嵌入式 Python：在 BBC micro:bit 上构建游戏

使用 Python 的好处

Python 在构建嵌入式系统时带来的核心优势是开发速度。Python 具有可用于大多数任务的库，这仍然适用于其嵌入式实现。您可以专注于构建您的系统，因为您遇到的许多问题已经得到解决。

由于 Python比其他常见的嵌入式语言级别更高，因此您将编写的代码会更加简洁。这有助于提高开发速度，这意味着您可以更快地编写代码，但它也有助于保持您的代码易于理解。

Python 是内存管理的。C++ 是嵌入式开发的常见选择，但不是。在 C++ 中，您有责任在完成后释放内存，这是很容易忘记的事情，导致程序内存不足。Python 为你做这件事。

使用 Python 的缺点

虽然 Python 的内存管理有很大帮助，但它确实会导致较小的速度和内存成本。MicroPython 文档对内存问题进行了很好的讨论。

另一件要考虑的事情是 Python解释器本身占用空间。对于编译语言，程序的大小仅取决于您的程序，但 Python 程序需要运行它们的解释器。Python 解释器也占用 RAM。在 micro:bit 上，你不能用 Python 编写蓝牙代码，因为 Python 和蓝牙没有足够的空间同时使用。

由于Python是解释，但绝不能因此相当快编译语言。解释型语言需要在运行前解码每条指令，但编译型语言可以直接运行。然而，在实践中，这很少重要，因为 Python 程序对于大多数用例来说仍然运行得足够快。

BBC micro:bit

在BBC微：位是专为教育用途的嵌入式系统。在 micro:bit 上，有很多组件，包括按钮、5x5 LED 屏幕、扬声器和麦克风、加速度计和蓝牙模块。不幸的是，蓝牙模块无法与 Python 一起使用，但您仍然可以直接使用无线电。它可以在 Scratch、JavaScript和最重要的 Python 中编程。

这是背面的一张照片，显示了一些可用的很酷的组件：

您可以在官方网站上找到有关 Raspberry Pi 不同型号的更多信息。有关可以使用 Raspberry Pi 和 Python创建的项目示例，请查看在 Raspberry Pi 上使用 Python 构建物理项目。

木板

该pyboard是一个电子产品开发板被设计为运行MicroPython。它比 micro:bit 强大得多，但没有任何额外的好东西，比如 micro:bit 的板载屏幕和传感器。这是pyboard 1.0：

用于编写嵌入式 Python 的软件选项

当您在计算机上安装 Python时，您通常会安装一个名为CPython的特定Python实现。Python 的实现是运行 Python 代码的程序。

您可以将 CPython 称为默认的 Python 实现，因为它是由定义语言本身的人编写的。然而，CPython 并不是 Python 的唯一实现。在本节中，您将了解一些专门针对编写嵌入式代码的实现。

设置您的环境

无论您是否拥有物理 micro:bit，开始编码的最快途径是使用可用的在线编辑器。在本教程中，您将使用create.withcode 编辑器。当您打开编辑器时，您将看到以下屏幕：

大部分屏幕都被文本缓冲区占据，您可以在其中输入代码。在右下角，您会看到一个播放按钮。这将让您在编写代码后运行代码。

在屏幕上显示说明

您的游戏需要做的第一件事是提出一个方向并将其告诉玩家。对于本场比赛的目的，你可以使用三个方向：left，right，和stay still。您的代码需要选择这些方向之一并将其显示给玩家。这将被包装在一个无限while循环中，以便它可以多次运行。

您的代码可能如下所示：

from microbit import *
from random import randrange

# Define left, stay still, and right
directions = ["L", "O", "R"]

# While the micro:bit is on
while True:
    # Pick a random direction
    direction = directions[randrange(3)]
    display.show(direction)
    # Sleep for a second (1000ms)
    sleep(1000)

此代码将每秒显示不同的随机方向。前两行导入必要的函数：

1. 该microbit模块包含与 micro:bit 接口所需的所有代码。例如，display和accelerometer模块在这里。该microbit模块在 micro:bit 上预加载了 MicroPython，因此如果您在计算机上运行代码时尝试导入它，则可能会遇到错误。
2. 该random模块允许您选择一个随机数。

在导入之后，代码定义了directions列表。这包含代表可用方向的三个字符。用字符定义这个列表的好处是它们可以直接显示，因为 micro:bit 屏幕一次只有一个字符的空间。

该while True:环告诉微：位永远运行里面的代码。实际上，这意味着它会在 micro:bit 通电时运行。在里面，代码首先选择一个随机方向randrange()并显示它。之后，它会睡一秒钟。这会迫使 micro:bit 一秒钟不做任何事情，从而确保玩家有时间看到指令。

运行你的代码

现在你有一些代码，你可以运行它！幸运的是，您不需要 micro:bit 来运行您的代码，因为您的编辑器带有内置模拟器。您可以通过单击右下角的播放按钮访问它并运行您的代码。

