單片機(jī)三劍客：ESP32單片機(jī)與Python語言編程

目錄前言第1 章　ESP32 單片機(jī)與編程軟件入門 11.1　概述 11.1.1　ESP32 芯片、模組與開發(fā)板 11.1.2　芯片型號(hào)含義 11.1.3　主要特性 21.1.4　應(yīng)用領(lǐng)域 21.2　ESP32 單片機(jī)開發(fā)板介紹 31.2.1　開發(fā)板的組成 31.2.2　開發(fā)板的電路及說明 31.2.3　ESP32 模組的引腳功能 51.3　單片機(jī)編程軟件的獲取、安裝與使用 61.3.1　Thonny 軟件的獲取與安裝 71.3.2　程序文件的創(chuàng)建與保存 91.3.3　軟件的設(shè)置 101.4　單片機(jī)閃爍點(diǎn)亮LED 的開發(fā)實(shí)例 111.4.1　單片機(jī)閃爍點(diǎn)亮LED 的電路 111.4.2　編寫閃爍點(diǎn)亮LED 的程序 111.4.3　USB-TTL 下載器與驅(qū)動(dòng)程序的安裝 121.4.4　用USB-TTL 下載器連接計(jì)算機(jī)與單片機(jī) 141.4.5　選擇通信端口與查看單片機(jī)中的程序 151.4.6　程序的在線運(yùn)行與下載 161.5　單片機(jī)固件包的獲取與燒錄 171.5.1　從網(wǎng)站下載固件包到計(jì)算機(jī) 181.5.2　燒錄固件包到單片機(jī) 18第2 章　Python 語言入門 212.1　Python 語言基礎(chǔ) 222.1.1　注釋與代碼縮進(jìn) 222.1.2　關(guān)鍵字與標(biāo)識(shí)符 232.1.3　變量和數(shù)據(jù)類型 232.1.4　運(yùn)算符 262.2　序列、列表、元組、字典和集合 292.2.1　序列 292.2.2　列表(list) 312.2.3　元組(tuple) 362.2.4　字典(dict) 382.2.5　集合(set) 402.3　控制語句 432.3.1　if else 語句(選擇控制) 432.3.2　while 語句(循環(huán)控制) 462.3.3　for 語句(循環(huán)控制) 472.3.4　break 語句與continue 語句 492.4　函數(shù) 502.4.1　定義函數(shù)(創(chuàng)建函數(shù)) 502.4.2　函數(shù)的調(diào)用 512.4.3　函數(shù)的嵌套 512.4.4　lambda 表達(dá)式(匿名函數(shù)) 512.4.5　全局變量與局部變量 522.4.6　函數(shù)的參數(shù) 532.4.7　print 函數(shù)介紹 542.5　類與對(duì)象 552.5.1　類的定義格式 562.5.2　創(chuàng)建僅含類屬性的類與類的實(shí)例化 562.5.3　創(chuàng)建含類屬性和類方法的類與類的實(shí)例化 562.5.4　創(chuàng)建類時(shí)使用_ _init_ _ 函數(shù)傳送屬性值 572.5.5　類變量與實(shí)例變量的訪問 572.5.6　類屬性與方法的禁止訪問 582.5.7　父類與子類的使用 592.6　模塊與包 602.6.1　模塊的兩種導(dǎo)入方式 602.6.2　創(chuàng)建模塊并導(dǎo)入使用 602.6.3　查看模塊的信息 612.6.4　math 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊介紹 622.6.5　包的創(chuàng)建與使用 63第3 章　LED、數(shù)碼管和RGB 全彩燈電路及編程實(shí)例 663.1　LED 電路及編程實(shí)例 663.1.1　LED(發(fā)光二極管) 介紹 663.1.2　單片機(jī)連接8 個(gè)LED 的電路 683.1.3　點(diǎn)亮一個(gè)LED 的程序及說明 683.1.4　Pin(引腳) 類及內(nèi)部函數(shù)說明 693.1.5　閃爍點(diǎn)亮一個(gè)LED 的程序及說明 713.1.6　time(時(shí)間) 模塊內(nèi)部函數(shù)說明 713.1.7　LED 流水燈程序及說明 753.2　LED 數(shù)碼管電路及編程實(shí)例 753.2.1　一位LED 數(shù)碼管 753.2.2　多位LED 數(shù)碼管 783.2.3　單片機(jī)使用TM1637 芯片驅(qū)動(dòng)4 位LED 數(shù)碼管的電路 793.2.4　TM1637 模塊的類與函數(shù)說明 813.2.5　4 位LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)的程序及說明 823.3　全彩LED 燈的電路及編程實(shí)例 833.3.1　WS2812B 型全彩LED 燈介紹 833.3.2　單片機(jī)連接5 個(gè)WS2812B 型全彩LED 燈的電路 843.3.3　三基色混色法與顏色的R、G、B 數(shù)值 843.3.4　NeoPixel 類及方法說明 863.3.5　RGB 全彩LED 燈的程序及說明 87第4 章　 按按按按鍵輸入與蜂鳴器、繼電器電路及編程實(shí)例 894.1　按鍵輸入電路及編程實(shí)例 