🍓 ۲۵ مدار رزبری پای پیکو با میکروپایتون، با اسم فارسی و انگلیسی

✍️ تیم ووکوی فارسی · ۳۰ مهر ۱۴۰۵

رزبری پای پیکو برد کوچکی است که با میکروپایتون، یعنی همان پایتون ساده و خوانا، برنامه‌نویسی می‌شود. اگر پایتون بلدی یا تازه دارد یادت می‌دهند، پیکو کوتاه‌ترین راه از کد به مدار است. ولی بعد از چشمک‌زن اول، سؤال همیشگی این است: «حالا چه مداری بسازم؟». این صفحه جوابش را می‌دهد: ۲۵ مدار رزبری پای پیکو با اسم کامل فارسی و انگلیسی، قطعه‌ها، دستور میکروپایتونی که هر مدار یاد می‌دهد، این‌که در شبیه‌ساز اجرا می‌شود یا نه، و آموزشی که آن را قدم‌به‌قدم درس می‌دهد. بعد پنج مدار میکروپایتون را با جدول سیم‌کشی و کد کامل می‌سازیم. اگر پایه‌های زبان را هنوز محکم نکرده‌ای، اول آموزش میکروپایتون از صفر را بخوان.

سه قانون مدارهای پیکو

1. همه‌چیز ۳٫۳ ولت: پایه‌های GP پیکو با ۳٫۳ ولت کار می‌کنند و ۵ ولت را تحمل نمی‌کنند. پتانسیومتر و سنسورها را به 3V3(OUT) (پایه‌ی فیزیکی ۳۶) وصل کن. پایه‌ی VBUS (پایه‌ی ۴۰) پنج ولت USB است و فقط برای تغذیه‌ی قطعه‌های پرمصرف مثل سروو و نوار نئوپیکسل به کار می‌رود.
2. آنالوگ فقط روی سه پایه: GP26، GP27 و GP28 تنها ورودی‌های آنالوگ‌اند. read_u16() عددی بین ۰ تا ۶۵۵۳۵ می‌دهد و duty_u16() در PWM هم همین بازه را می‌گیرد؛ پس عدد ولوم را می‌شود مستقیم به LED داد.
3. PWM و I2C به پایه حساس‌اند: پایه‌هایی که یک «برش» PWM را شریک‌اند فرکانس یکسان دارند و GP0 و GP16 حتی یک کانال‌اند. I2C هم باید با پایه‌ی درستِ باس جور باشد: GP4 و GP5 مال I2C(0) هستند و GP2 و GP3 مال I2C(1). نقشه‌ی کامل در پین اوت رزبری پای پیکو.

جدول ۲۵ مدار رزبری پای پیکو

مدارها در پنج دسته‌اند. ستون «مفهوم» دستور یا ایده‌ی میکروپایتونی است که با ساختن آن مدار یاد می‌گیری. «پایین همین صفحه» یعنی سیم‌کشی و کد کاملش در ادامه آمده است.

۱. پایه: پایه‌ی دیجیتال، PWM و ADC

۲. سنسورها و ورودی‌ها

۳. خروجی و حرکت

۴. نمایشگرها و نور رنگی

۵. ارتباط و پروژه

از کدام مدار شروع کنم؟ یک مسیر پیشنهادی

این ۲۵ مدار را لازم نیست به ترتیب شماره بسازی. اگر تازه با پیکو آشنا شده‌ای، این مسیر پنج‌مرحله‌ای هر بار فقط یک مفهوم تازه اضافه می‌کند:

