譯者 | 陳峻
審校 | 重樓
眾所周知，Raspberry Pi（樹莓派）硬件1～4已在物聯網世界中廣為人知，并得到了廣泛采用。而Raspberry Pi Pico 具有較小的物理尺寸，以及相對較高的處理能力和較低的能耗，因此它也在物聯網世界中占有特殊的地位，而且已經作為微控制器（MCU），受到了開發愛好者和物聯網專業人士的普遍喜愛。
一直以來，Pico 得到了 Raspberry Pi 基金會的支持。該基金會是一家致力于教育事業的注冊慈善機構。Raspberry Pi Pico不但價格非常便宜，而且只需幾分鐘的設置便可投入使用，因此使用者無需深厚的編程知識，或需要到網上搜羅足夠的文檔，即可上手。下面，我將和您討論有關 Raspberry Pi Pico 的編程功能、替代方案、以及資源。
Raspberry Pi Pico 系列和功能
Raspberry Pi Pico 不僅僅是一款微控制器，更是高性能的 MCU 板系列。典型的MCU板包括： Raspberry Pi Pico、Pico H、Pico W 以及 Pico WH。其中，Pico 和 Pico H 幾乎相同，唯一的主要區別只是 Pico H 帶有預焊接接頭（即，連接電線的地方），而 Pico 則沒有。因此，如果您想將電線連接到普通的 Pico上，則必須自行焊接接頭。
Pico W 和 Pico WH 都添加了板載 Wi-Fi 模塊，可以讓設備連接到互聯網上。Pico W 和 Pico WH 之間的唯一區別是， WH 具有預焊接的接頭。
總的說來，上述四個系列均具有以下特性：
- RP2040 MCU
- 雙核 Arm Cortex M0+ 處理器
- 時鐘速度高達 133 MHz
- 264 KB SRAM 和 2 MB 閃存
- 1 個 USB 1.1 端口
- 低功耗或休眠模式
- 26 個通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳
- 溫度感應器
- 2 個 SPI、2 個 I2C、2 個 UART、3 個 ADC
- 8個可編程 I/O 狀態機
同時，所有四種類型的 Pico還具有板載的 LED，這對于您首次開展物聯網項目來說是非常重要的。當然，如果您已經有了一些物聯網和 MCU的經驗，那么請跳轉到下一部分。
下面，讓我們從 MCU 開始。大多數 Raspberry Pi 設計都會交付出單板計算機（single board computers，SBC）。它們在尺寸上具有較高的處理能力，并且可以執行與臺式計算機相同的基本操作。通常，它們使用的是基于 Linux 操作系統的 RaspberryOS。相比之下，微控制器板則不具備運行完整操作系統的能力。也就是說，在臺式機或筆記本電腦上，您可以打開多個應用程序，而 MCU 一次只能運行一個應用程序。
例如，對于一個標準的智能安全攝像頭而言，由于其唯一的功能就是傳輸視頻，因此它不需要擁有完整的操作系統。實際上，Raspberry Pi Pico 操作系統是一個實時操作系統，它一次僅執行一項操作。
就處理器而言，ARM 處理器以其高能效水平，在物聯網領域非常受歡迎。而Raspberry Pi Pico 使用的 M0+ 處理器，甚至比典型的 ARM 處理器更為高效。通常，133 MHz 的時鐘速度，對于處理器執行指令的速度來說，并不算特別快。不過，盡管如此，這個速度對于典型的物聯網應用來說，已經足夠了。作為參考，具有多個傳感器和功能的智能健身設備的絕對最大時鐘速度，可能達到約 300 MHz。
就設備規格而言，264 KB SRAM 上的數據只有在設備通電時才被保留。一旦設備失電、關閉或電池耗盡，那么內存里的信息將不復存在。而2 MB 閃存里的數據即使在電源關閉后，仍會被保留在設備的存儲器中。換句話說，它實際充當了設備的數據存儲庫。
Raspberry Pi Pico 還具有 26 個 GPIO 引腳。此處的引腳是指一個個小孔，可方便您連接外部設備。例如，您可以按需使用其中一個引腳將額外的 LED 燈連接到該板上。
注意，SPI、I2C、UART 和 ADC 分別是不同類型的輸入協議/格式。憑借著豐富的多樣性，您可以將 Pico 用于許多不同的項目和應用程序。最終，利用作為輸入/輸出組件的可編程 I/O 狀態機，您可以針對不同的功能和協議進行編程。
Raspberry Pi Pico 的替代方案
雖然 Raspberry Pi Pico 已經成為了物聯網項目的絕佳選擇，但并非唯一選擇。下面，我們來看看Raspberry Pi Pico 的其他替代方案：
Arduino Uno
與具有相似物理尺寸的 Arduino Uno 板相比，Raspberry Pi Pico 顯然具有更好的處理能力和更多的輸入選項。例如， Pico 的最大時鐘速度為 133 MHz，而 Arduino Uno 的最高時鐘速度僅為 16 MHz。同時，它只有 32 KB RAM 和 16 KB 閃存。此外，Uno 比 Pico 具有更少的 I/O 引腳、更高的功耗、以及更高的價格。當然，由于它能夠與 Arduino 的大型開源工具、代碼庫和 Arduino 集成開發環境（IDE）相兼容，因此Arduino Uno 仍然是一款倍受歡迎的替代方案。
Raspberry Pi Zero
