MicroPython 入门到实战：让Python跑在单片机与嵌入式设备上

一、MicroPython 简介与核心特点

MicroPython 是一款专门为微控制器、嵌入式硬件、物联网设备量身定制的精简版 Python 3 解释器，由剑桥大学教授 Damien George 主导开发，采用 MIT License 开源许可，可自由商用、修改与分发。

它完整保留了 Python 简洁易用、语法清晰的核心特性，同时深度裁剪了不必要的功能，专门适配内存极小、算力有限的嵌入式硬件，能够直接运行在 ESP32、ESP8266、STM32、RP2040（树莓派 Pico）等主流单片机上。

1.1 工作原理

MicroPython 本质是一个可烧录到硬件 Flash 中的固件。将固件刷入开发板后，开发板就拥有了 Python 运行环境，用户可以通过串口、WebREPL 等方式直接输入 Python 代码，由板载的 MicroPython 解释器实时解释执行，无需像传统嵌入式开发那样经过复杂的编译、链接、下载过程，极大降低了嵌入式开发门槛。

1.2 优点

语法与标准 Python 高度兼容，学习成本极低
支持交互式运行，代码即写即测，开发效率远超 C 语言
内置丰富硬件驱动库，可直接控制 GPIO、I2C、SPI、UART、WiFi、蓝牙等硬件
资源占用极低，可在几十KB内存、几十MHz主频的硬件上流畅运行
开源免费，生态完善，社区活跃，资料丰富

1.3 缺点

执行效率低于编译型语言（如 C/C++），不适合超高频实时控制场景
功能裁剪后，部分标准 Python 库无法直接使用
对硬件有一定适配要求，并非所有单片机都支持

二、MicroPython 环境搭建与固件烧录

2.1 准备工作

想要使用 MicroPython，需要准备：

支持 MicroPython 的开发板（本文以最常用的 ESP32 为例）
USB 数据线
电脑（Windows / macOS / Linux 均可）
烧录工具与串口工具

2.2 安装烧录工具

我们使用 esptool.py 来给 ESP32 烧录 MicroPython 固件，它是 Python 编写的开源烧录工具，直接通过 pip 安装即可：

pip install esptool

安装完成后，在命令行输入以下命令验证是否安装成功：

esptool.py version

2.3 下载对应固件

前往 MicroPython 官方下载页面，选择自己开发板对应的固件，以 ESP32 为例：

下载后缀为 .bin 的稳定版固件
保存到电脑本地，方便后续烧录

2.4 擦除原有固件

在烧录新固件前，建议先擦除开发板原有程序，避免冲突：

esptool.py --chip esp32 erase_flash

执行后等待提示擦除成功即可。

2.5 烧录 MicroPython 固件

将下载好的固件文件拖入命令行，替换路径，执行烧录命令：

esptool.py --chip esp32 --port COM3 write_flash -z 0x1000 你的固件路径.bin

COM3 为开发板在电脑上的串口号，Windows 可在设备管理器查看
烧录完成后，开发板就成功搭载了 MicroPython 环境

三、MicroPython 基础使用：交互式命令行

3.1 连接开发板

烧录完成后，我们可以通过串口工具连接开发板，常用工具有：

PuTTY
Tera Term
Thonny（推荐，自带 MicroPython 支持）

本文推荐使用 Thonny，简单易用，适合新手。

打开 Thonny
点击右上角「运行」→「选择解释器」
选择「MicroPython (ESP32)」，选择对应串口
点击确定，即可自动连接

连接成功后，下方 Shell 窗口会出现 >>> 提示符，代表已经进入 MicroPython 交互式环境。

3.2 基础交互测试

在交互式环境中，可以直接输入 Python 代码，实时执行：

# 输出 Hello World
print("Hello MicroPython!")

# 基础运算
1 + 2
5 * 8
10 / 2

# 定义变量
name = "MicroPython"
print("I love", name)

这些代码与标准 Python 完全一致，新手可以快速上手。

四、GPIO 控制：点亮 LED（最经典入门案例）

控制硬件是 MicroPython 的核心用途，GPIO 控制是嵌入式开发的基础，下面实现点亮与闪烁 LED。

4.1 硬件连接

大多数 ESP32 开发板自带板载 LED，通常连接在 GPIO2 引脚，无需外接电路，直接使用。

4.2 点亮 LED 代码

# 导入 Pin 类
from machine import Pin
# 定义 LED 引脚，设置为输出模式
led = Pin(2, Pin.OUT)
# 输出高电平，点亮 LED
led.value(1)

代码解释：

machine 是 MicroPython 核心模块，提供硬件控制功能
Pin 用于操作 GPIO 引脚
Pin.OUT 代表将引脚设置为输出模式
value(1) 输出高电平，点亮 LED；value(0) 输出低电平，熄灭 LED