1. خروجی دیجیتال: مدار ۱ و ۲ (چشمک‌زن‌ها). یاد می‌گیری Pin بسازی، value و toggle را صدا بزنی و با time.sleep زمان بدهی.
2. ورودی دیجیتال و وقفه: مدار ۳ و بعد مدار ۷. فرق خواندن دکمه در حلقه با وقفه را می‌فهمی و یاد می‌گیری تابع وقفه را کوتاه نگه داری.
3. آنالوگ و PWM: مدار ۴، ۵ و ۶. دو عدد جادویی ۰ تا ۶۵۵۳۵ را برای ورودی و خروجی می‌شناسی و می‌بینی چرا عدد ولوم مستقیم به LED می‌رسد.
4. ماژول‌ها و کتابخانه‌ها: مدار ۱۰، ۱۹ و بعد ۲۰. با import dht و درایور ssd1306 کار می‌کنی، باس I2C را می‌شناسی و خطا را با try/except مدیریت می‌کنی.
5. هم‌زمانی و پروژه: مدار ۸ و ۱۱ و در آخر ۲۴ یا ۲۵. با Timer چند کار را بدون sleep طولانی پیش می‌بری و چند ماژول را در یک برنامه ترکیب می‌کنی.

بعد از این پنج مرحله، هر مدار دیگری در جدول فقط ترکیب تازه‌ای از همین مفهوم‌هاست. اگر هنوز بین زبان‌ها مردّدی، میکروپایتون یا C++ آردوینو فرق‌ها را با مثال نشان می‌دهد.

پنج مدار پیکو با سیم‌کشی و کد کامل میکروپایتون

همه‌ی کدها برای میکروپایتون رسمی رزبری پای پیکو نوشته شده‌اند. روی برد واقعی فایل را با اسم main.py ذخیره کن تا با هر بار روشن شدن اجرا شود؛ در شبیه‌ساز کافی است دکمه‌ی اجرا را بزنی. خروجی print در سریال مانیتور دیده می‌شود.

مدار ۷: چراغ عابر پیاده (Pedestrian Traffic Light)

چراغ ماشین‌ها همیشه سبز است تا وقتی عابری دکمه را بزند؛ آن‌وقت زرد، بعد قرمز می‌شود تا عابر رد شود، و دوباره سبز. دکمه با وقفه خوانده می‌شود: تابع وقفه فقط یک پرچم را روشن می‌کند و کار اصلی در حلقه انجام می‌شود.

from machine import Pin
import time

red = Pin(13, Pin.OUT)
yellow = Pin(14, Pin.OUT)
green = Pin(15, Pin.OUT)
button = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)   # button between GP16 and GND

requested = False

def on_press(pin):
    global requested
    requested = True                    # only set a flag: keep handlers short

button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=on_press)

def lights(r, y, g):
    red.value(r)
    yellow.value(y)
    green.value(g)

lights(0, 0, 1)                         # cars start on green
while True:
    if requested:
        print("pedestrian waiting")
        time.sleep(1)
        lights(0, 1, 0)                 # yellow
        time.sleep(2)
        lights(1, 0, 0)                 # red: people cross
        print("cross now")
        time.sleep(5)
        lights(0, 0, 1)                 # back to green
        requested = False
    time.sleep_ms(50)

• Pin.PULL_UP مقاومت داخلی را روشن می‌کند تا ورودی شناور نماند؛ دکمه‌ی آزاد ۱ و دکمه‌ی فشرده ۰ خوانده می‌شود.
• IRQ_FALLING یعنی تابع درست در لحظه‌ی افتادن ولتاژ از ۱ به ۰، یعنی لحظه‌ی فشار، صدا زده شود. حتی اگر دکمه درست وسط sleep_ms(50) حلقه فشرده شود، فشار گم نمی‌شود.
• global requested لازم است چون تابع وقفه یک متغیر بیرونی را عوض می‌کند. کار طولانی مثل sleep را هیچ‌وقت داخل تابع وقفه نگذار.
• requested = False آخر چرخه است؛ فشارهایی که وسط قرمز زده شده‌اند چرخه‌ی دوم راه نمی‌اندازند.

