הכרת הלוחות וסביבת העבודה

1.1 מיקרו-בקר או מחשב? (Microcontroller vs Computer)

המחשב שאנחנו כותבים עליו מריץ מערכת שלמה ועשרות תוכנות בבת אחת, ורוב זמנו עובר הרחק מחוטים ומהדקים. המיקרו-בקר עושה דבר פשוט בהרבה: מריץ תוכנית אחת, וקורא ומשנה ישירות את המתח בהדקיו.

הנחיה מעשית: אם הפרויקט קורא חיישן ומפעיל רכיב פלט, מיקרו-בקר מספיק, ואף עדיף. אם הוא צריך מסך גדול, מצלמה או עיבוד כבד, צריך מחשב.

1.2 שלושת הלוחות בספר (The Three Boards)

הלוח הוא המעגל המוכן שנושא את השבב, את שקע ה-USB ואת ההדקים. בספר שלוש משפחות:

המספרים לקוחים מתיעוד היצרנים, וזיכרון ה-Pi תלוי בדגם. נפח האחסון ב-ESP32 משתנה לפי היחידה, ואילו ב-Pico W הוא 2 MB וב-Pico 2 W הוא 4 MB.

מתי בוחרים כל לוח?:

• ESP32: כשהחיבור לרשת הוא לב הפרויקט, או כשצריך פלט אנלוגי אמיתי DAC.
• Pico W ו-Pico 2 W: כשרוצים לוח עם תיעוד פשוט, התקנה בהעתקת קובץ אחד, והדקים אנלוגיים שאינם דורשים כיוון.
• Pi 4/5: כשצריך מערכת קבצים גדולה, מצלמה, מסך או תוכנות כבדות. הוא אינו מתאים לתזמון מדויק, כי המערכת עלולה להפסיק את התוכנית בכל רגע.

1.3 מהי מיקרו-פייתון? (MicroPython)

מיקרו-פייתון היא מימוש מוקטן של שפת פייתון שרץ ישירות על הבקר. היא מגיעה ללוח כקושחה, קובץ אחד שכותבים לזיכרון הלוח פעם אחת, ובו המפרש, שורת הפקודה, ספריות הלוח ומערכת קבצים קטנה. אחר כך אין מהדרים דבר: שולחים קובצי טקסט, והמפרש מריץ אותם.

1.4 הכנת המחשב (Setting Up)

1. מורידים את העורך Thonny מ-thonny.org ומתקינים אותו.
2. מחברים את הלוח למחשב בכבל נתונים USB.
3. פותחים את התפריט Run → Select interpreter, בוחרים מיקרו-פייתון ללוח שלנו, ואז בוחרים את היציאה.

לוחות Pico מתחברים ישירות, ובמערכות חדשות אינם צריכים דרייבר. לוחות ESP32 משתמשים לרוב בשבב ביניים בין USB ליציאה הטורית, והמפורסמים שבהם CP210x ו-CH340. אם לא מופיעה יציאה חדשה, מורידים את הדרייבר מאתר היצרן של השבב הזה.

1.5 צריבת קושחה (Installing the Firmware)

צורבים את הקושחה פעם אחת, ואחר כך רק בעדכון. לוקחים אותה תמיד מהמקור הרשמי micropython.org/download, ולכל לוח קובץ משלו: ESP32_GENERIC, RPI_PICO_W ו-RPI_PICO2_W.

ב-ESP32: מתוך העורך:

1. באותו חלון של בחירת המפרש לוחצים על הקישור להתקנת מיקרו-פייתון.
2. בוחרים יציאה, סוג לוח ואת הגרסה האחרונה, ולוחצים על התקנה.
3. אם הלוח אינו מגיב, מכניסים אותו בעצמנו למצב טעינה: לוחצים לחיצה ארוכה על BOOT, מקישים על RESET או EN, משחררים את BOOT ומנסים שוב.

ב-Pico W וב-Pico 2 W: בהעתקת קובץ:

1. לוחצים לחיצה ארוכה על BOOTSEL בזמן חיבור הכבל למחשב, ומשחררים כשהלוח מופיע כדיסק.
2. שם הדיסק הוא RPI-RP2 ב-Pico W ו-RP2350 ב-Pico 2 W.
3. מעתיקים אליו את קובץ ה-UF2 שהורדנו. הלוח מופעל מחדש והדיסק נעלם. זה תקין, ומשמעותו שהפעולה הצליחה.

