Electrónica · DacaCode

MicroPython: Manejo de pines

Dacadev — Wed, 08 May 2024 09:00:00 +0000

Tabla de Contenido

Note

En este artículo aprenderás que es la clase Pin de Micropython 🐍 y como esta gestiona las diferentes funcionalidades genéricas de los pines de cualquier tipo de chip. Además, verás ejemplos de cómo configurarla y usarla con la RP2040.

¿Qué es la clase `Pin`?

Empecemos definiendo qué es un pin dentro de nuestro microcontrolador (uM), un pin hace referencia a una interfaz I/O asociada a un pin físico de nuestro uM. Con él podemos interactuar con el mundo real, ya sea leyendo o escribiendo señales digitales, o incluso analógicas.

La clase Pin es una de las principales clases que provee Micropython 🐍, ya que es la que nos permitirá interactuar con los pines de nuestros uM. Esta clase se encuentra en el paquete machine.

Instancia de la Clase `Pin`

La clase Pin, tiene la siguiente firma de constructor

class Pin(id, mode=-1, pull=-1, *, value=None, drive=0, alt=-1)

En donde:

controla cuál será el comportamiento del pin. En Micropython 🐍 encuentras constantes que te ayudan a establecer el funcionamiento:

id es el unico parámetro obligatorio y hace referencia al pin que quieres controlar. Cada uM tiene su propio mapeo de pines, por lo que deberás de consultar la documentación de tu uM para saber que pines puedes controlar.
mode* controla cuál será el comportamiento del pin. En *Micropython 🐍* encuentras constantes que te ayudan a establecer el funcionamiento:
- Pin.IN establece el pin como entrada.
- Pin.OUT establece el pin como salida.
- Pin.OPEN_DRAIN establece el pin como salida de tipo Open-drain (colector abierto), lo que significa que, si la salida está en nivel bajo, es un cero lógico, y si está en alto (1), se configura como alta impedancia.
- Pin.ALT establece el pin para funcionar de manera alterna, utilizando un propósito específico del hardware.
- Pin.ALT_OPEN_DRAIN es la combinación de Pin.ALT y Pin.OPEN_DRAIN
- Pin.ANALOG establece el pin como entrada analógica
pull* activas o no la opción de usar una resistencia de pull-up o pull-down, sus opciones validas son:
- Pin.PULL_UP
- Pin.PULL_DOWN
- None = No se activa ninguna resistencia, es el valor por defecto
value es el valor inicial que quieres asignar al pin y solo funciona cuando el pin es configurado como salida, es decir que Pin.OUT o Pin.OPEN_DRAIN
drive se utiliza para especificar la fuerza de la salida del pin. Esto es importante cuando conectas el pin a circuitos que tienen diferentes requerimientos de corriente. Los valores típicos para drive son algo así como Pin.DRIVE_0, Pin.DRIVE_1, etc., donde los números más altos representan una mayor capacidad de corriente de salida.
alt* cuando el pin está configurado como Pin.ALT o Pin.ALT_OPEN_DRAIN, este parámetro se utiliza para especificar la función alternativa que se desea utilizar.

Note

* No todos los pines tiene disponibles todas las configuraciones descritas, para validarlo debes de consultar la documentación de tu uM

Métodos de la Clase `Pin`

Pin.init

Pin.init(mode=-1, pull=-1, *, value=None, drive=0, alt=-1)

Una vez tengas una instancia de la clase Pin, puedes cambiar su configuración inicial usando el método init el cual recibe los mismos atributos del constructor salvo el identificador id. Un ejemplo de su uso sería

from machine import Pin

led = Pin(25)
led.init(mode=Pin.OUT, value=True)

En el ejemplo anterior, estoy creando una instancia asociada al pin 25 (mapeado de mi uM) y posteriormente configurándolo con el método init

Pin.value

Pin.value([x])

Este método se utiliza para leer o escribir el valor del pin. Si no se pasa ningún parámetro, el método se comporta como un lector. Si se pasa un valor, el método se comporta como un escritor. Un ejemplo de su uso sería

from machine import Pin

led = Pin(25, Pin.OUT)
led.value(1)

print(led.value())

En el ejemplo, estamos creando un pin como salida y configurando su valor a 1, para luego leer el valor del pin.