894.1.1　按鍵開關(guān)的抖動(dòng)及解決方法 894.1.2　4 個(gè)按鍵控制4 個(gè)LED 亮滅的單片機(jī)電路 904.1.3　4 個(gè)按鍵控制4 個(gè)LED 亮滅的程序及說明 914.2　蜂鳴器電路及編程實(shí)例 924.2.1　蜂鳴器介紹 924.2.2　單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電路 944.2.3　有源蜂鳴器和無源蜂鳴器發(fā)聲控制的程序及說明 944.3　繼電器電路及編程實(shí)例 964.3.1　繼電器介紹 964.3.2　單片機(jī)繼電器的電路 984.3.3　單片機(jī)控制繼電器電路的程序及說明 98第5 章　 直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及編程實(shí)例 1005.1　直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及編程實(shí)例 1005.1.1　直流電動(dòng)機(jī)介紹 1005.1.2　單片機(jī)使用ULN2003 芯片驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的電路 1025.1.3　按鍵控制直流電動(dòng)機(jī)起停和定時(shí)運(yùn)行的程序及說明 1035.2　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及編程實(shí)例 1035.2.1　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理 1035.2.2　一種五線四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)介紹 1075.2.3　按鍵控制單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電路 1085.2.4　按鍵控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和加減速的程序及說明 1085.3　舵機(jī)的電路及編程實(shí)例 1105.3.1　舵機(jī)的外形、結(jié)構(gòu)與工作原理 1105.3.2　SG90 型舵機(jī)介紹 1125.3.3　Servo 類與函數(shù) 1125.3.4　按鍵控制單片機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)指定角度的電路 1125.3.5　舵機(jī)自動(dòng)和手動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)指定角度的程序及說明 113第6 章　中斷、定時(shí)器與PWM 功能的使用及編程實(shí)例 1156.1　中斷的使用及編程實(shí)例 1156.1.1　中斷與中斷處理函數(shù) 1156.1.2　按鍵中斷輸入控制LED 的電路 1166.1.3　按鍵中斷輸入控制LED 的程序及說明 1166.2　定時(shí)器的使用及編程實(shí)例 1176.2.1　定時(shí)器的類與函數(shù) 1176.2.2　定時(shí)器中斷方式控制LED 的電路 1186.2.3　定時(shí)器中斷方式控制LED 的程序及說明 1186.3　PWM(脈寬調(diào)制) 輸出功能的使用及編程實(shí)例 1206.3.1　PWM 基本原理 1206.3.2　PWM 的類與函數(shù) 1216.3.3　PWM 輸出控制兩個(gè)LED 的電路 1226.3.4　PWM 控制一個(gè)LED 呼吸燈和一個(gè)LED 快慢閃爍燈的程序及說明 123第7 章　ADC 與聲/ 光/ 熱/ 火/ 雨/ 煙傳感器的使用及編程實(shí)例 1257.1　ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器) 的使用及編程實(shí)例 1257.1.1　ADC 的類與函數(shù) 1257.1.2　單片機(jī)檢測(cè)輸入電壓并用4 位數(shù)碼管顯示電壓值的電路 1267.1.3　單片機(jī)檢測(cè)輸入電壓并用數(shù)碼管顯示電壓值的程序及說明 1267.2　聲音傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1297.2.1　聲音傳感器模塊介紹 1297.2.2　單片機(jī)連接聲音傳感器模塊、LED 和4 位數(shù)碼管的電路 1317.2.3　聲音傳感器模塊檢測(cè)聲音、數(shù)碼管顯示音量值及控制LED 的程序及說明 1317.3　光敏傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1337.3.1　光敏傳感器模塊介紹 1337.3.2　單片機(jī)連接光敏傳感器模塊、數(shù)碼管和LED 的電路 1347.3.3　光敏傳感器模塊檢測(cè)光亮度、數(shù)碼管顯示亮度值及控制LED 的程序及說明 1357.4　熱敏傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1367.4.1　