1.6 שורת הפקודה האינטראקטיבית (The REPL)

כשהקושחה עובדת, בחלון Shell שמתחת לעורך מופיע הסימן >>>. זו שורת הפקודה האינטראקטיבית, ושמה REPL: היא קוראת שורה, מריצה אותה, מדפיסה את התוצאה וממתינה לשורה הבאה. זו הדרך המהירה ביותר לנסות פקודה אחת:

>>> 3.3 / 2
>>> print("hello")

1.7 הרצת קובץ מול שמירה בלוח (Run vs Save)

ההבדל הזה מבלבל כל מי שמתחיל. כפתור ההרצה F5 שולח את הקובץ הפתוח ללוח כדי שיריץ אותו עכשיו, בלי שיישאר בו. אם ננתק את הכבל ונחבר מחדש, התוכנית לא תחזור לעבוד. כדי שהתוכנית תישאר, שומרים אותה בלוח: בתפריט File → Save as בוחרים בלוח במקום במחשב.

כל תוכניות הספר שמתאימות לשני הלוחות מייבאות את הקובץ board.py, ובו שמות ההדקים של כל לוח. מעתיקים את הגרסה המתאימה ללוח שלנו מחבילת ההורדה אל התיקייה lib בלוח, פעם אחת.

1.8 התוכנית הראשונה (First Program)

שואלים את הלוח על עצמו. הפקודה print מדפיסה טקסט, והספריות sys ו-machine נותנות לנו מידע על המערכת:

import sys
import machine

print("language :", sys.implementation.name)
print("platform :", sys.platform)
print("CPU MHz  :", machine.freq() // 1000000)

language : micropython
platform : webassembly
CPU MHz  : 240

language : micropython
platform : webassembly
CPU MHz  : 150

כל מסך בספר הוא תוצאה של הרצה אמיתית במיקרו-פייתון האמיתית, על לוח מדומה בתוך המחשב. לכן קוראים שתי שורות בזהירות:

• השורה platform: המילה webassembly מגלה שהמפרש רץ כאן במדמה. בלוח אמיתי נצפה ל-esp32 או ל-rp2.
• השורה CPU MHz: זה מספר שהמדמה נותן, ובלוח שלכם הוא עשוי להיות שונה. לדוגמה, תיעוד מיקרו-פייתון מציין ששבב RP2040 עולה בתדר 125 MHz.

ועכשיו אותה תוכנית ב-Pi, בלי machine כי היא אינה קיימת שם. משווים את השורה הראשונה בשני המסכים: כאן פייתון רגיל על לינוקס.

import sys

print("language :", sys.implementation.name)

language : cpython

1.9 תקלות נפוצות (Troubleshooting)

1.10 המעבדה החיה (The Live Lab)

אם עדיין אין לנו לוח, הדפדפן מספיק: במעבדת הספר יש תוכנית שמחליפה את מצב הנורית כל שנייה. מריצים אותה ומשנים בה, בלי לנסות להבין כל שורה כעת, כי פרק 3 מסביר את ההדקים בפירוט. המדמה אידיאלי, בלי רעש ובלי תקלות, ולכן הוא אינו מחליף את הלוח האמיתי בפרויקט.

עיקרי הפרק:

• המיקרו-בקר מריץ תוכנית אחת ושולט ישירות בהדקיו, והמחשב מריץ מערכת שלמה.
• Pico W הוא בקר עם מיקרו-פייתון, ו-Pi 4/5 הוא מחשב עם לינוקס ופייתון רגיל, אף שהשם משותף.
• את הקושחה לוקחים מ-micropython.org/download, ולכל לוח קובץ משלו.
• כפתור ההרצה אינו שומר דבר. מה שעובד לבד אחרי הפעלה מחדש הוא main.py ששמור בלוח.
• כבל הנתונים הוא הדבר הראשון שבודקים בכל תקלה בחיבור.

פקודות הפרק:

מילון מונחים:

שאלות לתרגול:

import sys

print("my board:", sys.platform)
print("3.3 / 2 =", "%.2f" % (3.3 / 2))