ATSAMD51的特快专递-Adafruit Metro M4开发板评测

准备好了么，来自ATSAMD51的特快专递已准备就绪，就等你来!

Adafruit Metro系列又双叒叕出新品了，这是迄今为止最为强大，速度最快的Metro产品，搭载来自Microchip的ATSAMD51产品，120MHz的最高主频、浮点运算支持，以及SPI/UART/I2C硬件支持，外观还是Arduino的形态。

借Arduino的外形成名并非Adafruit的独家之秘!许多厂商感慨于Arduino的受欢迎程序，不得不蹭一把Arduino的热度!以Arduino之名，推介各自的硬件产品，确实吸引了更多的目光!

Metro M4 Express开发板的设计也有可圈可点之处!

首先是MCU，使用的的是来自Microchip的ATSAMD51，这是一款基于Cortex-M4的产品，最高工作主频为120MHz，其它一些特性列表如下

• Cortex-M4内核，最高主频120MHz

• 硬件DSP及浮点运算支持

• 512/192KB的Flash/RAM组合存储

• 32位运算及3.3V工作电压

• DUAL 1MSPS DAC接口(A0, A1)

• DUAL 1MSPS ADC接口(8个模拟pin)

• 6个串行接口(I2C/SPI/UART)

• 16个PWM输出

• 立体声I2S输入/输出接口

• 10位并行捕获控制器

• 使用64 QFN封装

供电接口设计，板载DC接口，可以使用7~9V的外部DC电源对其供电，该接口有独立的开关来进行控制。Micro USB即可以充当供电接口，也可以做为串口来使用。开发板提供了25个GPIO，其中8个用于模拟输入，其中两个可以用于真正的模拟输出，其它一些接口复用于SPI/I2C/UART等设备，工作电平均为3.3V。

原生的USB支持，不需要USB-TTL设备来进行转换，该接口用于串口通信时，可直接与PC连接，以进行数据交换;该接口还可以用做HID来连接键盘及鼠标。

开发板的其它一些特性还包括板载的LED灯、NEOPIXEL，2MB的QSPI FLASH存储器，在Circuit Python中可以用来存储脚本、库及其它一些文件;另外UF2 bootloader技术使得对开发板烧写程序变得更容易!对了，开发板还提供了一个JTAG调试接口，可以对其进行代码调试，这可是Arduino没有的功能!

另外值得一提的是，该板目前的状态还是BETA状态，按官方的说法，这是该MCU的第一款产品，目前就是让用户体验一种新奇、冒险、甚至是宕机的快感!

Adafruit的SAMD21及SAMD51开发板均支持UF2 bootloader技术，该技术将内部FLASH存储器映射成一个PC存储器，在烧写程序代码时，只要将二进制代码文件直接拖到该磁盘，就完成了烧写过程，极大的简化了烧写步骤。如果要进入UF2 bootloader模式，快速双击reset键，NEOPXEL变成绿色，同是PC端会出现一个METROM4BOOT存储设备，表示开发板已进入了UF2 bootloader模式。

Metro M4支持Arduino开发，先安装必要的硬件支持，安装好了之后，选择Metro M4 Express开发板

安装好硬件支持之后，需要选择Metro M4 Express开发板作为目标板

然后就像一般的Arduino开发板一样进行开发，点个灯，加个传感器之类，这里就不介绍了。

重点是CircuitPython。

CircuitPython是一种编程语言，主要用于在低成本微控制器板上进行编程实验和学习。它使得入门比以往任何时候都更容易，无需前期桌面下载。设置好电路板后，打开任何文本编辑器，开始编辑代码。就这么简单。讲白了，所谓的CircuitPython就是Python的MCU版本，简单、易用。

在使用CircuitPython之前，需要做好准备工作。第一件事就是将Metro M4 Express变成一个Python解释器，按照前面介绍的方法，将CircuitPython固件通过UF2写入到开发板，重新上电后METRO就变成了一个Python解释器了。

接下来的工作是编程程序代码，可以使用普通的文本编程器来编写Python代码，当然最好的方法还是使用专用的编辑器来编写代码，专用的代码编辑器如Mu，带来了语法高亮、代码格式化及代码提示等附加功能，能极大的提升代码编辑效率。