熱敏傳感器模塊介紹 1367.4.2　單片機(jī)連接熱敏傳感器模塊、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1377.4.3　 熱敏傳感器檢測(cè)冷熱度、數(shù)碼管顯示冷熱度值及控制蜂鳴器的程序及說明 1387.5　火焰?zhèn)鞲衅髂K的使用與編程實(shí)例 1397.5.1　火焰?zhèn)鞲衅髂K介紹 1397.5.2　單片機(jī)連接火焰?zhèn)鞲衅髂K、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1407.5.3　檢測(cè)火焰強(qiáng)度、數(shù)碼管顯示強(qiáng)度值及控制蜂鳴器的程序及說明 1417.6　雨滴傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1437.6.1　雨滴傳感器模塊介紹 1437.6.2　單片機(jī)連接雨滴傳感器模塊、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1447.6.3　 雨滴傳感器模塊檢測(cè)雨量、數(shù)碼管顯示雨量值及控制蜂鳴器的程序及說明 1457.7　煙霧傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 .1467.7.1　煙霧傳感器模塊介紹 1467.7.2　單片機(jī)連接煙霧傳感器模塊、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1487.7.3　 煙霧傳感器模塊檢測(cè)煙霧濃度、數(shù)碼管顯示煙霧濃度值及控制蜂鳴器的程序及說明 149第8 章　常用傳感器模塊的使用及編程實(shí)例 1518.1　傾斜傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1518.1.1　傾斜傳感器模塊介紹 1518.1.2　單片機(jī)連接傾斜傳感器模塊和LED 的電路 1528.1.3　傾斜傳感器模塊檢測(cè)傾斜控制LED 的程序及說明 1538.2　振動(dòng)傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1538.2.1　振動(dòng)傳感器模塊介紹 1538.2.2　單片機(jī)連接振動(dòng)傳感器模塊和LED 的電路 1548.2.3　振動(dòng)傳感器模塊檢測(cè)振動(dòng)控制LED 的程序及說明 1558.3　干簧管傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1568.3.1　干簧管與干簧管傳感器模塊 1568.3.2　單片機(jī)連接干簧管傳感器模塊和LED 的電路 1578.3.3　干簧管傳感器模塊檢測(cè)磁場(chǎng)控制LED 的程序及說明 1588.4　U 型(對(duì)射型) 光電傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1588.4.1　U 型光電傳感器模塊介紹 1588.4.2　單片機(jī)連接U 型光電傳感器模塊和LED 的電路 1598.4.3　U 型光電傳感器模塊檢測(cè)不透明物控制LED 的程序及說明 1598.5　反射型光電傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1618.5.1　反射型光電傳感器模塊介紹 1618.5.2　單片機(jī)連接反射型光電傳感器模塊和LED 的電路 1618.5.3　反射型光電傳感器模塊檢測(cè)物體控制LED 的程序及說明 1638.6　觸摸開關(guān)模塊的使用與編程實(shí)例 1638.6.1　觸摸開關(guān)模塊介紹 1638.6.2　單片機(jī)連接觸摸開關(guān)模塊和LED 的電路 1658.6.3　觸摸開關(guān)中斷輸入控制LED 的程序及說明 1658.7　霍爾傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1668.7.1　霍爾效應(yīng)與霍爾傳感器 1668.7.2　霍爾傳感器模塊介紹 1688.7.3　單片機(jī)連接霍爾傳感器模塊、4 位數(shù)碼管和LED 的電路 1698.7.4　霍爾傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速值和控制LED 的程序及說明 1698.8　人體熱釋電傳感器模塊的使用與編程實(shí)例 1718.8.1　人體熱釋電傳感器與菲涅爾透鏡 1718.8.2　HC-SR501 型人體熱釋電傳感器模塊介紹 1738.8.3　單片機(jī)連接人體熱釋電傳感器模塊和蜂鳴器的電路 1758.8.4　熱釋電傳感器檢測(cè)人體移動(dòng)控制蜂鳴器的程序及說明 1768.9　旋轉(zhuǎn)編碼器模塊的使用與編程實(shí)例 1768.9.1　旋轉(zhuǎn)編碼器模塊介紹 1768.9.2　單片機(jī)連接旋轉(zhuǎn)編碼器模塊、數(shù)碼管和LED 的電路 1788.9.3　 旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)角/ 