Pin.on()

Este método es un atajo para configurar el valor del pin a 1, es decir, que el pin se configura en alto, lo cual sería lo mismo que hacer:

Pin.value(1)

Pin.off()

Este método es un atajo para configurar el valor del pin a 0, es decir, que el pin se configura en bajo, lo cual sería lo mismo que hacer:

Pin.value(0)

Pin.toggle()

Este método es un atajo para cambiar el valor del pin. Si el pin está en 1, lo cambia a 0 y viceversa, lo cual sería lo mismo que hacer:

Pin.value(not Pin.value())

Pin.irq()

Pin.irq(handler=None, trigger=Pin.IRQ_FALLING | Pin.IRQ_RISING, *, priority=1, wake=None, hard=False)¶

Este método es muy importante, ya que sirve para configurar los pines para que sean asociados a interrupciones y poder ejecutar un callback cuando se cumpla una condición. Los parámetros que recibe son:

handler: Es un callable de python, es decir, una función o método de clase que recibe como parámetro únicamente un objeto de tipo Pin, que será la instancia del pin que activó la interrupción.
trigger: A través de este atributo controlaremos el tipo de comportamiento que se deberá cumplir para activar la interrupción. Para entender los posibles valores que podemos asignar, veamos primero cómo es una señal digital.Una señal digital oscila entre dos valores, 0 o 1, y la transición entre esos valores es lo que llamamos flancos. Como hay dos valores, tenemos 2 tipos de flancos. Los flancos de subida ocurren cuando cambiamos de 0 a 1 y los flancos de bajada cuando cambiamos de 1 a 0. De esta manera, en Micropython encontramos 4 tipos de activadores que podemos configurar en nuestra interrupción por pin:
- Pin.IRQ_FALLING: Configura la interrupción para que se active cuando el pin cambie de 1 a 0
- Pin.IRQ_RISING: Configura la interrupción para que se active cuando el pin cambie de 0 a 1
- Pin.IRQ_LOW_LEVEL: Configura la interrupción para que se active cuando el pin se encuentre en 0
- Pin.IRQ_HIGH_LEVEL: Configura la interrupción para que se active cuando el pin se encuentre en 1
En el siguiente diagrama puedes visualizar las fases de la señal:

Note

En el siguiente artículo te explico más del tema de interrupciones con Micropython 🐍.

Ejemplos prácticos de `Pin` con RP2040

En el siguiente embebido estamos creando un proyecto en la plataforma Wokwi, que nos permite simular proyectos con tarjetas como Arduino Uno, ESP32, Raspberry Pi Pico, entre otras, junto con un amplio conjunto de sensores y actuadores. En este caso, estamos utilizando una Raspberry Pi Pico y conjunto de LEDs y botones para mostrar cómo se puede controlar un pin con la clase Pin de Micropython 🐍

En el ejemplo podemos ver 4 casos de uso sencillos para la clase Pin

Caso 1: Configuramos un pin como salida y lo encendemos en la función main en un intervalo de 500ms con la fuinción sleep
Caso 2: Declaramos un pin como salida, pero primero instanciamos la clase Pin y luego configuramos el pin con el método init.
Case 3: Configuramos dos pines con la clase Pin, uno como salida y otro como entrada. Leemos el valor del pin de entrada y lo asignamos al pin de salida
Caso 4: Configuramos un pin como entrada y configuramos una interrupción para que se active cuando el pin cambie de 0 a 1. En el callback simplemente cambiamos el valor del pin de salida.

Note

En el siguiente enlace puedes ver el código fuente del proyecto en una nueva pestaña.
El caso 4 de nuestro proyecto funciona con interrupciones, y es posible que en la simulación no funcione correctamente debido a que no se está procesando el debounce del botón.

Info

Podrás encontrar toda la documentación de la clase Pin para micropython 🐍 en el siguiente link

RP Pico: Interrupciones de GPIO

Dacadev — Sun, 28 Apr 2024 21:18:46 +0000

Tabla de Contenido

Note

En este artículo aprenderás a manejar las interrupciones GPIO de la Raspberry Pi Pico usando MicroPython. Al final entenderás cómo configurarlas y qué tener en cuenta al diseñar el comportamiento de las interrupciones.

¿Qué son las interrupciones?