作為一臺成熟的計算機，Raspberry Pi Zero帶有板載微處理器（MPU）而不是 MCU。它可以同時運行多個應用程序，并且具有高時鐘速度、512 MB RAM 、 8 GB 閃存，以及 40 個 I/O 引腳（Pico 只有 26 個）。它也是現有的最小的 Raspberry Pi MPU。不過，它的功耗比 Raspberry Pi Pico 要高得多，而且價格也貴得多，大約需要15 美元，而 Pico 的成本僅為 4 美元。
ESP32
Espressif的 ESP32 MCU 系列體積雖然很小，但是處理能力和速度都是 Pico 的兩倍左右。雖然該系列 MCU 的具體規格有所不同，但是與 Pico 相比，它們通常具有兩個額外的 I/O 引腳、以及2倍的閃存。巧合的是，它們的能耗、以及價格也都是Pico的2倍?？梢姡?/span>Pico 可能更適合于一些初建項目的場合，而ESP32 更適合大型商業項目。
對 Raspberry Pi Pico 進行編程
讓我們從一個簡單的入門項目開始。正如軟件程序員在初次學習一門語言時，首先要編寫一個簡單的程序，來打印“Hello World”那樣，硬件程序員也需要首先練習編寫一個簡單的程序，來讓LED燈閃爍。在本例中，我們將通過設置 Raspberry Pi Pico ，以按照設定的時間間隔，打開和關閉LED燈。
值得注意的是，Raspberry Pi Pico 可響應多種編碼語言，其中包括 C、C++ 和 MicroPython。此處的MicroPython 是傳統 Python 的更輕量級、更簡單的版本，也是 Raspberry Pi Pico 愛好者最常用的語言。因此，如果您已經掌握了 Python的話，則可以輕松地在 Raspberry Pi Pico 上開始使用 MicroPython。
硬件
對于這個簡單的項目，您除了需要開發板和 USB 線之外，無需其他任何東西。您可以使用計算機來提供電源，并對設備進行編程。當然，如果您想繼續將 Pico 用于其他項目的話，則需要將其連接到外部電源上，以便脫離計算機持續工作。
同時，您可以在 Amazon 或其他網站上，獲取 Raspberry Pi Pico 的入門級套件。此類套件通常會提供 Raspberry Pi Pico MCU 板、USB 電纜、面包板、一些 LED 和電阻器、以及各種教程資源。此處的面包板是一塊帶孔的塑料板。您可以將 Pico 插入其中，然后將其他電氣組件（包括電源）連接到該板上。
軟件
您需要在計算機上安裝相應的軟件，才能對Raspberry Pi Pico 進行編程。在大多數項目中，開發者都會選用Thonny 集成開發環境。您可以通過鏈接：https://thonny.org/來下載和安裝Thonny。同時，您可以通過連接：https://micropython.org/download/rp2-pico/，來下載和安裝 MicroPython。
第 1 步：連接計算機
請將 USB 線連接到設備的 USB 端口。然后按下 Raspberry Pi Pico 板上的白色小按鈕（即，啟動選擇按鈕）。按住該按鈕，將 USB 的另一端插入計算機，然后松開該按鈕。至此，在文件資源管理器中，您應該能看到一個新的名為“RP1-RP2”的連接設備。
第 2 步：在 Pico 上安裝 MicroPython
在文件資源管理器中，請點開 RP1-RP2 設備，并將已下載好的 MicroPython 文件粘貼到此處。
第 3 步：為 Thonny 設置解釋器
打開Thonny軟件。請在“運行”工具欄下單擊“選擇解釋器”，并在其下拉菜單的各個選項中選擇“MicroPython (Raspberry Pico)”，再單擊“確定”。
第 4 步：編寫程序
請將如下代碼鍵入或粘貼到 Thonny 軟件的主窗口中：
Python
import machine
import utime
led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
while True:
led.value(1)
utime.sleep(1)
led.value(0)
utime.sleep(1)這段代碼會讓 LED 燈亮起一秒鐘，然后熄滅一秒鐘，并無限循環下去，直到設備電源被拔掉。
第5步：運行程序
接下來，請點擊運行按鈕（上面有播放符號）。電腦屏幕的彈窗會詢問您需要將文件保存到何處，以及文件名稱。此時，請單擊“Raspberry Pi Pico”即可。注意，在命名文件時，請確保在末尾添加 .py，以便 MCU 將開發語言識別為 MicroPython。例如，您可以將文件命名為 LED.py。當然，如果您希望該文件在每次插入設備時都能自動運行的話，則請將其命名為 main.py。這將告知 Pico在啟動時立即運行本程序。請記得單擊“確定”。
至此，如果您能看到LED燈定期閃爍的話，那么恭喜您在 Raspberry Pi Pico 上已成功完成了第一個編程項目。
小結
綜上所述，Raspberry Pi Pico 是一種便宜且簡單的選擇，適用于從學習編程，到原型設計，再到從頭開始開始創建物聯網設備的整個過程。當然，您也可以在各種靈活多變的場景中，通過編程讓其發揮更多、更豐富的功能。
譯者介紹
陳峻（Julian Chen），51CTO社區編輯，具有十多年的IT項目實施經驗，善于對內外部資源與風險實施管控，專注傳播網絡與信息安全知識與經驗。
原文標題：Getting Started With Raspberry Pi Pico Programming in IoT，作者：Carsten Rhod Gregersen
