บทเรียน 2.1 — โมดูล gpio: LED ปุ่ม และบอร์ดที่บอกได้ว่ามีอะไร

เริ่มจากของที่เราเคยแตะแล้ว

เปิดบอร์ด แตะการ์ด Controls แล้วแตะวงกลมสีบนจอ หลอด LED จริงบนบอร์ดติดตามนิ้วเรา (การ์ดนี้มีเฉพาะ Eva Kit — ทีมที่ถือ Dev Kit ให้รัน 11_lights_and_a_button.py ซ้ำอีกรอบแล้วมองหลอดแทน ได้เห็นสิ่งเดียวกัน: ของจริงเปลี่ยนสถานะเพราะคำสั่ง)

บทเรียน 1.1–1.3 เราเรียกสิ่งนี้ว่า "แตะกระจกแล้วของจริงเปลี่ยนสถานะ" วันนี้เราจะทำสิ่งเดียวกัน แต่ไม่ผ่านนิ้ว

วันนี้เราจะสั่งไฟดวงเดียวกันนี้ด้วยลูปที่ทีมเขียนเอง — บทเรียน 1.1–1.3 เรารัน 11_lights_and_a_button.py ไปแล้ว และเห็นไฟติดจริง แต่นั่นคือโค้ดที่เขียนมาให้ วันนี้เราเปิดโมดูล gpio ออกดูให้ครบทุกคำสั่ง แล้วประกอบลูปของเราขึ้นมาใหม่

หน้า Controls (บน Eva Kit) เป็นโปรแกรมที่คนอื่นเขียนไว้ให้ พอจบชุดบทเรียนนี้เราจะมีโปรแกรมของเราเองที่ทำงานกับหลอดไฟและปุ่มเดียวกัน โดยไม่ต้องพึ่งหน้านั้นอีก — และรันได้ทั้งสองบอร์ด

ของบนบอร์ดไม่ได้เป็นของหน้าจอไหนเป็นเจ้าของ — ใครสั่งก่อนก็ได้ไป

จากชุดบทเรียนก่อนหน้า — บันไดสามขั้นของบทเรียน 1.4–1.6 ยังอยู่ในมือเรา

ทบทวนสั้น ๆ ก่อนลืม เพราะท้ายบทเรียนเราต้องใช้ทุกขั้น

• wifi.connect() บล็อกได้นานราว 85 วินาทีถ้าวงนั้นไม่มีในห้อง ป้าย "กำลังต่อ" จึงต้องขึ้นจอก่อนบรรทัดนี้
• wifi.ip() ที่ยังได้ "0.0.0.0" แปลว่ามีลิงก์แต่ยังไม่มีที่อยู่ ส่งอะไรออกไม่ได้
• mqtt.publish() ตอนสายหลุดไม่ได้คืน False มันโยน OSError · get_message() มีช่องเดียว ใบใหม่ทับใบเก่า

บอร์ดยังต่อ Hotspot มือถือของทีม เหมือนบทเรียน 1.4–1.6 (WiFi ขององค์กรต้อง login บอร์ดใช้ไม่ได้) WIFI_SSID WIFI_PASS ในไฟล์ 07 กับ 08 ใช้ชื่อกับรหัสชุดเดิม · ชุดบทเรียนนี้ใช้ broker สาธารณะ broker.hivemq.com พอร์ต 1883 และชื่อทีมที่ผู้สอนแจก (team01 ถึง team19) ไฟล์ท้ายบทเรียนตั้งต้นเป็น TEAM = "teamXX" และไม่ยอมรันจนกว่าจะแก้ ใช้ชื่อทีมคนอื่นเมื่อไร บอร์ดของทีมนั้นถูกเตะหลุดทันที

วันนี้ครึ่งแรกเป็นเรื่องบนโต๊ะล้วน ๆ ไฟ ปุ่ม และเวลา พอนับปุ่มได้ตรงแล้ว เราค่อยส่งมันออกไป

ทำไม · คืออะไร · ทำยังไง — แผนที่ของชุดบทเรียนนี้

ปลายทางที่จับต้องได้ — ไฟทุกดวงบนบอร์ดวิ่งไล่กันตามจังหวะที่ทีมตั้ง (Eva 3 ดวง · Dev Kit 5 ดวง — โค้ดชุดเดียวกัน) และทุกครั้งที่กดปุ่มบนบอร์ด ตัวเลขบนจอเพิ่มขึ้นหนึ่ง

บทเรียน 1.1–1.3 เห็นไฟติดจากโค้ดที่เราเขียนให้ · ชุดบทเรียนนี้เป็นคนเขียนลูปที่สั่งมันเอง