Mu编辑器除了能编辑代码之外，还提供了两个实用工具，一个是Serial，另一个是Plotter，前者可以代替putty等来实现与开发板的交互，后者则提供了一个实用的绘图工具，类似Arduino的Serial Plotter。

CircuitPython在板上查找要运行的代码文件。有四个选项：code.txt，code.py，main.txt和main.py。CircuitPython按顺序查找这些文件，然后运行它找到的第一个文件。虽然我们建议使用code.py作为您的代码文件，但重要的是要知道其他选项存在。如果您的程序在运行时没有得到预期的效果，请确保是否另一个文件正在运行。

最后还要提一下库文件的问题。Python之所以强大，是因为有大量三方的库供我们调用，Adafruit也为Circuit提供了大量的库支持，在使用一些外设时，不需要自己去再造一个轮子，直接引用这些库就可以完成任务，这当然是一件妙事!

从官方下载库文件解压后会得到一个lib文件夹，将该文件夹复制到CURCUITPY所在的磁盘根目录下，就可以使用这些三方库来增强程序功能。

现在开始，可以愉快的使用Metro M4 Express来体验CIRCUITPYTHON了。

点灯我们就不点了，但是看下代码，熟悉下编程风格还是有必要的，如下

import board

import digitalio

import time

led = digitalio.DigitalInOut(board.D13)

led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT

while True:

led.value = 0

time.sleep(.5)

led.value = 1

time.sleep(.5)

如果不熟悉这些函数，可以按照Arduino代码的风格来猜，基本上是一致的。

要熟悉相关的代码及库，可以借助Python自身的帮助功能，举例如下，假设我不知道board模块里有哪些功能，在Serial窗口里执行如下的代码

>>> import board

>>> dir(board)

['A0', 'A1', 'A2', 'A3', 'A4', 'A5', 'D0', 'RX', 'D1', 'TX', 'D2', 'D3', 'D4', 'D5', 'D6', 'D7', 'D8', 'D9', 'D10', 'D11', 'D12', 'D13', 'SDA', 'SCL', 'NEOPIXEL', 'SCK', 'MOSI', 'MISO', 'LED_RX', 'LED_TX', 'I2C', 'SPI', 'UART']

>>>

其中>>>正是Python交互的提示符，我们可以看到board模块基本只提供了一些开发板的接口定义，我们在上述源代码中使用的board.D13就是开发板的13号pin。

在lib目录下有个simpleio.mpy，这是一个简单IO封装库，如果想获取其帮助，参考如下代码

>>> import simpleio

>>> dir(simpleio)

['tone', 'DigitalOut', 'time', 'shift_out', 'bitWrite', 'array', '__name__', 'DigitalIn', 'digitalio', 'shift_in', 'map_range', 'pulseio', 'audioio', 'Servo']

>>>

另外也可以使用help()来获取更详细的帮助，如下

>>> help(simpleio)

objectis of type module

tone --

DigitalOut --

time --

shift_out --

bitWrite --

array --

__name__ -- simpleio

DigitalIn --

digitalio --

shift_in --

map_range --

pulseio --

audioio --

Servo --

>>>

这样看是不是更清晰了!

差不多了，该写个完整的脚本来体验Python的便利了。这次使用的是DHT11温湿度传感器，在一些精度要求不同的场合，DHT11还是很不错的，如果对精度要求高，可以使用DHT22，这些设备都有一个优势，只使用一根信号线，连接非常简单。将DHT11的信号线连接至D2，然后开始写程序，代码如下

import board

import adafruit_dht as dht

import time

dht11 = dht.DHT11(board.D2)

while True:

temp, humi = dht11.temperature, dht11.humidity

print('temperature: {}\nhumidity: {}%'.format(temp, humi))

time.sleep(5)

保存为code.py，让它自动运行，在Mu中打开串口，得到如下的结果

从未如此简单，是不是?

只可惜Metro M4 Express开发板没有网络连接能力，否则就可以将检测到的数据发布到Internet上了!

总结来说，Metro M4 Express开发板还是值得一试的。以前总有人担心，在MCU上使用Python，性能是否会有瓶颈，但是在120MHz的频率之下，简单的应用场合下，使用起来还是很流畅的!

在AI呼声越来越高的今天，了解一点Python，学一点Python，未尝不是一种好的选择，也许一觉醒来，AI已普及到了MCU上，谁能说得好呢?