第4课 电子硬件编程的 Hello world : Blink

课程导入

在我们初次尝试用某种语言进行编程时， Hello World 往往是我们编写的第一个程序，而能控制 LED 灯珠不断闪烁的 Blink 程序，就是电子硬件世界里的 Hello World 。这节课程我们就来尝试编写一个 Blink 程序，而要想完成该程序，需要使用程序三大基本结构中的循环结构。

知识锦囊

循环结构

与顺序结构不同，循环结构的程序会重复执行一个或多个指令。而根据重复执行的次数，循环结构又可以细分为有限循环结构和无限循环结构，有限循环结构的程序在执行时只会重复执行有限的次数，当其满足某个条件时，循环就会终止。而无限循环结构的程序会重复不断的一直循环下去。在 Python 中，我们常用的循环语句有 for 循环和 while 循环。

while 循环
我们先来看看利用 while 循环语句编写的程序：

a = 0
print("loop start")
while a < 5:
    print(a)
    a = a + 1
print("loop end")

程序先按照顺序结构进行执行，在程序的最开头，我们首先声明了一个变量 “a” ，并利用 print() 打印了一行字符 “loop start” 。

a = 0
print("loop start")

而接下来，我们使用 while 语句创造了一个有限循环结构，并规定程序在变量 “a” 小于5时，会重复不断的执行 while 语句内的指令，即打印输出 a的值，并将 a 加一，直到 a 大于等于5为止。

while a < 5:
    print(a)
    a = a + 1

程序的输出结果为：

loop start
0
1
2
3
4
loop end

观察示例程序的执行结果可以发现，程序在执行完 while 语句内的多次循环后，才开始执行最后的 print() 语句。
那么，电脑是如何知道哪些语句是在 while 循环语句内需要被重复执行的语句，哪些语句又是在 while 循环语句外的呢？和其它编程语言（如 Java、C 语言）采用大括号 “{}” 分隔代码块不同，MicroPython 采用缩进和冒号（ : ）来区分代码块之间的层次，这样的改变，使得 MicroPython 编写出的代码层次分明，易于理解。

for 循环
for 循环一般被用于遍历一个序列中的所有元素，例如：

for i in range(10):
    print(i)

程序的执行结果为：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

其中，range() 是 MicroPython 的一个内置函数，它可以创建一个整数列表，一般我们会在 for 循环中使用该函数。例如 range(10) ，就创建了一个包含从0到9共9个整数的整数列表。
在该程序中，我们使用 for 循环对其进行遍历，再使用 print() 打印，即可将其中所有的整数输出到交互区。

实践操作

项目一：for 循环控制灯的亮灭

在该项目中，我们尝试通过 for 循环来控制 LED 灯亮灭，实现闪烁的灯效。

硬件连接

在该项目中，我们需要使用的电子硬件有：

• 树莓派 Pico
• 树莓派 Pico 拓展板
• Grove - LED 灯

同样，我们将 LED灯 接在D16接口。

在上一节课程中，我们已经可以控制 LED灯 的打开和关闭了，要实现最终的 Blink 程序，我们只需要在上一节课程的程序上进行修改即可。

编写程序

首先，我们来试试这样修改程序：

import machine
LED = machine.Pin(16,machine.Pin.OUT)
LED.value(1)
LED.value(0)

点击运行按钮，观察 LED 灯我们可以发现，LED 灯只是极快的闪烁了一下，这是因为：

1. 程序执行的速度非常快，导致闪烁效果并不明显
2. 我们没有为程序设置循环结构，闪烁部分的程序只执行了一次

首先来解决第一个问题，既然问题是程序运行过快，那么我们在每次 LED 灯开关之间设置一个延迟即可。
在程序的开头，我们又引入了一个新的函数库： utime

import machine
import utime

接着，我们需要使用 utime 中的 sleep 函数在每次对LED灯进行操作的程序后添加延时。

LED.value(1)
utime.sleep(1)
LED.value(0)
utime.sleep(1)

当你没有设置单位时， sleep 函数的默认单位是秒，通过修改程序，我们已经将每次亮灯和关闭的时间都设置为了1秒钟。
我们先来试试使用 for 循环简单的控制 LED灯 的亮灭，程序如下所示：

import machine
import utime
LED = machine.Pin(16,machine.Pin.OUT)
for i in range(10):
    LED.value(1)
    utime.sleep(1)
    LED.value(0)
    utime.sleep(1)

执行该程序，我们可以发现，LED 灯在循环亮灭10次后就停止了闪烁，这是因为我们使用 range() 函数创建的整数列表中只有 10 个整数，所以 for 循环只进行了 10 次循环，当我们将 range(10 )修改为 range(20) ， LED 灯就会循环亮灭20次了。
当然，不管我们将这个数值设置为多少，该循环始终是一个有限循环，如果要让程序重复不停的一直执行下去，我们就需要使用无限循环结构来编写程序。

项目二：while 循环实现 Blink

在该项目中，我们尝试使用 while 循环实现 LED 灯一直闪烁的效果。

编写程序

使用 while 循环，我们能很容易的让程序无限循环重复执行下去。
我们只需要将程序中的 for i in range(10) 修改为 while True 即可：

while True：
    LED.value(1)
    utime.sleep(1)
    LED.value(0)
    utime.sleep(1)

while True 也是 while 循环语句的一种用法，与一般只有在满足某一条件时才执行循环的 while 循环语句不同，while True 属于无限循环语句，即代表除非人为的终止，否则程序会重复不断的一直循环执行下去。
这样程序就完成了，完整的代码如下：

import machine
import utime
LED = machine.Pin(16,machine.Pin.OUT)
while True:
    LED.value(1)
    utime.sleep(1)
    LED.value(0)
    utime.sleep(1)

同样点击运行按钮，连接到拓展板上的 LED灯 就会开始闪烁了，除非人为的终止这个进程（比如说断电），不然 LED 灯会一直闪烁下去。
while 循环实现 Blink.mp4

思维拓展

请尝试使用两种循环结构，以及 sleep() 函数，实现不同的灯光效果，比如可以减少延时的时间，灯光会闪烁的更快。

import machine
import utime
LED = machine.Pin(16,machine.Pin.OUT)
while True:
    LED.value(1)
    utime.sleep(0.1)
    LED.value(0)
    utime.sleep(0.1)
    LED.value(0)
    utime.sleep(0.1)