เป้าหมายของชุดบทเรียนนี้

1. สั่ง LED บนบอร์ดด้วย gpio.led(n) ได้ทั้ง เปิด ปิด สลับสถานะ และสั่งด้วยตัวเลขที่คำนวณได้
2. อ่านปุ่มจริงด้วย gpio.button(0).is_pressed() แล้วบอกได้ว่า polling คืออะไร
3. เขียนลูปที่คุมจังหวะด้วย time.sleep_ms() และ time.ticks_ms()/ticks_diff() เป็น
4. อธิบายได้ว่าทำไมปุ่มถึง "เด้ง" และแก้ด้วยซอฟต์แวร์ได้
5. บอกได้ว่าโมดูล gpio มีอะไรอยู่ทั้งโมดูล และตัวไหนตอบ "สิ่งที่วัดได้" ตัวไหนตอบแค่ "สิ่งที่เราสั่งไป"
6. รู้จักกับดักชื่อของเฟิร์มแวร์ตัวนี้ — ชื่อที่โค้ดคืนกับป้ายบนแผ่นวงจรไม่ใช่ตัวเดียวกัน และรู้ว่าทำไมถึงจงใจให้เป็นแบบนั้น

ปลายทางของวันนี้: ไฟทุกดวงบนบอร์ดวิ่งไล่กันตามจังหวะที่ทีมตั้งเอง และทุกครั้งที่กดปุ่มบนบอร์ด ตัวเลขบนจอเพิ่มขึ้นหนึ่ง

บทเรียน 1.1–1.3 เราเห็นไฟติดจากตัวอย่างที่เขียนมาให้ · ชุดบทเรียนนี้เราเป็นคนเขียนลูปที่สั่งมันเอง และรู้ว่าทุกคำสั่งในโมดูลนี้ทำอะไร

ปลายทางของชุดบทเรียนนี้ — แผงคุมไฟวิ่งที่คุยกับบอร์ดรู้เรื่อง

• บนซ้าย ไฟบนบอร์ดตามจำนวนที่ถามบอร์ดเอาเอง: Eva Kit ตอบ 3 ดวง · Dev Kit ตอบ 5 ดวง ดวงที่สว่างบนจอคือดวงที่โค้ดสั่ง — จอสะท้อนคำสั่ง ไม่ใช่ค่าที่ขาอ่านกลับมา
• บนขวา ปุ่มกับตัวนับการกด — ชื่อ USER Button 1 คือชื่อที่เฟิร์มแวร์ตอบ ไม่ใช่ป้ายที่พิมพ์บนแผ่นวงจร และบอร์ดสองรุ่นพิมพ์ต่างกัน (สไลด์ "กับดักชื่อ" เล่าว่าทำไม)
• ล่าง ปุ่มสัมผัส "เดินไฟวิ่ง" กับ "หยุดไฟวิ่ง" และเวลาที่เหลือของรอบ 30 วินาที

ผลลัพธ์จริงอยู่ที่ LED บนตัวบอร์ด ที่ไล่ดวงอยู่ จอบอกแค่ว่าโค้ดสั่งอะไร และนับการกดได้กี่ครั้ง

สองชุดบทเรียนที่ผ่านมาเราสะสมอะไรไว้บ้าง

บทเรียน 1.1–1.3 เป็นบทเรียนเดินชมของ เราไล่ดูว่าไลบรารีชุดนี้มีอะไรบ้าง และหนึ่งในนั้นคือ 11_lights_and_a_button.py ที่ สั่งหลอดไฟจริงและอ่านปุ่มจริงไปแล้ว — ไฟไล่ทีละดวง หรี่ความสว่างด้วย hold() แล้วรอปุ่ม

บทเรียน 1.4–1.6 เราส่งค่าจากบอร์ดออกไปถึงเครื่องอื่น และรับคำสั่งกลับมาจุดไฟบนบอร์ดนี้ ระหว่างทางได้อ่านเลข IP ของมัน แยก "ต่อติดตอนนั้น" ออกจาก "ยังต่ออยู่ตอนนี้" แล้วเขียนกฎของเราเองว่าลิงก์แบบไหนถึงเรียกว่าใช้งานได้

พูดให้ตรง: วันนี้ไม่ใช่ครั้งแรกที่เราสั่งไฟ ครั้งแรกอยู่ในบทเรียน 1.1–1.3 แล้ว สิ่งที่ต่างคือบทเรียนนั้นเรา รันของที่เขียนมาให้ เพื่อดูว่าบอร์ดทำอะไรได้บ้าง วันนี้เราเปิดฝาโมดูล gpio ออกดูทั้งใบ แล้วเขียนลูปควบคุมของทีมเราเอง

สามอย่างที่บทเรียน 1.1–1.3 ให้เห็นผ่าน ๆ แล้ววันนี้จะรู้จริง: เมื่อไร hold() ถึงจำเป็น · ทำไม duty() ถึงเชื่อไม่ได้ · และ ทำไม ปุ่มที่กดครั้งเดียวถึงนับได้หลายครั้ง

