树莓派Pico入门：多功能微控制器简介 | AI生成和翻译

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Raspberry Pi Pico 是一款由树莓派基金会开发的多功能低成本微控制器板，专为嵌入式系统、原型设计和DIY电子项目而设计。与树莓派单板计算机（如Raspberry Pi 4）不同，Pico是微控制器，这意味着它针对控制硬件、运行轻量级程序以及与传感器、电机等组件交互进行了优化。它于2021年1月发布，标志着树莓派基金会进入微控制器市场，为爱好者、教育工作者和专业人士提供了一个经济实惠且功能强大的平台。

以下是关于Raspberry Pi Pico的全面介绍，涵盖其特性、规格、编程能力、应用场景等。

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概述

Raspberry Pi Pico基于RP2040构建，这是树莓派基金会定制设计的微控制器芯片。售价约为4美元，它与Arduino和ESP32等平台竞争，但因其高性能、低成本和广泛的社区支持而脱颖而出。Pico尺寸紧凑，仅为51mm x 21mm，专为初学者和高级用户设计，适用于从简单的LED闪烁到复杂的物联网和机器人应用的各种项目。

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主要特性

1. RP2040微控制器：
   • 双核Arm Cortex-M0+处理器，最高运行频率133 MHz（可超频）。
   • 264 KB SRAM和2 MB板载QSPI闪存，用于程序存储。
   • 低功耗，支持睡眠和休眠模式，适用于电池供电应用。
   • 灵活的时钟配置，以优化性能。
2. GPIO引脚：
   • 26个多功能通用输入/输出（GPIO）引脚。
   • 支持I2C、SPI、UART和PWM接口，用于连接外设。
   • 2个UART、2个SPI控制器、2个I2C控制器和16个PWM通道。
   • 3个12位模数转换器（ADC），用于模拟传感器输入。
   • 8个可编程I/O（PIO）块，用于自定义协议（如WS2812 LED控制、VGA输出）。
3. 电源和连接：
   • 通过USB micro-B（5V）或外部电源（1.8–5.5V）供电。
   • GPIO引脚为3.3V逻辑电平。
   • RP2040上内置温度传感器。
   • USB 1.1控制器，支持设备和主机模式（用于编程和调试）。
4. 物理设计：
   • 紧凑尺寸：51mm x 21mm。
   • 40引脚DIP式布局，带有半孔焊盘，可直接焊接到PCB上或与面包板一起使用。
   • 单侧元件布局，便于焊接。
5. 低成本：
   • 售价约为4美元，是目前最经济实惠的微控制器之一。

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变体

自发布以来，树莓派基金会及其合作伙伴已发布了Pico的多个变体：

• Raspberry Pi Pico W（2022年）：通过英飞凌CYW43439芯片添加Wi-Fi（2.4 GHz 802.11n）和蓝牙5.2，支持无线物联网应用。售价约为6美元。
• Raspberry Pi Pico H：包含预焊接的40引脚排针，便于原型设计。
• Raspberry Pi Pico WH：结合Pico W的无线功能与预焊接排针。
• Pico 2（2024年）：采用RP2350微控制器，这是RP2040的升级版本，具有双核Arm Cortex-M33或RISC-V Hazard3核心（用户可选）、520 KB SRAM、改进的能效和增强的安全特性（如Arm TrustZone、SHA-256加速）。