轉(zhuǎn)向/ 轉(zhuǎn)速、數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)角值和LED指示轉(zhuǎn)向的程序及說明 179第9 章　超聲波傳感器與紅外線遙控的使用及編程實(shí)例 1819.1　超聲波傳感器的使用及編程實(shí)例 1819.1.1　HC-SR04 超聲波傳感器介紹 1819.1.2　HCSR04 的類與函數(shù) 1829.1.3　HC-SR04 超聲波傳感器測(cè)量距離控制LED 和蜂鳴器的單片機(jī)電路 1839.1.4　超聲波傳感器測(cè)量顯示距離值并控制LED 和蜂鳴器的程序及說明 1849.2　紅外線遙控的使用及編程實(shí)例 1859.2.1　紅外線與可見光 1859.2.2　紅外線發(fā)射器與紅外線發(fā)光二極管 1869.2.3　紅外線光電二極管與紅外線接收器 1889.2.4　紅外遙控的編碼方式 1899.2.5　紅外線遙控控制LED 和繼電器的單片機(jī)電路 1919.2.6　紅外線遙控控制LED 并顯示按鍵控制碼的程序及說明 192第10 章　串行通信(UART)與實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的使用及編程實(shí)例 19410.1　串行通信知識(shí)與通信函數(shù) 19410.1.1　串行通信基礎(chǔ)知識(shí) 19410.1.2　串行通信的類與函數(shù) 19710.2　單片機(jī)與計(jì)算機(jī)串行通信的電路與編程實(shí)例 19910.2.1　單片機(jī)與計(jì)算機(jī)串口通信的電路 19910.2.2　單片機(jī)與計(jì)算機(jī)串口通信收發(fā)數(shù)據(jù)的程序及說明 20010.2.3　用串口調(diào)試助手測(cè)試與單片機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)的程序 20010.2.4　用串口接收的數(shù)據(jù)控制單片機(jī)LED 的程序及說明 20210.3　內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC) 的使用及編程實(shí)例 20410.3.1　RTC 的類與函數(shù) 20410.3.2　內(nèi)部RTC 控制LED 的電路 20510.3.3　內(nèi)部RTC 控制指定日期時(shí)間點(diǎn)亮和熄滅LED 的程序及說明 20510.4　外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302 的使用及編程實(shí)例 20610.4.1　DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片介紹 20610.4.2　DS1302 的類與函數(shù) 20710.4.3　DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片控制LED 的電路 20810.4.4　使用DS1302 控制指定日期時(shí)間點(diǎn)亮和熄滅LED 的程序及說明 209第11 章　 單總線通信與溫濕度傳感器的使用及編程實(shí)例 21111.1　單總線通信與DS18B20 溫度傳感器的使用及編程實(shí)例 21111.1.1　單總線通信的類與函數(shù) 21111.1.2　DS18B20 溫度傳感器介紹 21211.1.3　DS18B20 的類與函數(shù) 21311.1.4　DS18B20 檢測(cè)溫度控制LED 和電動(dòng)機(jī)的電路 21311.1.5　DS18B20 檢測(cè)溫度控制LED 和電動(dòng)機(jī)的程序及說明 21411.2　DHT11 溫濕度傳感器的使用及編程實(shí)例 21511.2.1　DHT11 溫濕度傳感器介紹 21511.2.2　DHT11 的類與函數(shù) 21611.2.3　DHT11 檢測(cè)溫濕度并控制LED、電動(dòng)機(jī)和繼電器的電路 21711.2.4　DHT11 檢測(cè)溫濕度并控制LED、電動(dòng)機(jī)和繼電器的程序及說明 218第12 章　I2C 通信控制OLED 屏與PS2 搖桿的使用及編程實(shí)例 22012.1　I2C 總線與操作函數(shù) 22012.1.1 I2C 總線介紹 22012.1.2 I2C 的類與函數(shù) 22212.2　OLED 顯示屏與SSD1306 顯示驅(qū)動(dòng)芯片 22512.2.1 OLED 的結(jié)構(gòu)與工作原理 22512.2.2 SSD1306 驅(qū)動(dòng)OLED 顯示屏 22512.2.3 SSD1306 的類與函數(shù) 22612.3　I2C 總線通信控制OLED 屏顯示圖形與字符 22712.3.1 單片機(jī)以I2C 總線方式連接OLED 顯示屏的電路 22712.3.2 I2C 總線控制OLED 屏顯示圖形、字符、LED 狀態(tài)和秒計(jì)時(shí)的程序及說明 22812.4　PS2 搖桿的使用與編程實(shí)例 22912.4.1 PS2 搖桿模塊介紹 22912.4.2 單片機(jī)連接PS2 