MicroPython + Raspberry PICO

MicroPython es una implementación del lenguaje de programación Python 3, escrita totalmente en C y optimizada para poder ejecutarse en la mememoria de un microcontrolador.
Realmente es un compilador completo del lenguaje Python y un motor e intérprete en tiempo de ejecución, que funciona en el hardware del microcontrolador, el programa se ejecuta en la memoria Flash como cualquier otro programa en C. Al usuario se le presenta una línea de comandos interactiva que soporta la ejecución inmediata de órdenes. Se incluye una selección de bibliotecas fundamentales de Python con soporte para módulos que permiten al programador el acceso al hardware en bajo nivel. Originalmente lo creó el programador y físico australiano Damien George y en la actualidad MicroPython soporta un amplio número de arquitecturas basadas en ARM, Arduino, PIC, ESPxx y también plataformas de IOT.

Raspberry PI Pico.

Es una nueva placa con un microcontrolador que ha diseñado la fundación Raspberry. Un nuevo producto que se une a los ya existentes y que se parece más a Arduino que a cualquier placa Raspberry PI anterior.
Además, guarda otra gran sorpresa que ha sorprendido a todos, y va más allá de su reducido tamaño, magnífica eficiencia o su precio igual o inferior a un Arduino y es que la Fundación Raspberry ha diseñando su propio chip, el RP2040 que integra dos núcleos Cortex M0 y una frecuencia de  reloj de 133 Mhz.
Siendo la primera vez que no han usado los chips de Broadcom como en otras placas, sino que lo han diseñado ellos mismos.
Un diseño creado en casa para potenciar esta placa ultra-pequeña y ultra fina y diseñada para proyectos donde el tamaño y el consumo sea importante, como algunas aplicaciones empotradas o embebidas de robótica, industria, automoción, aplicaciones médicas, estaciones meteorológicas, etc.
La pequeña placa cuenta además con 264 kB de memoria SRAM y 2MB de Flash On-Board, puertos SPI, I2C, UART, canales A/D, etc,
mas todo el poder de dos núcleos ARM Cortex M0.
La verdad es que si se  considera el costo de esta placa, su desempeño y velocidad es sin duda una opción muy interesante para todo tipo de proyectos.

Raspberry Pico & Micropython.

Sin duda una gran combinación, todo el poder de los núcleos Cortex bajo el control de Python y con la posibilidad de utilizar los módulos Python para una gran variedad de sensores y dispositivos periféricos. En el siguiente vídeo se puede ver el manejo de un sensor BME280, una pantalla LCD de 20 caracteres y cuatro líneas, todo conectado a Raspberry Pico bajo el control de MicroPython. 

El módulo para el control del sensor es el siguiente:

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from machine import I2C
import time
 
# BME280 default address.
BME280_I2CADDR = 0x76
 
# Operating Modes
BME280_OSAMPLE_1 = 1
BME280_OSAMPLE_2 = 2
BME280_OSAMPLE_4 = 3
BME280_OSAMPLE_8 = 4
BME280_OSAMPLE_16 = 5
 
# BME280 Registers
 
BME280_REGISTER_DIG_T1 = 0x88  # Trimming parameter registers
BME280_REGISTER_DIG_T2 = 0x8A
BME280_REGISTER_DIG_T3 = 0x8C
 
BME280_REGISTER_DIG_P1 = 0x8E
BME280_REGISTER_DIG_P2 = 0x90
BME280_REGISTER_DIG_P3 = 0x92
BME280_REGISTER_DIG_P4 = 0x94
BME280_REGISTER_DIG_P5 = 0x96
BME280_REGISTER_DIG_P6 = 0x98
BME280_REGISTER_DIG_P7 = 0x9A
BME280_REGISTER_DIG_P8 = 0x9C
BME280_REGISTER_DIG_P9 = 0x9E
 
BME280_REGISTER_DIG_H1 = 0xA1
BME280_REGISTER_DIG_H2 = 0xE1
BME280_REGISTER_DIG_H3 = 0xE3
BME280_REGISTER_DIG_H4 = 0xE4
BME280_REGISTER_DIG_H5 = 0xE5
BME280_REGISTER_DIG_H6 = 0xE6
BME280_REGISTER_DIG_H7 = 0xE7
 
BME280_REGISTER_CHIPID = 0xD0
BME280_REGISTER_VERSION = 0xD1
BME280_REGISTER_SOFTRESET = 0xE0
 
BME280_REGISTER_CONTROL_HUM = 0xF2
BME280_REGISTER_CONTROL = 0xF4
BME280_REGISTER_CONFIG = 0xF5
BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA = 0xF7
BME280_REGISTER_TEMP_DATA = 0xFA
BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA = 0xFD
 
 
class Device:
  """Class for communicating with an I2C device.
 