مدار ۶: لامپ رنگی با ولوم (RGB Hue Knob)

با چرخاندن یک ولوم، رنگ LED RGB روی چرخ رنگ حرکت می‌کند: از قرمز به زرد، سبز، آبی، بنفش و دوباره قرمز. سه PWM برای سه رنگ و یک ADC برای ولوم.

from machine import Pin, PWM, ADC
import time

knob = ADC(26)                      # GP26 = ADC0
red = PWM(Pin(13))
green = PWM(Pin(14))
blue = PWM(Pin(15))
for ch in (red, green, blue):
    ch.freq(1000)

def color(r, g, b):                 # 0..255 each, like on a web page
    red.duty_u16(r * 257)           # 255 * 257 = 65535
    green.duty_u16(g * 257)
    blue.duty_u16(b * 257)

def wheel(h):                       # hue 0..359 -> (r, g, b)
    x = (h % 60) * 255 // 60
    s = h // 60
    if s == 0:
        return (255, x, 0)
    if s == 1:
        return (255 - x, 255, 0)
    if s == 2:
        return (0, 255, x)
    if s == 3:
        return (0, 255 - x, 255)
    if s == 4:
        return (x, 0, 255)
    return (255, 0, 255 - x)

while True:
    raw = knob.read_u16()           # 0..65535
    hue = raw * 359 // 65535        # 0..359
    r, g, b = wheel(hue)
    color(r, g, b)
    print("hue:", hue)
    time.sleep_ms(100)

• r * 257 عددهای آشنای ۰ تا ۲۵۵ را به بازه‌ی ۰ تا ۶۵۵۳۵ duty_u16 می‌برد، چون ۲۵۵ ضرب در ۲۵۷ دقیقاً ۶۵۵۳۵ است.
• // تقسیم صحیح است؛ duty_u16 عدد اعشاری قبول نمی‌کند و با / خطای TypeError می‌گرفتی.
• تابع wheel یک «تاپل» سه‌تایی برمی‌گرداند و r, g, b = wheel(hue) آن را یک‌جا در سه متغیر باز می‌کند؛ از ترفندهای قشنگ پایتون.
• GP14 و GP15 یک برش PWM را شریک‌اند، ولی چون هر سه کانال ۱۰۰۰ هرتزند، مشکلی پیش نمی‌آید.

مدار ۱۸: نشانگر سطح با نوار LED (LED Bar Level Meter)

یک نوار ده‌تایی LED مثل نشانگر صدای ضبط‌صوت: هر چه ولوم را بیشتر بچرخانی، LEDهای بیشتری روشن می‌شوند. این مدار نشان می‌دهد چرا لیست پایتون برای کار با چند پایه این‌قدر راحت است.

from machine import Pin, ADC
import time

knob = ADC(26)
leds = [Pin(n, Pin.OUT) for n in range(2, 12)]   # GP2 .. GP11: ten LEDs

while True:
    raw = knob.read_u16()            # 0..65535
    level = raw * 11 // 65536        # 0..10 LEDs to light
    for i in range(10):
        leds[i].value(1 if i < level else 0)
    print("level:", level)
    time.sleep_ms(50)

• [Pin(n, Pin.OUT) for n in range(2, 12)] در یک خط ده پایه را خروجی می‌کند؛ به آن «لیست‌سازی فشرده» می‌گویند. range(2, 12) یعنی ۲ تا ۱۱، چون عدد آخر جزو بازه نیست.
• raw * 11 // 65536 بازه را به ۱۱ پله، یعنی ۰ تا ۱۰ LED، تقسیم می‌کند. با ۱۰ به‌جای ۱۱، بیشترین حاصل ۹ می‌شد و LED دهم هیچ‌وقت روشن نمی‌شد.
• 1 if i < level else 0 شرط یک‌خطی پایتون است: LEDهایی که شماره‌شان از سطح کمتر است روشن، بقیه خاموش.