Las interrupciones son acciones, normalmente una serie de tareas que se ejecutan cuando cierta condición o evento se genera durante la ejecución del programa. Haciendo que el programa se detenga en ese punto y proceda a ejecutar las acciones que se han definido para ese evento.

Manejo de interrupciones en el RP2040

Antes de configurar el código para nuestra RP2040, es importante entender cómo maneja las interrupciones. Cada núcleo está equipado con un controlador de interrupciones propio, conocido como Controlador de Interrupciones Vectorizadas Anidadas (o NVIC por sus siglas en inglés, Nested Vectored Interrupt Controller). Cada NVIC puede gestionar 32 tipos de interrupciones. Esto proporciona al RP2040 flexibilidad para manejar múltiples interrupciones de manera eficiente, permitiendo que cada núcleo responda de forma independiente a los eventos de interrupción específicos. En relación con los GPIO, cada controlador de interrupciones gestiona una única interrupción de GPIO por banco, y no una interrupción por cada pin, lo que significa que las interrupciones por pines dentro de un mismo banco son compartidas entre los pines del mismo.

Note

Para más información de como se manejan las interrupciones en el RP2040, puedes revisar la sección 2.3.2 del datasheet

Interrupciones con Micropython

Info

A partir de este punto es necesario que el usuario tenga entendimiento de como operan la clase Pin en Micropython, si ese no es el caso en el siguiente artículo te explico más del tema.

Para configurar las interrupciones en Micropython debemos de tener una instancia de la clase Pin que encontramos en la librería machine. Una vez tengas la instancia de Pin el siguiente paso es asociar una interrupción al mismo, para ello haremos uso del método irq.

Este método tiene las siguientes configuraciones:

parámetro	valor por defecto	descripción
handler	`None`	Es la función que se ejecutará cuando se dispare la interrupción, esta función secibe como parámetro una instancia del `Pin` que lo activo, si el valor es `None` la interrupción esta desactivada
trigger	`IRQ_FALLING \| Pin.IRQ_RISING`	Es el comportamiento que se tendrá encuenta para activar la interrupción, mirá el gráfico mas adelante, es posible mezclar mas de un tipo de activador
priority	`1`	Es el nivel de prioridad que le asignarás a la interrupción, entre mayor el numero, mayor prioridad
wake	`None`	Te permite controlar si la interrupción tiene la capacidad de “despertar” al procesador si esta en estado de reposo/suspención
hard	`False`	Este parámetro permite definir si la interrupción será manejada por hardware o no, esto permite disminuir el delay entre la activación y la ejecución de la función de la interrupción, sin embargo tiene implicación de performance que debe considerar el desarrollador y no Micropython

Veamos un ejemplo de como se crean interrupción con Micropython:

from machine import Pin
from utime import sleep

# setup
led = Pin(25, Pin.OUT, value=False)
btn = Pin(1, Pin.IN)

# Función para manejar la interrupción
# recibe solo un parámetro de tipo Pin
def interrupt_callback(pin):
 print(pin)
 led.toggle()


btn.irq(handler=interrupt_callback, trigger=Pin.IRQ_FALLING)

Tipo de activadores de interrupciones

Micropython define los siguientes activadores de interrupciones:

Pin.IRQ_FALLING interrupción en flanco de bajada (falling edge)
Pin.IRQ_RISING interrupción en flanco de subida (rising edge)
Pin.IRQ_LOW_LEVEL interrupción en nivel bajo (low level)
Pin.IRQ_HIGH_LEVEL interrupción en nivel alto (high level)

Recuerda que una señal digital oscila entre 1 y 0, lo cual podemos ver en el tiempo como una señal cuadrada, y en base a ella es que se tienen definidas los activadores de interrupciones, como se muestra en el siguiente gráfico.

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MicroPython: Manejo de pines

¿Qué es la clase Pin?

Instancia de la Clase Pin

Métodos de la Clase Pin

Pin.init

Pin.value

Pin.on()

Pin.off()

Pin.toggle()

Pin.irq()

Ejemplos prácticos de Pin con RP2040

RP Pico: Interrupciones de GPIO

¿Qué son las interrupciones?

Manejo de interrupciones en el RP2040

Interrupciones con Micropython

Tipo de activadores de interrupciones

¿Qué es la clase `Pin`?

Instancia de la Clase `Pin`

Métodos de la Clase `Pin`

Ejemplos prácticos de `Pin` con RP2040