4.3 LED 闪烁代码

加入延时函数，实现 LED 循环闪烁：

from machine import Pin
import time

# 初始化 LED
led = Pin(2, Pin.OUT)

# 无限循环
while True:
    led.value(1)  # 点亮
    time.sleep(0.5)  # 延时 0.5 秒
    led.value(0)  # 熄灭
    time.sleep(0.5)  # 延时 0.5 秒

代码解释：

time.sleep(秒数) 用于延时，单位为秒
while True 实现无限循环，让 LED 持续闪烁

将代码复制到 Thonny 中，点击运行，即可看到开发板 LED 不停闪烁。

五、按键输入检测

MicroPython 不仅可以输出控制硬件，还可以读取外部输入信号，下面实现按键控制 LED。

5.1 硬件连接

按键一端接 GPIO0
按键另一端接 GND

5.2 按键检测代码

from machine import Pin
import time

led = Pin(2, Pin.OUT)
# 初始化按键，上拉输入模式
key = Pin(0, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

while True:
    # 读取按键电平
    if key.value() == 0:  # 按键按下
        time.sleep_ms(20)  # 消抖
        if key.value() == 0:
            led.value(not led.value())  # 翻转 LED 状态
            while key.value() == 0:  # 等待按键松开
                pass
    time.sleep_ms(10)

代码解释：

Pin.PULL_UP 开启内部上拉电阻，未按下时为高电平，按下为低电平
time.sleep_ms(20) 毫秒级延时，用于消除按键抖动
led.value(not led.value()) 实现 LED 状态翻转

按下按键，LED 状态切换；再次按下，状态再次切换，非常直观。

六、WiFi 连接与网络请求（物联网基础）

ESP32 自带 WiFi 功能，MicroPython 提供了便捷的 WiFi 控制库，可以轻松连接路由器、发送 HTTP 请求，实现物联网功能。

6.1 连接 WiFi 代码

import network
import time

# WiFi 名称和密码
ssid = "你的WiFi名称"
password = "你的WiFi密码"

# 初始化 STA 模式（连接路由器）
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)

# 连接 WiFi
if not wlan.isconnected():
    print("正在连接 WiFi...")
    wlan.connect(ssid, password)
    # 等待连接成功
    while not wlan.isconnected():
        time.sleep(0.5)

print("WiFi 连接成功")
print("网络信息:", wlan.ifconfig())

代码解释：

network.STA_IF 为客户端模式，用于连接路由器
wlan.active(True) 开启 WiFi
wlan.isconnected() 判断是否连接成功
wlan.ifconfig() 返回 IP 地址、子网掩码、网关、DNS

运行后，开发板即可连接路由器，并打印出获取到的 IP 地址。

6.2 发送 HTTP 请求

连接网络后，可以请求网页接口，获取数据：

import urequests

# 发送 GET 请求
response = urequests.get("http://httpbin.org/get")
# 打印返回内容
print(response.text)
# 关闭连接
response.close()

代码解释：

urequests 是 MicroPython 简化版的 requests 库
get() 发送 HTTP GET 请求
response.text 获取返回的文本数据

通过该功能，可以获取天气、时间、服务器数据等，实现物联网设备的数据交互。

七、PWM 调光：呼吸灯效果

PWM（脉冲宽度调制）是嵌入式常用技术，可用于 LED 调光、电机调速。下面使用 PWM 实现呼吸灯效果。

7.1 呼吸灯代码

from machine import Pin, PWM
import time

# 初始化 PWM，绑定 GPIO2，频率 1000Hz
pwm_led = PWM(Pin(2), freq=1000)

while True:
    # 逐渐变亮
    for i in range(0, 1024):
        pwm_led.duty(i)
        time.sleep_ms(1)
    # 逐渐变暗
    for i in range(1023, -1, -1):
        pwm_led.duty(i)
        time.sleep_ms(1)