  Allows reading and writing 8-bit, 16-bit, and byte array values to
  registers on the device."""
 
  def __init__(self, address, i2c):
    """Create an instance of the I2C device at the specified address using
    the specified I2C interface object."""
    self._address = address
    self._i2c = i2c
 
  def writeRaw8(self, value):
    """Write an 8-bit value on the bus (without register)."""
    value = value & 0xFF
    self._i2c.writeto(self._address, value)
 
  def write8(self, register, value):
    """Write an 8-bit value to the specified register."""
    b=bytearray(1)
    b[0]=value & 0xFF
    self._i2c.writeto_mem(self._address, register, b)
 
  def write16(self, register, value):
    """Write a 16-bit value to the specified register."""
    value = value & 0xFFFF
    b=bytearray(2)
    b[0]= value & 0xFF
    b[1]= (value>>8) & 0xFF
    self.i2c.writeto_mem(self._address, register, value)
 
  def readRaw8(self):
    """Read an 8-bit value on the bus (without register)."""
    return int.from_bytes(self._i2c.readfrom(self._address, 1),'little') & 0xFF
 
  def readU8(self, register):
    """Read an unsigned byte from the specified register."""
    return int.from_bytes(
        self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 1),'little') & 0xFF
 
  def readS8(self, register):
    """Read a signed byte from the specified register."""
    result = self.readU8(register)
    if result > 127:
      result -= 256
    return result
 
  def readU16(self, register, little_endian=True):
    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, with the
    specified endianness (default little endian, or least significant byte
    first)."""
    result = int.from_bytes(
        self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 2),'little') & 0xFFFF
    if not little_endian:
      result = ((result << 8) & 0xFF00) + (result >> 8)
    return result
 
  def readS16(self, register, little_endian=True):
    """Read a signed 16-bit value from the specified register, with the
    specified endianness (default little endian, or least significant byte
    first)."""
    result = self.readU16(register, little_endian)
    if result > 32767:
      result -= 65536
    return result
 
  def readU16LE(self, register):
    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in little
    endian byte order."""
    return self.readU16(register, little_endian=True)
 
  def readU16BE(self, register):
    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in big
    endian byte order."""
    return self.readU16(register, little_endian=False)
 
  def readS16LE(self, register):
    """Read a signed 16-bit value from the specified register, in little
    endian byte order."""
    return self.readS16(register, little_endian=True)
 
  def readS16BE(self, register):
    """Read a signed 16-bit value from the specified register, in big
    endian byte order."""
    return self.readS16(register, little_endian=False)
 
 
class BME280:
  def __init__(self, mode=BME280_OSAMPLE_1, address=BME280_I2CADDR, i2c=None,
               **kwargs):
    # Check that mode is valid.
    if mode not in [BME280_OSAMPLE_1, BME280_OSAMPLE_2, BME280_OSAMPLE_4,
                    BME280_OSAMPLE_8, BME280_OSAMPLE_16]:
        raise ValueError(
            'Unexpected mode value {0}. Set mode to one of '
            'BME280_ULTRALOWPOWER, BME280_STANDARD, BME280_HIGHRES, or '
            'BME280_ULTRAHIGHRES'.format(mode))
    self._mode = mode
    # Create I2C device.
    if i2c is None:
      raise ValueError('An I2C object is required.')
    self._device = Device(address, i2c)
    # Load calibration values.
    self._load_calibration()
    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, 0x3F)
    self.t_fine = 0
 
  def _load_calibration(self):
 
    self.dig_T1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_T1)
    self.dig_T2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T2)
    self.dig_T3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T3)
 
    self.dig_P1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_P1)
    self.dig_P2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P2)
    self.dig_P3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P3)
    self.dig_P4 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P4)
    self.dig_P5 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P5)
    self.dig_P6 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P6)
    self.dig_P7 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P7)
    self.dig_P8 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P8)
    self.dig_P9 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P9)
 
    self.dig_H1 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H1)
    self.dig_H2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_H2)
    self.dig_H3 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H3)
    self.dig_H6 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H7)
 
    h4 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H4)
    h4 = (h4 << 24) >> 20
    self.dig_H4 = h4 | (self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) & 0x0F)
 
    h5 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H6)
    h5 = (h5 << 24) >> 20
    self.dig_H5 = h5 | (
        self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) >> 4 & 0x0F)
 
  def read_raw_temp(self):
    """Reads the raw (uncompensated) temperature from the sensor."""
    meas = self._mode
    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL_HUM, meas)
    meas = self._mode << 5 | self._mode << 2 | 1
    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, meas)
    sleep_time = 1250 + 2300 * (1 << self._mode)
 
    sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575
    sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575
    time.sleep_us(sleep_time)  # Wait the required time
    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA)
    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 1)
    xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 2)
    raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4
    return raw
 
  def read_raw_pressure(self):
    """Reads the raw (uncompensated) pressure level from the sensor."""
    """Assumes that the temperature has already been read """
    """i.e. that enough delay has been provided"""
    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA)
    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 1)
    xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 2)
    raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4
    return raw
 
  def read_raw_humidity(self):
    """Assumes that the temperature has already been read """
    """i.e. that enough delay has been provided"""
    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA)
    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA + 1)
    raw = (msb << 8) | lsb
    return raw
 
  def read_temperature(self):
    """Get the compensated temperature in 0.01 of a degree celsius."""
    adc = self.read_raw_temp()
    var1 = ((adc >> 3) - (self.dig_T1 << 1)) * (self.dig_T2 >> 11)
    var2 = ((
        (((adc >> 4) - self.dig_T1) * ((adc >> 4) - self.dig_T1)) >> 12) *
        self.dig_T3) >> 14
    self.t_fine = var1 + var2
    return (self.t_fine * 5 + 128) >> 8
 
  def read_pressure(self):
    """Gets the compensated pressure in Pascals."""
    adc = self.read_raw_pressure()
    var1 = self.t_fine - 128000
    var2 = var1 * var1 * self.dig_P6
    var2 = var2 + ((var1 * self.dig_P5) << 17)
    var2 = var2 + (self.dig_P4 << 35)
    var1 = (((var1 * var1 * self.dig_P3) >> 8) +
            ((var1 * self.dig_P2) >> 12))
    var1 = (((1 << 47) + var1) * self.dig_P1) >> 33
    if var1 == 0:
      return 0
    p = 1048576 - adc
    p = (((p << 31) - var2) * 3125) // var1
    var1 = (self.dig_P9 * (p >> 13) * (p >> 13)) >> 25
    var2 = (self.dig_P8 * p) >> 19
    return ((p + var1 + var2) >> 8) + (self.dig_P7 << 4)
 
  def read_humidity(self):
    adc = self.read_raw_humidity()
    # print 'Raw humidity = {0:d}'.format (adc)
    h = self.t_fine - 76800
    h = (((((adc << 14) - (self.dig_H4 << 20) - (self.dig_H5 * h)) +
         16384) >> 15) * (((((((h * self.dig_H6) >> 10) * (((h *
                          self.dig_H3) >> 11) + 32768)) >> 10) + 2097152) *
                          self.dig_H2 + 8192) >> 14))
    h = h - (((((h >> 15) * (h >> 15)) >> 7) * self.dig_H1) >> 4)
    h = 0 if h < 0 else h
    h = 419430400 if h > 419430400 else h
    return h >> 12
 
  @property
  def temperature(self):
    "Return the temperature in degrees."
    t = self.read_temperature()
    ti = t // 100
    td = t - ti * 100
    return "{}.{:02d}c".format(ti, td)
 
  @property
  def pressure(self):
    "Return the temperature in hPa."
    p = self.read_pressure() // 256
    pi = p // 100
    pd = p - pi * 100
    return "{}.{:02d}hPa".format(pi, pd)
 
  @property
  def humidity(self):
    "Return the humidity in percent."
    h = self.read_humidity()
    hi = h // 1024
    hd = h * 100 // 1024 - hi * 100
    return "{}.{:01d}%".format(hi, hd)

El control del LCD y lectura del sensor lo realiza el siguiente código MicroPython:

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from machine import Pin, I2C
from time import sleep
import BME280
import utime
 
# Define the i2c interface on pins 1 and 2. Ground is taken from pin 3 and 3.3v from pin 36 (3V3(OUT))
sda = machine.Pin(0)  # GP_0
scl = machine.Pin(1)  # GP_1
 
i2c = machine.I2C(0, sda=sda, scl=scl, freq=100000)
#-------------------------------------------------
class LCD(object):
    # Pinout en uso para el LCD
    PINS = [2, 3, 4, 5, 6, 7]
    # Denominación de pines (no cambiar)
    PIN_NAMES = ['RS','E','D4','D5','D6','D7']
 
    # Diccionario de pines
    pins = {}
 
    # Pin en modo push-pull
    PIN_MODE = Pin.OUT
   
    LCD_WIDTH = 20 # LCD 2004 tiene 20 caracteres por 4 lineas
    # Designación para el modo caracter o comando
    LCD_CHR = True
    LCD_CMD = False
 
    LINES = {
        0: 0x80, # Dirección de la primer linea en RAM 
        1: 0xC0, # Dirección de la segunda linea en RAM
        2: 0x94, # Dirección de la tercer linea en RAM
        3: 0xD4  # Dirección de la cuarta linea en RAM
    }
 
