基于Wio RP2040迷你无线WiFi开发板的硬件接口技术及MicroPython控制编程基础

Wio RP2040迷你无线WiFi开发板(Wio RP2040 mini Dev Board)是Seeed Studio公司于2021年5月推出的一款迷你无线WiFi开发板，它集成了Wio RP2040模块，该模块包括133MHz的树莓派双核RP2040 MCU芯片和ESP8285无线WiFi芯片（ESP8266+1MB Flash，内置内置Tensilica L106 超低功耗 32 位微控制器)，支持当今流行的嵌入式微控制器编程语言MicroPython。Wio RP2040模块具有性能高、体积小等优点，为可穿戴式设备、物联网等领域研发与应用提供了一种新的选择。本博文以Wio RP2040迷你无线WiFi开发板为例，介绍Wio RP2040迷你无线WiFi开发板接口技术 (为叙述方便起见，Wio RP2040迷你无线WiFi开发板后面也简称Wio RP2040开发板)，并给出采用Wio RP2040开发板扩展接口GPIO15引脚扩展连接LED和MicroPython控制LED间断发光的程序示例。
一、Wio RP2040开发板接口信号介绍及LED硬件扩展
与树莓派Pico等迷你开发板类似，Wio RP2040开发板也扩展了GPIO引脚，以Wio RP2040开发板为核心，我们可以在此开发板的基础上增加自行设计的电子电路或硬件模块，以解决实际应用中的嵌入式系统与智能硬件、智能物联网等领域的产品创新。
1、Wio RP2040开发板主要特性及硬件技术规格
Wio RP2040开发板硬件外观见图1所示。

图1 Wio RP2040开发板硬件外观
Wio RP2040开发板主要特性：
(1)强大的CPU：采用树莓派133MHz双核RP2040 CPU和264KB SRAM，2MB闪存；
(2)可靠的无线连接：采用强大的WiFi芯片，支持2.4~2.4835 GHz频率AP&Station工作模式；
(3)灵活性：兼容Thonny编辑器；
(4)项目实施方便：方便使用面包板开展创新实践；
(5)多种认证：通过FCC和CE认证；
(5)支持编程语言：使用微控制器编程语言MicroPython。我们可以将目前的MicroPython看成是当今流行的AI编程语言Python3的子集，并针对特定型号微控制器 (MCU) 芯片扩充了GPIO接口、控制及通信功能，从而可以实现并丰富了对物理世界的感知和处理能力。如果将物理处理单元与云计算、物联网单元连接互动，结合人工智能和智能控制算法，还可对许多复杂系统进行智能分析、计算与决策，从而创新出众多的新型智能硬件应用产品或系统。
Wio RP2040开发板主要技术规格描述见表1所示。

2、Wio RP2040开发板接口信号
Wio RP2040开发板硬件概览见图2所示。

图2 Wio RP2040开发板硬件概览
从图2可知，Wio RP2040开发板主要包括电源板载LED指示灯(PWR标识的LED灯，开发板加电后该LED灯被点亮)、用户板载LED灯(USER标识的LED灯，由GP13引脚控制其亮灭)、复位按钮(RUN标识的按钮)、外部扩展信号引脚PINs及RP2040模块等。
Wio RP2040开发板接口信号引脚排列见图3所示。

图3 Wio RP2040开发板扩展接口信号引脚排列
从图3可知，Wio RP2040开发板GPIO接口信号含义与树莓派Pico开发板GPIO接口信号完全相同，仅仅是接口信号引脚排列序号不同，Wio RP2040开发板GPIO接口信号说明可参见博主博文< “树莓派Pico开发板硬件扩展接口及电源模块解析”>。
要注意的是，由于MCU电源电压为3.3V，GPIO引脚输入电压不能高于3.3V，若GPIO引脚输入电压高于3.3V，可能会导致芯片损坏；另外，请勿揭开开发板上的WIORP2040无线WiFi模块屏蔽罩。
3、Wio RP2040开发板LED硬件扩展
这里使用Wio RP2040开发板的GPIO15引脚 (Pin14物理引脚) 扩展一只LED，即Wio RP2040开发板Pin14物理引脚可与470Ω~1kΩ的电阻R和LED器件D串联后接地，见图4所示。