เครื่องมือเดิมที่ยังใช้ต่อ: lcd.print() กับ markup, time.sleep_ms(), ลูป for และหน้า Playground

ทุกบทเรียนต่อจากนี้จะมีลูปหลักเป็นแกน — วันนี้คือลูปแรกของเรา

โมดูล gpio — สี่บรรทัดที่คุมของจริงได้

import gpio
gpio.led(0).on()        # ติดค้าง
gpio.led(0).off()       # ดับ
gpio.led(1).toggle()    # สลับสถานะจากเดิม
gpio.led(2).value(1)    # สั่งด้วยตัวเลข 1 = ติด, 0 = ดับ
gpio.led(2).brightness(50)   # หรี่เป็นเปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟ 0-100
pressed = gpio.button(0).is_pressed()   # True ตอนที่นิ้วกดอยู่

gpio.led(n) ไม่ต้อง init ไม่ต้องบอกขา ไม่ต้องตั้งโหมด — เฟิร์มแวร์จัดการให้ตอนเรียกครั้งแรก · .name() ขอชื่อของหลอดตามที่เฟิร์มแวร์รู้จัก — เดี๋ยวจะเจอว่าชื่อนี้มีเรื่อง

n ใช้ได้ตั้งแต่ 0 ถึง gpio.num_leds() - 1 — Eva Kit 3 ดวง (0-2) · Dev Kit 5 ดวง (0-4) นอกช่วงได้ ValueError ทันที · ดวงไหนสีอะไร และดวงไหนมองเห็นบนบอร์ดที่ประกอบแล้ว ให้สั่ง on() ทีละดวงแล้วดูที่บอร์ดของทีม (ในบันทึกการเรียน) — บน Dev Kit หลอด LED1/LED2 อยู่บนโมดูล ดวง RGB คือดวง 2-4

.brightness(pct) ไม่ได้ลดแรงดันที่ขา แต่ สลับติด-ดับเร็วกว่าที่ตาจับได้ แล้วปล่อยให้ตาเห็นเป็นค่าเฉลี่ย ภาพนิ่งอธิบายเรื่องนี้ไม่ได้ ต้องดูสองภาพซ้ายตอนมันเคลื่อน — ซ้าย สัดส่วนเวลาติดต่อหนึ่งคาบคือสิ่งเดียวที่เปลี่ยน · ขวา เส้นค่าเฉลี่ยไต่ตามความกว้างพัลส์ "ความสว่างที่ตาเห็น" คือค่าเฉลี่ย ไม่ใช่ค่าที่ขาส่งออกจริง (ภาพ: "PWM duty cycle with label" สาธารณสมบัติ · "PWM gemiddelde waarde" โดย Jef daems CC0 1.0 — Wikimedia Commons)

on()/off() เมื่อรู้ว่าอยากได้สถานะไหน · toggle() เมื่อแค่อยากกลับด้าน · brightness(pct) ค่ากลาง 1-99 เลือกทางตามขาของหลอด: ดวงที่มีเส้น PWM ของฮาร์ดแวร์ (Eva 0-2 · Dev Kit ดวง RGB 2-4) ค้างระดับไว้ ไม่บล็อก · ดวงอื่นได้พัลส์ราว 12 ms แล้วจบด้วยหลอดดับ · ค้างได้ทุกดวงด้วย hold(pct, ms) ซึ่งบล็อกจนครบแล้วจบด้วยหลอดดับ — แต่ถ้าเพิ่งสั่ง brightness() ค่ากลางบนดวง PWM ต้องเรียก off() คั่นก่อน ไม่งั้นขายังถูก PWM ถืออยู่ hold() ไม่เห็นผลและหลอดไม่ดับตอนจบ (03_led_brightness.py ทำแบบนั้น) · brightness(0)/100 ไม่บล็อก และ 100 ทิ้งหลอดติดค้าง · มองหลอดจริงเป็นคนตัดสิน

ทั้งโมดูล gpio มีอยู่เท่านี้ (1/2) — สิบแปดชื่อ ไม่มีมากกว่านี้

สไลด์นี้ไม่ได้ให้ท่อง แต่ให้ รู้ว่าอะไรมีอยู่ จะได้ไม่ไปเขียนของที่ไม่มี แล้วนั่งงงว่าทำไม error

ระดับโมดูล — ห้าฟังก์ชัน สองชนิด (import gpio แล้วเรียกได้เลย)

เมธอดของ LED — แปดตัว · เมธอดของ Button — สามตัว

ทั้งโมดูล gpio มีอยู่เท่านี้ (2/2) — ปุ่ม และของที่ไม่มีให้เรียก

เมธอดของ Button — สามตัว

ของที่เฟิร์มแวร์ตัวนี้ไม่มีให้เรียก — เอกสาร MicroPython ต้นทางมีครบ แต่ที่นี่ไม่มี เรียกไปได้ AttributeError เหมือนกันหมด แม้เหตุผลจะไม่เหมือนกัน