    # Constantes de tiempos
    E_PULSE = 1
    E_DELAY = 1
 
    def init(self):
        # Configurar pines
        for pin, pin_name in zip(self.PINS, self.PIN_NAMES):
            self.pins['LCD_'+pin_name] = Pin(pin, self.PIN_MODE)
        # Iniciar display
        self.lcd_byte(0x33,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x32,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x28,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x0C,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x06,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x01,self.LCD_CMD)
 
    def clear(self):
        # Limpiar pantalla
        self.lcd_byte(0x01,self.LCD_CMD)
 
    def set_line(self, line):
        # Definir la linea donde se escribira
        self.lcd_byte(self.LINES[line], self.LCD_CMD)
 
    def set_string(self, message):
        # Envio de una caena de texto
        m_length = len(message)
        if m_length < self.LCD_WIDTH:
            short = self.LCD_WIDTH - m_length
            blanks=str()
            for i in range(short):
                blanks+=' '
            message+=blanks
        for i in range(self.LCD_WIDTH):
            self.lcd_byte(ord(message[i]), self.LCD_CHR)
 
    def lcd_byte(self, bits, mode):
        # Envía un byte de datos
        # bits = data
        # mode = True  para caracter
        #        False para comando
 
        self.pin_action('LCD_RS', mode) # RS
 
        # Parte alta de los bits
        self.pin_action('LCD_D4', False)
        self.pin_action('LCD_D5', False)
        self.pin_action('LCD_D6', False)
        self.pin_action('LCD_D7', False)
        if bits&0x10==0x10:
            self.pin_action('LCD_D4', True)
        if bits&0x20==0x20:
            self.pin_action('LCD_D5', True)
        if bits&0x40==0x40:
            self.pin_action('LCD_D6', True)
        if bits&0x80==0x80:
            self.pin_action('LCD_D7', True)
 
        # Toggle el pin 'Enable'
        self.udelay(self.E_DELAY)
        self.pin_action('LCD_E', True)
        self.udelay(self.E_PULSE)
        self.pin_action('LCD_E', False)
        self.udelay(self.E_DELAY)
 
        # Parte baja de los bits
        self.pin_action('LCD_D4', False)
        self.pin_action('LCD_D5', False)
        self.pin_action('LCD_D6', False)
        self.pin_action('LCD_D7', False)
        if bits&0x01==0x01:
            self.pin_action('LCD_D4', True)
        if bits&0x02==0x02:
            self.pin_action('LCD_D5', True)
        if bits&0x04==0x04:
            self.pin_action('LCD_D6', True)
        if bits&0x08==0x08:
            self.pin_action('LCD_D7', True)
 
        # Toggle el pin 'Enable' 
        self.udelay(self.E_DELAY)
        self.pin_action('LCD_E', True)
        self.udelay(self.E_PULSE)
        self.pin_action('LCD_E', False)
        self.udelay(self.E_DELAY)
        
    def udelay(self, us):
        # Esperar microsegundos
        utime.sleep_ms(us)
 
    def pin_action(self, pin, high):
        # Cambiar pines alto o bajo
        if high:
            self.pins[pin].value(1)
        else:
            self.pins[pin].value(0)
 
display = LCD()
display.init()
display.set_line(0)
display.set_string("--------------------")
display.set_line(1)
display.set_string("--------------------")
display.set_line(2)
display.set_string("--------------------")
display.set_line(3)
 
while True:
  bme = BME280.BME280(i2c=i2c)
  temp = bme.temperature
  hum = bme.humidity
  pres = bme.pressure
  # Descomentar para grados Fahrenheit
  #temp = (bme.read_temperature()/100) * (9/5) + 32
  #temp = str(round(temp, 2)) + 'F'
  print('Temperatura: ', temp)
  print('Humedad: ', hum)
  print('Presion: ', pres)
  display.set_line(0)
  display.set_string("Temperatura:" + temp)
  display.set_line(1)
  display.set_string("Humedad:" + hum)
  display.set_line(2)
  display.set_string("Presion:" + pres)
  display.set_line(3)
  display.set_string("www.firtec.com.ar")
 
  sleep(5)

Para programar y editar el código utilizamos Thonny, si bien su funcionamiento es muy básico, con el podemos realizar todas las tareas con MicroPython y una gran variedad de dispositivos. Como se ve en la siguiente imagen, en la consola podemos ver lo mismo que en la pantalla LCD vinculada a la placa. Thonny resulta interesante para hacer un seguimiento del estado funcional de la electrónica bajo prueba independiente de lo que estemos viendo en la pantalla LCD.

Material extraído de nuestro libro "Electrónica con MicroPython".