三、安装或升级MicroPython固件
Wio RP2040开发板内置了MicroPython固件，用户可直接将Wio RP2040开发板连接到电脑并使用Thonny代码编辑器。当然，如果Wio RP2040开发板中的固件损坏或进行固件升级，我们首先可以下载MicroPython固件文件(firmware-v1.15.x.uf2，x=1~3)到电脑，然后按住Wio RP2040开发板的[BOOT]按钮，并连接USB Type-C电缆线，此时开发板红色板载LED电源指示灯亮，接着松开[BOOT]按钮，见图5所示；电脑会显示额外的可移动硬盘(用专业点的术语说就是Wio RP2040开发板进入USB海量存储设备模式USB mass storage device mode，通俗一点说就是Wio RP2040开发板相当于一个U盘)，拖拽下载好的固件到该移动硬盘上即可完成MicroPython固件安装或升级更新。

图5
可供Wio RP2040开发板升级的三个不同版本的固件更新说明及下载链接如下：
(1)firmware-v1.15.1：该固件为官方第1版，即基础版，其下载链接地址为
https://files.seeedstudio.com/wiki/Wio_RP2040_mini_Dev_Board-Onboard_Wifi/firmware-v1.15.1.uf2
(2)firmware-v1.15.2：该固件为官方第2版，修复了Socket的稳定性并增加连接失败错误信息，其下载链接地址为
https://files.seeedstudio.com/wiki/Wio_RP2040_mini_Dev_Board-Onboard_Wifi/v1.15.2.uf2
(3) firmware-v1.15.3：该固件为官方第3版，它将原函数wait_msg()重命名为check_msg()函数，并增加新的wait_msg()函数。wait_msg()函数和check_msg()函数主要区别是当wait_msg原函数没有“等待”到接收的数据时，将终止程序执行；而check_msg()函数仅检测是否接收到数据，当该函数检测到接收数据时，将执行回调，若没有接收到数据，程序将继续执行。第3版固件下载地址为
https://files.seeedstudio.com/wiki/Wio_RP2040_mini_Dev_Board-Onboard_Wifi/1.15.3.uf2
四、使用Thonny IDE设置Wio RP2040开发板开发环境
使用Thonny IDE设置Wio RP2040开发板开发环境与使用Thonny IDE设置树莓派Pico开发环境的方法相同。运行Thonny IDE，单击菜单栏的[Tools]，选择[Options…]，弹出[Thonny Options]对话框，选择【Which interpreter or device should Thonny use for running your code?】下拉列表中的[MicroPython(Raspberry Pi Pico)]选项 (见图6)。如果没有发现[MicroPython(Raspberry Pi Pico)]选项，那么请检查PC机是否连接了Wio RP2040开发板。

图6
选择【Port】下拉列表，本人PC电脑连接Wio RP2040开发板后，其设备名称是[USB串行设备(COM5)] (见图7)。

图7
五、使用Thonny IDE和MicroPython控制 Wio RP2040开发板板载LED和扩展LED发光示例
MicroPython控制 Wio RP2040开发板板载LED和扩展接口LED间断发光示例程序如下：

#Filename: main.py
from machine import Pin
from machine import Timer
LED_onBoard=Pin(13, Pin.OUT)
LED_external=Pin(15, Pin.OUT)
def tick(timer):
    global LED_onBoard
    global LED_external
    LED_onBoard.toggle()
    LED_external.toggle()
tim1=Timer()
tim1.init(freq=2, mode=Timer.PERIODIC, callback=tick)

下面，使用Thonny IDE编辑该程序，程序文件名为main.py(见图8)。

图8
将程序存到电脑中，运行程序，可以看到Wio RP2040开发板板载LED和扩展LED间断闪亮。接下来，我们将main.py程序存入Wio RP2040开发板Flash中。拔下Wio RP2040开发板连接到电脑的USB Type-C电缆线的USB端，断开Wio RP2040开发板与电脑的连接。将Wio RP2040开发板与电脑连接的USB Type-C电缆线的USB端转接到一个5V USB直流电源（如手机USB充电器5V直流电源），同样可以看到Wio RP2040开发板板载LED和扩展LED间断闪亮，说明main.py程序已正确烧写到Wio RP2040开发板中并且能独立正常运行(见图9)。

图9
发布日期：2022年02月11日