مدار ۲۰: نمایشگر هوا با OLED و DHT22 (OLED Weather Display)

دما و رطوبت از سنسور DHT22 خوانده می‌شود و روی یک نمایشگر OLED نشان داده می‌شود. اگر سنسور جواب ندهد، برنامه نمی‌شکند و روی صفحه می‌نویسد «Sensor error».

from machine import Pin, I2C
import ssd1306
import dht
import time

i2c = I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
sensor = dht.DHT22(Pin(15))        # for a DHT11 write dht.DHT11(Pin(15))

while True:
    oled.fill(0)                   # clear the screen buffer
    oled.text("Pico weather", 0, 0)
    try:
        sensor.measure()
        t = sensor.temperature()
        h = sensor.humidity()
        oled.text("Temp: {:.1f} C".format(t), 0, 24)
        oled.text("Hum:  {:.0f} %".format(h), 0, 40)
        print("t =", t, "h =", h)
    except OSError:
        oled.text("Sensor error", 0, 24)
        print("DHT did not answer")
    oled.show()                    # send the buffer to the display
    time.sleep(2)                  # DHT22 needs 2 s between readings

• I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5)): GP4 و GP5 مال باس شماره‌ی ۰ هستند. اگر بنویسی I2C(1, …) با همین پایه‌ها، خطا می‌گیری.
• sensor.measure() سنسور را می‌خواند و اگر جوابی نیاید OSError می‌دهد؛ try/except نمی‌گذارد برنامه متوقف شود.
• "{:.1f}".format(t) دما را با یک رقم اعشار می‌نویسد. فونت داخلی OLED فقط حروف انگلیسی دارد، پس متن فارسی ننویس.
• oled.show() را فراموش نکن؛ همه‌چیز اول در حافظه کشیده می‌شود و فقط با این خط روی صفحه می‌آید.

مدار ۱۱: دزدگیر حرکتی با بازر و Timer (PIR Motion Alarm)

وقتی سنسور PIR حرکت ببیند، LED و بازر سه ثانیه روشن می‌شوند و بعد خودشان خاموش می‌شوند. خاموش کردن را به یک Timer یک‌باره سپرده‌ایم تا حلقه‌ی اصلی آزاد بماند و فقط هر چند ثانیه تعداد تشخیص‌ها را گزارش کند.

ماژول رایج HC-SR501 با ۵ ولت تغذیه می‌شود ولی خروجی‌اش ۳٫۳ ولت است، پس مستقیم به GP16 وصل می‌شود. اگر ماژول تو خروجی ۵ ولتی دارد، اول با یک مقسم ولتاژ پایینش بیاور.

from machine import Pin, Timer
import time

pir = Pin(16, Pin.IN)              # PIR OUT -> GP16
led = Pin(15, Pin.OUT)
buzzer = Pin(17, Pin.OUT)          # an active buzzer: on/off is enough
off_timer = Timer()

count = 0

def alarm_off(t):
    led.value(0)
    buzzer.value(0)

def motion(pin):
    global count
    count += 1
    led.value(1)
    buzzer.value(1)
    # (re)start a 3-second one-shot timer; new motion extends the alarm
    off_timer.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=3000, callback=alarm_off)

pir.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=motion)

while True:
    print("detections:", count)
    time.sleep(5)

• IRQ_RISING یعنی لحظه‌ای که خروجی PIR از ۰ به ۱ می‌رود، یعنی شروع حرکت.
• off_timer.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=3000, …) یک بار، سه ثانیه بعد، alarm_off را اجرا می‌کند. اگر وسط این سه ثانیه حرکت تازه‌ای دیده شود، تایمر از نو شروع می‌شود.
• بازر فعال با یک ولتاژ ساده صدا می‌دهد. اگر بازر پسیو داری، باید با PWM و فرکانس صدا (مثلاً ۲۰۰۰ هرتز) به صدا درش بیاوری.

توضیح کامل Timer و کارهای هم‌زمان در Timer در میکروپایتون آمده است.

