程序來。 另一種方式是使用PythonEditor，這也是一個在線編程平臺，如圖11.4所示。  圖11.4 PythonEditor在線編程平臺 從PythonEditor的名字就可以看出，這個編程平臺其實就相當于一個Python的編輯器，也就是說它使用Python作為開發語言。這是它與MakeCode最大的區別。 **注意**：嚴格來說PythonEditor使用MicroPython而不是Python作為開發語言，而MicroPython可以看做是Python語言應用在硬件領域的特殊版。 > 墨博士提醒：你可能需要使用最新版的谷歌瀏覽器chrome來訪問PythonEditor。 小墨：我們今天用哪種方式呢？ 墨博士：你已經學習了很多Python的知識，可以直接選擇第二種方式了，代碼的方式也比圖形化的方式更靈活、更強大。 小墨：好，正好練練手。不過我們編寫的程序如何運行到micro:bit上去呢？ 墨博士：首先通過usb線將micro:bit連接到你的電腦上，此時電腦中多了個MICROBIT的盤符。如圖11.5所示。  圖11.5 micro:bit連接上電腦后，就跟插了一個U盤一樣 然后你看PythonEditor的左上角有個download按鈕，它的作用是將你編寫好的代碼轉成micro:bit能識別的格式并下載下來。下載好后把下載的文件直接拷貝到MICROBIT磁盤中，這樣你寫的程序就自動運行起來了。 小墨：哦，那如果我寫了好多個程序呢？ 墨博士：當新的程序被拷貝到MICROBIT磁盤后，micro:bit就開始運行新的程序了，這個過程就相當于新程序把老程序給覆蓋了，也即同一時刻只能運行一個程序。 好了，我們實際來操作一下，看看這個平臺的使用。 ## 11.3 micro:bit的使用 老規矩，我們還是從micro:bit的Hello World說起。 ### 11.3.1 Hello World 在PythonEditor中編寫如下代碼： ``` from microbit import * display.scroll("Hello, World!") ``` 第1句表示將microbit中的所有內容全部導入。這個microbit就是MicroPython中自帶的操作micro:bit的庫。 第2句的表示在顯示器上滾動顯示字符串“Hello，World!”。 編寫好代碼后可以在右側輸入框中輸入一個名稱，比如我這里寫成hello，如圖11.6所示。  圖11.6 在PythonEditor中編寫代碼并保存為hello 這個名稱將作為你下載或保存的文件的名稱。 點擊download按鈕，就會下載一個hello.hex文件，將此文件拷貝到MICROBIT磁盤中，就可以在micro:bit上看到程序的運行結果了。 除了scroll外，另外一個常用來顯示字符的方法是show()： ``` display.show("Hello, World!") ``` 它和scroll的區別是scroll是滾動顯示“Hello, World!”的每個字符，而show是逐個顯示“Hello, World!”中的每個字符。 > 動動手：動手實際操作比較下scroll和show的區別。 ### 11.3.2 內置圖案 除了字符外，還可以顯示一些小圖案在屏幕上。MicroPython內置了很多小圖案，比如： ``` from microbit import * display.show(Image.HAPPY) ``` 就用于在屏幕上顯示一個笑臉。運行結果如圖11.7所示。  圖11.7 笑臉顯示在micro:bit的顯示器上 其他常用內置小圖案有： ``` # 內置圖案 Image.HEART Image.HEART_SMALL Image.HAPPY Image.SMILE Image.SAD Image.CONFUSED Image.ANGRY Image.ASLEEP Image.SURPRISED Image.SILLY Image.FABULOUS Image.MEH Image.YES Image.NO …… ``` ### 11.3.3 自定義圖案 小墨：博士，除了能顯示這些內置的圖案外，我們自己能控制屏幕上的這25個LED燈嗎？如果可以的話我們就能自己畫一些圖案出來了。 墨博士：你想畫什么呢？ 小墨：我想畫一輛坦克，或者一挺沖鋒槍。 墨博士：自定義圖案，使用類似如下代碼： ``` from microbit import * my_img = Image("00900:00900:09990:09990:09990") display.show(my_img) ``` my_img就是我們自定義的圖案了。這里的“00900:00900:09990:09990:09990”就對應25個LED燈，每五個一組，一共分五組。每個LED對應的數字可以取0~9中的任意一個，表示LED的亮度。數字越大表示越亮，數字為0表示燈是暗的。 