当您单击播放按钮时，您将在编辑器中看到以下叠加弹出窗口：

这将要求您将文件保存到您的计算机。保存它，然后抓住你的 micro:bit。使用 USB 数据线将您的 micro:bit 连接到您的计算机。您应该会看到它以与 USB 驱动器相同的方式出现。

要对 micro:bit 进行编程，请将下载的.hex文件拖到您的 micro:bit 上。micro:bit 背面的红色 LED 应闪烁。一旦它停止，您的程序就会加载到设备上并立即开始执行！

既然您已经为开发设置了 micro:bit，您就可以继续进行一些编码了。

获取玩家输入

现在 micro:bit 可以告诉玩家该做什么，是时候获取玩家的输入了。为此，您将使用加速度计。加速度计是一种测量运动的装置。它可以判断 micro:bit 是否在向特定方向移动，对于游戏来说，重要的是 micro:bit 是否在特定方向倾斜。看看下面的图表：

以与之前相同的方式运行您的代码，方法是单击右下角的播放按钮。您将看到 micro:bit 叠加层出现。覆盖层顶部有一些选项卡，用于控制 micro:bit 的各种组件。单击标有Accelerometer的选项卡。

在此选项卡中，您将看到三个滑块，每个轴一个。您将使用 X 轴滑块来测试您的游戏。

当您向右移动滑块时，加速度计的 X 值将增加。同样，当您向左移动滑块时，X 值将减小。这相当于向左和向右倾斜 micro:bit 并允许您在浏览器中玩游戏。

积分和损失

现在基本游戏已经到位，是时候考虑增加点数和输球来完成游戏了。请记住规范中描述的行为是，当玩家输了时，micro:bit 将显示玩家达到该点的总点数。如果玩家做对了，micro:bit 不应显示任何内容：

# Previous code...
points = 0

while True:
    # Previous code...

    if player_in == direction:
        # Player's input is correct
        points += 1
    else:
        display.scroll(points)
        display.show(Image.SAD)
        points = 0
        sleep(1000)

值得庆幸的是，这比上一步的变化要小。在while循环之外，您定义一个将跟踪玩家点数的变量 points。

再往下，您更改了对玩家输入是否在正确方向上的检查。如果玩家移动了正确的方向，他们的总分就会增加1。否则，您可以使用 使总点数在屏幕上滚动display.scroll()，显示出悲伤的脸，然后重置总点数。

您还会sleep()进入丢失代码，因为没有显示图像以使其正确。这使游戏更具挑战性！

为了帮助您检查代码并巩固所学知识，以下是游戏的完整代码：

from microbit import display, Image, accelerometer, sleep
from random import randrange

# Define left, stay still, and right
directions = ["L", "O", "R"]
points = 0

# While the micro:bit is on
while True:
    # Pick a random direction
    direction = directions[randrange(3)]
    display.show(direction)
    # Sleep for a second (1000ms)
    sleep(1000)

    # Get the X-axis (left-right) tilt
    acc_x = accelerometer.get_x()
    # Determine direction
    if acc_x < -200:
        player_in = "L"
    elif abs(acc_x) < 200:
        player_in = "O"
    elif acc_x > 200:
        player_in = "R"

    # Check win condition
    if player_in == direction:
        # Player's input is correct
        points += 1
    else:
        display.scroll(points)
        display.show(Image.SAD)
        points = 0
        sleep(1000)

恭喜您构建了自己的游戏！您会注意到这段代码只占用了 30 多行，包括注释，这比传统嵌入式语言中的等效程序要短得多。

进一步阅读

嵌入式开发是一个巨大的领域，需要学习很多东西。如果您想了解有关使用 Python 进行嵌入式开发的更多信息，那么值得庆幸的是，那里有很多很棒的资源。这里有一些链接可以帮助您入门。

micro:bit 资源

关于 micro:bit 最好的事情之一是那里有大量的教育资源：

• microbit.org : 官方 micro:bit 站点，包含项目、课程和更多代码编辑器
• micro:bit MicroPython 文档：micro:bit 上 Python 的高度可读文档
• 在 BBC micro:bit 上构建贪吃蛇游戏：更复杂游戏的教程，带您慢慢完成整个过程

Micro:bit 教育基金会最近发布了micro:bit的第二个版本，有望激发全新的资源浪潮。

其他运行 Python 的开发板

micro:bit 并不是唯一的板子。绝对值得探索为您的项目找到合适的：

• MicroPython 开发板教程：MicroPython 为其支持的一些开发板提供了一些官方教程。例如，这是ESP8266的一个。
• 标记为 MicroPython 的 Hackaday 项目：该站点提供了人们构建的项目的文章，可以给您一些灵感！
• Pycom 教程：Pycom 制作能够连接到各种网络的 MicroPython 兼容板。这些教程是了解可能性的好方法。

有更多有趣的设备可以运行 Python。您一定会找到适合您项目的一款。