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编程Raspberry Pi Pico

Pico支持多种编程语言和环境，使其适用于广泛的用户群体：

1. MicroPython：
   • 初学者和快速原型开发的最流行选择。
   • 树莓派基金会提供官方MicroPython固件。
   • 支持GPIO、I2C、SPI、PWM、ADC和PIO的库。
   • 通过USB进行交互式REPL（读取-求值-输出循环），实现实时编码。
2. C/C++：
   • 使用官方Pico SDK（软件开发工具包）全面控制RP2040的特性。
   • 适用于性能关键型应用和底层硬件控制。
   • 支持高级功能，如PIO编程和多核处理。
   • 使用CMake和GCC等工具进行编译。
3. 其他语言：
   • CircuitPython：Adafruit开发的MicroPython分支，针对教育和易用性进行了优化。
   • Rust：社区驱动的RP2040 Rust编程支持。
   • Arduino：可使用Arduino IDE和官方RP2040板包对Pico进行编程。
   • 对其他语言的实验性支持，如JavaScript（通过Espruino）和Lua。
4. 开发工具：
   • 拖放编程：按住BOOTSEL按钮，通过USB上传MicroPython或CircuitPython的.uf2固件文件。
   • 调试：支持SWD（串行线调试），可与Raspberry Pi Debug Probe等工具进行高级调试。
   • 常用的集成开发环境包括Thonny（用于Python）和Visual Studio Code（用于C/C++）。

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应用场景

Raspberry Pi Pico的灵活性使其适用于多种项目，包括：

• 原型设计和教育：理想用于学习嵌入式系统、编程和电子学。
• 物联网项目：使用Pico W，用户可以创建支持Wi-Fi的设备，如智能家居控制器或气象站。
• 机器人技术：控制电机、舵机和传感器，用于机器人应用。
• 自定义接口：使用PIO实现协议，如WS2812（NeoPixel）LED控制、VGA或DVI输出。
• 数据记录：与传感器（如温度、湿度、光线）交互，用于环境监测。
• 可穿戴设备和嵌入式系统：紧凑尺寸和低功耗适用于可穿戴技术和电池供电设备。

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生态系统和社区

Raspberry Pi Pico受益于强大的生态系统：

• 官方文档：树莓派基金会提供详细指南，包括Pico入门指南、RP2040数据表和硬件设计文件。
• 社区支持：在X、Reddit和树莓派论坛等平台上有大型社区分享项目、教程和故障排除技巧。
• 第三方配件：来自Adafruit、SparkFun和Pimoroni等公司的众多附加组件可用，如传感器分线板、显示屏和扩展板。
• 开源硬件：RP2040的设计文档齐全，鼓励自定义板卡开发。

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与其他方案的比较

• Arduino：Pico速度更快（双核，133 MHz vs. Arduino Uno的16 MHz）且更便宜，具有更多GPIO和PIO等高级功能。然而，Arduino拥有更大的扩展板和库生态系统。
• ESP32：ESP32提供内置Wi-Fi和蓝牙，但Pico W以更低的成本实现了相同功能。Pico的PIO在自定义协议方面独一无二。
• STM32：对于初学者来说，Pico更易于编程（例如使用MicroPython），且比许多STM32板更经济实惠。

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局限性

• 无内置无线功能（基础型号）：原始Pico缺乏Wi-Fi/蓝牙，但Pico W解决了这一问题。
• 有限的板载存储：2 MB闪存对于大多数项目足够，但可能限制复杂应用。
• 3.3V逻辑电平：需要电平转换器才能与5V外设连接。
• 无内置复位按钮：对某些用户来说略有不便。

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入门指南

要开始使用Raspberry Pi Pico：

1. 硬件设置：通过USB将Pico连接到计算机或外部供电。
2. 安装固件：从树莓派网站或Adafruit下载MicroPython或CircuitPython固件，按住BOOTSEL按钮并连接Pico进行上传。
3. 编程：使用Thonny进行Python编程，或设置Pico SDK进行C/C++开发。
4. 项目：从简单的项目开始，如闪烁LED或读取传感器，然后探索物联网或机器人等高级应用。

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结论

Raspberry Pi Pico是一款功能强大、经济实惠且对初学者友好的微控制器，它 democratized 了嵌入式系统开发。其定制的RP2040芯片、广泛的GPIO能力以及对多种编程语言的支持，使其成为爱好者、教育工作者和专业人士的首选。随着Pico W和Pico 2等变体的推出，它不断演进，为现代应用提供无线连接和增强性能。凭借树莓派基金会的优秀文档和活跃社区的支持，Pico是学习、原型设计和构建创新项目的理想平台。

如果您需要关于Pico编程、项目想法或与其他微控制器比较的具体细节，请告诉我！

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