上述的“00900:00900:09990:09990:09990”其實就是一個坦克的圖案，如圖11.8所示。  圖11.8 自定義坦克圖案 > 動動手：請幫助小墨顯示一挺機槍的圖案出來。 ### 11.3.4 動畫 墨博士：小墨，你聽說過逐幀動畫嗎？ 小墨：聽墨哥哥說過。據他所說，有些動畫片就是一幀一幀畫出來的。 墨博士：如果我們在micro:bit的顯示屏上交替顯示兩種圖片，也就變成了逐幀動畫了： ``` from microbit import * my_img_0 = Image("00900:09990:00900:09090:90009") my_img_1 = Image("00900:09990:00900:00900:00900") img_list = [my_img_0, my_img_1] display.show(img_list, delay=500, loop=True) ``` 你來運行一下，看看效果。 小墨：一個小人兒走路的動畫！這個跟紅綠燈路口人行道交通燈中的小人兒差不多。如圖11.9和11.10所示  圖11.9 站立的小人兒  圖11.10 行走的小人 墨博士：來看看實現的過程：show()的第一個參數是兩個圖案組成的list；第二個參數delay=500表示兩張圖的替換間隔，單位是毫秒，一秒等于一千毫秒；第三個參數loop=True表示兩張圖一直交替顯示，就相當于死循環。事實上，我們確實也可以使用死循環來制作這種動畫效果。 比如我們來模擬一個螢火蟲的發光過程：把這25個LED燈整體看做是一個螢火蟲，然后讓它逐漸從暗到亮，到最亮后再逐漸從亮到暗，如此反復。 分析一下：螢火蟲從暗到亮，其實是LED燈對應的數字由“00000:00000:00000:00000:00000”變成“11111:11111:11111:11111:11111”、“22222:22222:22222:22222:22222”，然后再逐漸變成“99999:99999:99999:99999:99999”的過程。螢火蟲從亮變暗的過程反之。我們可以先定義一個函數，用于產生這些數字： ``` def get_image(n): result = '' for i in range(5): for j in range(5): result += str(n) result += ':' return result[0:len(result)-1] ``` 這里的參數n就是LED燈的亮度，可以打印測試一下： ``` print(get_image(1)) ``` 輸出結果為： ``` 11111:11111:11111:11111:11111 ``` 來分析一下這段代碼，它使用了雙重for循環來生成數據，程序的運行流程為： ``` # 外層循環開始第一輪循環 # 內層循環開始第一輪循環，產生了5個相同的數字并且拼接在一起 # 此時內層循環第一輪循環結束 # 將產生的5個數字后面拼接上一個冒號 # 此時結束外層循環的第一輪 # 開始外層循環的第二輪循環 # …… 后面過程省略 # 外層循環的第5輪結束。 ``` 雙重for循環結束，我們會得到類似“11111:11111:11111:11111:11111:”的字符串，也就是最后面多了個冒號。 把這個冒號去掉方法很多，但最簡單的是使用切片操作符。切片操作符用于取list或tuple中的部分元素，比如： ``` list_name = ['墨小小', '墨小妹', '墨大元', '墨當歸', '墨魚兒'] print(list_name[0:2]) ``` 輸出結果為： ``` ['墨小小', '墨小妹'] ``` 這里的list_name[0:2]就是對list_name的切片操作。[0:2]表示從下標為0的元素開始切，切到下標為2的元素為止，但是**不包括**下標為2的元素。也即切出來了第1個和第2個元素，所以輸出結果是墨小小和墨小妹。 小墨：這個就像墨媽媽切黃瓜，我只吃頭不吃把兒，她就把黃瓜頭切給我。 墨博士：跟切黃瓜差不多，指定開始和結束位置就行了。如果是想從頭開始切，第一個數可以不寫。比如list_name[:2]一樣可以得到墨小小和墨妹妹。而如果我想從某個下標開始一直切到最后，則后面一個數可以不寫。比如list_name[3:]就表示從下標為3的元素開始切到最后，得到的結果是墨當歸和墨魚兒。 小墨：切片的規則還真是靈活呀，指定頭和尾的下標，如果從頭開始就頭部坐標不指定，如果切到最后就最后下標不指定。 墨博士：還有更強大的：Python中的list支持負下標。負下標是從-1開始的，倒數第一個元素的負下標是-1，倒數第二個元素的負下標是-2，以此類推。 小墨：這個前面曾說過，list_name[-1]會得到墨魚兒、list_name[-2]就得到墨當歸。 墨博士：是的。同樣的，切片也可以使用負坐標。比如list_name[-3:-1]就表示從下標為-3的元素取到下標為-1的元素，不包括下標為-1的元素本身，得到墨大元和墨當歸。