搖桿模塊和4 個(gè)LED 的電路 23012.4.3 PS2 搖桿模塊控制4 個(gè)LED 的程序及說明 231第13 章 SPI 通信與SD 卡/RFID 卡的讀寫編程實(shí)例 23413.1　SPI 總線通信與SD 卡 23413.1.1 SPI 總線介紹 23413.1.2 SPI 的類與函數(shù) 23513.1.3 SD 卡介紹 23613.1.4 SD 的類與函數(shù) 23813.2　SPI 總線通信讀寫SD 卡的電路及編程實(shí)例 23813.2.1 單片機(jī)使用SPI 總線連接SD 卡的電路 23813.2.2 SD 卡的格式化、創(chuàng)建文件夾和文件 23813.2.3 通過SPI 總線讀寫SD 卡并顯示讀取內(nèi)容的程序及說明 24113.3　RFID 卡讀寫模塊的使用及編程實(shí)例 24213.3.1 RFID 卡讀寫模塊(讀寫器) 介紹 24213.3.2 單片機(jī)連接RFID 卡讀寫模塊和LED 的電路 24513.3.3 通過SPI 控制讀寫模塊讀寫RFID 卡和控制LED 的程序及說明 245第14 章 單片機(jī)連接WiFi 網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信 24814.1　單片機(jī)WiFi 方式連接無線網(wǎng)絡(luò) 24814.1.1 WiFi 組網(wǎng)方式 24814.1.2 IP 地址 24914.1.3 WLAN 的類與函數(shù) 25114.1.4 單片機(jī)以WiFi 方式連接無線網(wǎng)絡(luò)的電路 25314.1.5 單片機(jī)以WiFi 方式連接無線網(wǎng)絡(luò)的程序及說明 25314.2　單片機(jī)使用OLED 屏顯示連接的WiFi 網(wǎng)絡(luò)名稱和IP 信息 25514.2.1 單片機(jī)連接OLED 屏顯示W(wǎng)iFi 網(wǎng)絡(luò)信息的電路 25514.2.2 單片機(jī)連接WiFi 網(wǎng)絡(luò)并用OLED 顯示網(wǎng)絡(luò)信息的程序及說明 25514.3　單片機(jī)以WiFi 方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信 25714.3.1 單片機(jī)、路由器與其他設(shè)備組建通信網(wǎng)絡(luò) 25714.3.2 socket 類與函數(shù) 25814.3.3 單片機(jī)以WiFi 方式與計(jì)算機(jī)通信的電路 25914.3.4 單片機(jī)以WiFi 方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的程序及說明 26014.3.5 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的程序調(diào)試 26314.3.6 接收數(shù)據(jù)后自動(dòng)保存到指定文件 26414.3.7 單片機(jī)以WiFi 方式接收數(shù)據(jù)控制LED 264第15 章　用瀏覽器網(wǎng)頁控制和監(jiān)視單片機(jī) 26715.1　用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機(jī)LED 26715.1.1 用瀏覽器控制單片機(jī)LED 的電路和網(wǎng)頁 26715.1.2 用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機(jī)LED 的程序及說明 26815.1.3 程序的運(yùn)行調(diào)試 26815.1.4 HTML 語言簡(jiǎn)介 27215.1.5 用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機(jī)兩個(gè)LED 的程序及說明 27315.2　用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機(jī)LED 并監(jiān)視DHT11 傳感器的溫濕度值 27515.2.1 用網(wǎng)頁控制單片機(jī)LED 并監(jiān)視DHT11 溫濕度值的電路及頁面 27515.2.2 用網(wǎng)頁控制單片機(jī)LED 并監(jiān)視DHT11 溫濕度值的程序及說明 27515.2.3 程序的運(yùn)行調(diào)試 275第16 章　基于MQTT 協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 通信 28016.1　MQTT 通信原理與MQTTClient 類及函數(shù) 28016.1.1 MQTT 協(xié)議通信原理 28016.1.2 MQTTClient 類與函數(shù) 28116.2　單片機(jī)用作MQTT 物聯(lián)網(wǎng)通信客戶端的電路與編程實(shí)例 28216.2.1 單片機(jī)用作MQTT 發(fā)布方和訂閱方的電路 28216.2.2 單片機(jī)用作MQTT 客戶端的程序及說明 28316.2.3 用通信貓調(diào)試MQTT 客戶端(發(fā)布方和訂閱方) 的程序 286