ไม่มี machine.PWM ให้เรียกจาก Python ก็จริง แต่ฝั่งเฟิร์มแวร์ brightness() ต่อดวง RGB เข้ากับ TCPWM ในตัวชิปให้แล้ว (ตาราง s_led_pwm_routes ใน modgpio.c) ดวงที่ไม่มีเส้นนั้นเท่านั้นที่ต้องกะพริบขาเองด้วยซอฟต์แวร์ — ดังนั้นการหรี่ไฟทำผ่าน gpio ไม่ใช่ผ่าน machine

เห็นคำตอบใน Stack Overflow ที่ขึ้นต้นด้วย machine.PWM(...) เมื่อไร ให้รู้ทันทีว่าคำตอบนั้นไม่ใช่ของบอร์ดเรา

ให้บอร์ดตอบเองว่ามีอะไรอยู่

info = gpio.board_info()
...
n = gpio.num_leds()        # 3 หรือ 5 แล้วแต่บอร์ด
...
for i in range(n):
    gpio.led(i).off()
...
print("board_info() =", info)
# Eva Kit:  {'name': 'PSoC Edge Eval Kit', 'leds': 3, 'buttons': 1,
#            'led_names': ['LED1', 'LED2', 'RGB_RED'], 'btn_names': ['USER Button 1']}
# Dev Kit:  {'name': 'PSoC Edge AI Dev Kit', 'leds': 5, 'buttons': 1,
#            'led_names': ['LED1', 'LED2', 'RGB_RED', 'RGB_BLUE', 'RGB_GREEN'], 'btn_names': ['USER Button 1']}

นิสัยที่ดีของงาน embedded คือ ถามอุปกรณ์ ไม่ใช่เดาจากความจำ — for i in range(3) จะพังเงียบ ๆ เมื่อย้ายไปบอร์ดที่มีห้าดวง (ซึ่งคือ Dev Kit ในห้องนี้) แต่ for i in range(n) ย้ายไปแล้วยังถูก (gpio.num_buttons() ตอบ 1 ทั้งสองบอร์ด) · สังเกตชื่อในรายการให้ดี 'RGB_RED' บน Eva กับ 'USER Button 1' บนทั้งสองบอร์ด — สองชื่อนี้ไม่ตรงกับสิ่งที่ตาเห็นหรือป้ายที่พิมพ์ไว้ คนละเหตุผลกัน

เขียนโค้ดให้ถามบอร์ด แล้วโค้ดจะรอดตอนย้ายบอร์ด

กับดักชื่อ — เรื่องที่ต้องรู้ก่อนเสียเวลาทั้งบ่าย

Eva Kit: led(0) แดง · led(1) เขียว · led(2) น้ำเงิน — จำจากสายตา ไม่ใช่จากชื่อ · Dev Kit: ดวง RGB คือ 2-4 ตามชื่อใน led_names ส่วน LED1/LED2 อยู่บนโมดูล — ยืนยันด้วยสายตาบนบอร์ดของทีมเหมือนกัน

สองชื่อนี้หลอกด้วยเหตุผลคนละแบบ RGB_RED มาจากตารางร่วมของเฟิร์มแวร์ที่บอร์ดหลายรุ่นใช้ด้วยกัน ดวงที่สามของ Eva จึงได้ชื่อของดวงแดงบนบอร์ดอื่น · USER Button 1 ตรงกันข้าม มันถูกเลือกโดยตั้งใจให้ไม่ตรงกับป้ายบนแผ่นวงจร เพราะบน Dev Kit คำว่า "SW2" ชี้ไปที่สวิตช์ตัดไฟบนฐาน — ชื่อที่มีไว้ให้คนหาปุ่มด้วยนิ้ว ต้องไม่พาไปกดของผิดชิ้น (เหตุผลเขียนไว้ใน modgpio.c ตรงตารางปุ่ม) · สิ่งที่วิศวกรทำคือ ทดลองหนึ่งครั้งแล้วจดไว้ ไม่ใช่เถียงกับเอกสาร

อย่าให้ชื่อตัวแปรของทีมเราสืบทอดความสับสนต่อ — หาดัชนีดวงน้ำเงินครั้งเดียว (ตาเห็น หรือชื่อ RGB_BLUE ถ้าบอร์ดมี) แล้วตั้งชื่อว่า LED_BLUE ไปเลย · ส่วนปุ่ม ให้ป้ายบนจอพิมพ์ btn.name() ออกมาตรง ๆ คนก้มดูบอร์ดกับคนมองโค้ดจะได้เรียกปุ่มเดียวกันด้วยชื่อเดียวกัน