list_name[-3:]則表示從下標為-3的元素開始取到最后，會得到墨大元、墨當歸和墨魚兒。 小墨：我知道了。list_name[:-3]就表示從開頭取到下標為-3的墨大元，會得到墨小小和墨小妹，沒錯吧博士？ 墨博士：沒錯。回到我們模擬螢火蟲的程序，現在得到的字符串是“11111:11111:11111:11111:11111:”，如何把最后一個冒號去掉呢？ 小墨：這個字符串長度是30，所以使用result[0:29]從0切到29就可以了。哦，原來這就是你寫的result[0:len(result)-1]。我再想想……，還可以使用負下標切，從開始切到最后一位，用result[:-1]就可以了。 等等，博士，關于產生25個LED對應的數字的方式，我突然有個新思路： ``` def get_image(n): result = '' for i in range(1, 26): result += str(n) if i % 5 == 0: result += ':' return result[:-1] ``` 你看，就不需要寫兩個for循環了。或者我可以直接拼接29次，省去切片的麻煩： ``` def get_image(n): result = '' for i in range(1, 30): if i % 6 == 0: result += ':' else: result += str(n) return result ``` 怎么樣博士？我厲害吧？ 墨博士：厲害！青出于藍而勝于藍，維護世界和平，哦不，人工智能的未來，就靠你們了。 回到我們的螢火蟲程序，現在get_image()函數已經能生成LED對應的數字了。想讓螢火蟲能從暗到亮，可以使用循環生成0~9，然后調用get_image()方法得到對應的LED的數字，顯示在顯示屏上。 ``` for i in range(10): img = get_image(i) display.show(Image(img)) sleep(200) ``` 這里的sleep(200)和小人兒走路程序中的delay=500作用一樣，表示暫停200毫秒，這樣配合著循環我們就能看到螢火蟲逐漸變亮的過程了。 然后再來寫一個循環，產生9~0對應的數字并顯示在顯示屏上，就能讓螢火蟲由亮變暗了。 最后，在兩個for循環外套一層死循環，就能讓螢火蟲一直不停的由暗變亮，由亮變暗了。完整代碼如下： ``` from microbit import * import random def get_image(n): result = '' for i in range(1, 30): if i % 6 == 0: result += ':' else: result += str(n) return result while True: for i in range(10): img = get_image(i) display.show(Image(img)) sleep(200) for i in range(10): img = get_image(9 - i) display.show(Image(img)) sleep(200) ``` > 動動手：策劃一個下雨的動畫場景，并使用micro:bit模擬。 ### 11.3.5 按鈕 除了25個LED組成的顯示屏外，micro:bit還提供了兩個按鈕可供我們編程控制。左邊按鈕稱為A，右邊按鈕稱為B。見圖11.2所示。 現在我們來寫個程序，完成下面功能： 當點擊A鍵時，屏幕上一直快速的在動態變化顯示0~9； 當點擊B鍵時，動態變化停止，屏幕上固定顯示一個0~9間的數字。 小墨：這個可以和墨妹妹一起玩，我們倆每人一次，最后看誰停住的數字大誰就贏了。 墨博士：不錯的主意！另外，我們還可以讓游戲能一直玩下去： ``` from microbit import * import random def get_image(): return str(random.randint(0,9)) while True: if button_a.is_pressed(): while True: my_img = get_image() display.show(my_img) if button_b.is_pressed(): break ``` 這里的“get_image”用于隨機獲取字符串類型的0~9。“if button_a.is_pressed():”就表示如果按下了A鍵。在“if button_a.is_pressed():”后又跟了一個死循環，用于屏幕一直動態刷新，在此過程中如果按了B鍵，則內部死循環結束，屏幕上顯示最終定格的數字。 ## 11.4 本章小結 墨博士總結：關于micro:bit介紹到這里就結束了。你可以訪問micro:bit的官網繼續深入的了解和學習。另一方面，你看本章操作micro:bit的幾個案例，用的都是很簡單的Python基礎知識，從這方面來說，你現在的Python水平已經能做出各種各樣有趣的東西了。