代码解释：

PWM 用于创建 PWM 对象
freq 设置 PWM 频率
duty(值) 设置占空比，范围 0~1023
循环修改占空比，实现呼吸灯效果

运行后，LED 会像呼吸一样，缓慢变亮再缓慢变暗，效果流畅。

八、I2C 驱动 OLED 显示屏

MicroPython 支持大量外设驱动，I2C 是最常用的通信协议之一，下面驱动 0.96 寸 OLED 屏幕显示文字。

8.1 硬件连接

VCC → 3.3V
GND → GND
SDA → GPIO21
SCL → GPIO22

8.2 OLED 驱动代码

首先需要上传 OLED 驱动文件（ssd1306.py），然后编写主代码：

from machine import Pin, I2C
from ssd1306 import SSD1306_I2C
import time

# 初始化 I2C
i2c = I2C(0, sda=Pin(21), scl=Pin(22), freq=400000)
# 初始化 OLED，分辨率 128*64
oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# 清屏
oled.fill(0)

# 显示文字
oled.text("MicroPython", 0, 0)
oled.text("Hello World", 0, 16)
oled.text("GPIO:2", 0, 32)
oled.text("OLED Test", 0, 48)

# 刷新显示
oled.show()

代码解释：

I2C 初始化 I2C 通信
SSD1306_I2C 驱动 OLED 屏幕
text(内容, x坐标, y坐标) 在指定位置显示文字
show() 将缓存内容显示到屏幕

运行后，OLED 屏幕会显示多行文字，可用于显示传感器数据、设备状态等信息。

九、综合实战：WiFi 环境监测终端

结合前面所学知识，制作一个WiFi 环境监测终端，实时采集温度数据并显示在 OLED 屏幕上，同时连接 WiFi 准备上传数据。

9.1 功能说明

连接 WiFi
采集内部温度数据（ESP32 自带温度传感器）
在 OLED 屏幕上实时显示温度与 WiFi 信息
LED 闪烁代表系统运行

9.2 完整代码

from machine import Pin, PWM, I2C
from ssd1306 import SSD1306_I2C
import network
import time
import esp

# WiFi 信息
SSID = "你的WiFi名称"
PASSWORD = "你的WiFi密码"

# 硬件初始化
led = Pin(2, Pin.OUT)
i2c = I2C(0, sda=Pin(21), scl=Pin(22), freq=400000)
oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# WiFi 连接函数
def connect_wifi():
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print("正在连接 WiFi...")
        wlan.connect(SSID, PASSWORD)
        while not wlan.isconnected():
            led.value(1)
            time.sleep(0.2)
            led.value(0)
            time.sleep(0.2)
    print("WiFi 连接成功")
    return wlan.ifconfig()[0]

# 主程序
def main():
    ip = connect_wifi()
    oled.fill(0)
    oled.text("WiFi Connected", 0, 0)
    oled.text("IP:" + ip, 0, 16)
    oled.show()
    time.sleep(2)

    while True:
        # 读取温度
        temp = esp32.raw_temperature()
        temp_c = (temp - 32) / 1.8  # 转摄氏度

        # 显示数据
        oled.fill(0)
        oled.text("IP:" + ip[:15], 0, 0)
        oled.text("Temp: {:.1f} C".format(temp_c), 0, 16)
        oled.text("Running...", 0, 48)
        oled.show()

        # 运行指示灯
        led.value(1)
        time.sleep(0.1)
        led.value(0)
        time.sleep(1)

if __name__ == "__main__":
    main()

该案例整合了 WiFi、OLED、GPIO、温度读取，是非常典型的物联网终端项目，可在此基础上扩展湿度传感器、气压传感器、光照传感器等，制作完整的环境监测站。

一、MicroPython 简介与核心特点

1.1 工作原理

1.2 优点

1.3 缺点

二、MicroPython 环境搭建与固件烧录

2.1 准备工作

2.2 安装烧录工具

2.3 下载对应固件

2.4 擦除原有固件

2.5 烧录 MicroPython 固件

三、MicroPython 基础使用：交互式命令行

3.1 连接开发板

3.2 基础交互测试

四、GPIO 控制：点亮 LED（最经典入门案例）

4.1 硬件连接

4.2 点亮 LED 代码

4.3 LED 闪烁代码

五、按键输入检测

5.1 硬件连接

5.2 按键检测代码

六、WiFi 连接与网络请求（物联网基础）

6.1 连接 WiFi 代码

6.2 发送 HTTP 请求

七、PWM 调光：呼吸灯效果

7.1 呼吸灯代码

八、I2C 驱动 OLED 显示屏

8.1 硬件连接

8.2 OLED 驱动代码

九、综合实战：WiFi 环境监测终端

9.1 功能说明

9.2 完整代码

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