این مدارها را کجا بسازی؟

• شبیه‌ساز تینکرکد فارسی: برد پیکو و قطعه‌های این فهرست آن‌جا هست و کد میکروپایتون کنار مدار نوشته و اجرا می‌شود. پروژه‌های آماده مثل چشمک‌زن با MicroPython، دیمر LED با MicroPython و OLED و نئوپیکسل را رایگان باز می‌کنی و کدشان را می‌خوانی؛ اجرای پیکو و میکروپایتون جزو اشتراک Plus تینکرکد فارسی است.
• wokwi.com: ووکوی هم برد رزبری پای پیکو (wokwi-pi-pico) را با میکروپایتون و با زبان آردوینو اجرا می‌کند و قطعه‌هایی مثل LED، دکمه، پتانسیومتر، DHT22 و OLED دارد. ساختن یک مدار در آن را در ساخت مدار در ووکوی و فرق شبیه‌سازها را در شبیه‌سازی مدار با ووکوی نوشته‌ایم.
• برد واقعی: میکروپایتون را روی پیکو نصب کن و کد را با Thonny بفرست؛ قدم‌به‌قدم در نصب میکروپایتون و Thonny. اگر ترجیح می‌دهی پیکو را با C++ برنامه‌نویسی کنی، پیکو با زبان آردوینو را ببین.

اشکال‌های رایج در مدارهای پیکو

• ValueError: invalid pin در ADC: پایه‌ای غیر از GP26، GP27 یا GP28 را به ADC داده‌ای.
• OSError هنگام ساختن OLED: نمایشگر روی باس پیدا نشد؛ SDA و SCL جابه‌جاست یا شماره‌ی باس با پایه‌ها نمی‌خواند. print(i2c.scan()) باید [60] (یعنی 0x3C) نشان بدهد.
• TypeError: can't convert float to int: به duty_u16 عدد اعشاری داده‌ای؛ از // یا int() استفاده کن.
• دکمه بدون فشار دادن هم کار می‌کند: Pin.PULL_UP را جا انداخته‌ای و ورودی شناور است.
• IndentationError: تورفتگی خطوط داخل while، if یا def یکی نیست. همه را با چهار فاصله بنویس و Tab و فاصله را قاطی نکن.
• دو LED با هم عوض می‌شوند: هر دو روی یک کانال PWM هستند (مثل GP0 و GP16)؛ یکی را جابه‌جا کن.

همه‌ی مقاله‌های مدار و شبیه‌سازی در بخش مدار و شبیه‌سازی مدار هستند. اگر برد ESP32 هم داری، ۳۰ مدار ESP32 با اسم فارسی و انگلیسی را ببین. برای یادگیری قدم‌به‌قدم مدار از پایه، درس‌های مدار در تینکرکد فارسی را دنبال کن.

سؤال‌های رایج

مدارهای پیکو را با چه ولتاژی تغذیه کنم؟

پایه‌های GP پیکو با ۳٫۳ ولت کار می‌کنند و ورودی ۵ ولت را تحمل نمی‌کنند. سنسورها و پتانسیومتر را به 3V3(OUT) یعنی پایه‌ی فیزیکی ۳۶ وصل کن. پایه‌ی VBUS پنج ولت USB است و فقط برای تغذیه‌ی قطعه‌هایی مثل نوار نئوپیکسل یا سروو به کار می‌آید.

کدام پایه‌های رزبری پای پیکو آنالوگ هستند؟

فقط GP26، GP27 و GP28 که کانال‌های ADC0 تا ADC2 هستند. با ADC(26).read_u16() عددی بین ۰ تا ۶۵۵۳۵ می‌گیری.

همه‌ی این مدارهای میکروپایتون در شبیه‌ساز اجرا می‌شوند؟

بیشترشان بله: Pin، PWM، ADC، Timer، وقفه، I2C با OLED و LCD، نئوپیکسل، DHT و UART. پیکوی شبیه‌ساز تابع time_pulse_us را ندارد، پس HC-SR04 را روی برد واقعی امتحان کن. سنسور دمای داخلی تراشه هم فقط روی برد واقعی معنی دارد.

اجرای پیکو در شبیه‌ساز فارسی رایگان است؟

باز کردن مثال‌ها و خواندن کد و مدارشان رایگان است. اجرای پیکو و میکروپایتون جزو اشتراک Plus تینکرکد فارسی است.

مقاله‌های مرتبط

همه‌ی آموزش‌های مدار و شبیه‌سازی مدار ← · همه‌ی مقاله‌ها