板载实验 · 5 个 GPIO 入门实验

2.1

板载 LED 流水灯

GPIO 输出 · FPIOA 引脚映射 · 循环与延时

⭐ 简单 · 10 分钟

🎯实验目的

掌握 K210 GPIO 输出模式的基本用法
学会使用 fpioa_manager 把内部 GPIO0-7 映射到物理 IO6-IO13
熟悉 for 循环、time.sleep_ms() 延时、列表索引等 MicroPython 基础

🛠️硬件准备

CanMV / K210 开发板 × 1（已焊接 8 颗板载 LED）
USB Type-C 数据线 × 1（必须支持数据传输）
MaixPy 固件 ≥ v0.6.2

💡 不需要外接任何传感器或屏幕，程序运行后立刻可以从板载 LED 上看到现象。

🔌引脚分配

开发板把内部 GPIOHS0~7 通过 FPIOA 映射到板载 LED：

内部 GPIO	物理引脚	板载 LED
`GPIO0`	`IO6`	LED_A
`GPIO1`	`IO7`	LED_B
`GPIO2`	`IO8`	LED_C
`GPIO3`	`IO9`	LED_D
`GPIO4`	`IO10`	LED_E
`GPIO5`	`IO11`	LED_F
`GPIO6`	`IO12`	LED_G
`GPIO7`	`IO13`	LED_H

💻实验代码 `2.1.Water_LED.py`

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
# 文件名：2.1.Water_LED.py
# 说明：板载LED流水灯实验
import time
from maix import GPIO
from fpioa_manager import fm
from board import board_info

# CanMV 开发板引脚配置
fm.register(6,  fm.fpioa.GPIO0, force=True)
fm.register(7,  fm.fpioa.GPIO1, force=True)
fm.register(8,  fm.fpioa.GPIO2, force=True)
fm.register(9,  fm.fpioa.GPIO3, force=True)
fm.register(10, fm.fpioa.GPIO4, force=True)
fm.register(11, fm.fpioa.GPIO5, force=True)
fm.register(12, fm.fpioa.GPIO6, force=True)
fm.register(13, fm.fpioa.GPIO7, force=True)

# 配置引脚为输出
leds = [GPIO(GPIO.GPIO0, GPIO.OUT), GPIO(GPIO.GPIO1, GPIO.OUT),
        GPIO(GPIO.GPIO2, GPIO.OUT), GPIO(GPIO.GPIO3, GPIO.OUT),
        GPIO(GPIO.GPIO4, GPIO.OUT), GPIO(GPIO.GPIO5, GPIO.OUT),
        GPIO(GPIO.GPIO6, GPIO.OUT), GPIO(GPIO.GPIO7, GPIO.OUT)]

if __name__ == '__main__':
    while True:
        for n in range(0, 8):        # 依次点亮
            leds[n].value(1)
            time.sleep_ms(300)
        for n in range(0, 8):        # 依次熄灭
            leds[n].value(0)
            time.sleep_ms(300)

📖代码说明

fm.register(IO, GPIO, force=True)：FPIOA（Flexible Pin Multiplexing）允许把任意内部功能映射到任意物理 IO；force=True 表示强制覆盖之前的映射。
GPIO(pin, mode)：构造一个 GPIO 句柄，GPIO.OUT 表示输出模式。
led.value(1 / 0)：输出高 / 低电平，由于板载 LED 另一端接 3.3V，所以 value(0) 点亮、value(1) 熄灭。
time.sleep_ms(300)：阻塞 300 毫秒，控制灯光切换速度。

🎬实验现象

上电运行后，开发板上 8 颗 LED 按照：

A → B → C → D → E → F → G → H → 全灭 → A → ...

循环，呈现出"水流动"的效果，每步间隔 300ms。

⚠️注意事项

务必使用 from board import board_info 提前读取板级信息，避免在某些固件版本上因引脚未初始化而报错。
fm.register 调用时建议带 force=True，否则重复烧录程序后第二次运行可能因为引脚已被占用而失败。
如果想改"流速"，只需修改 time.sleep_ms(300) 中的数值（建议 50 ~ 1000ms）。

2.2

板载方向按键

GPIO 输入 · 内部上拉 · 边沿消抖 · 串口打印

⭐ 简单 · 15 分钟

🎯实验目的

掌握 K210 GPIO 输入模式 + PULL_UP 内部上拉
理解 按键消抖 思路：前后状态比较避免重复触发
学会用 print() 通过串口（REPL）输出调试信息

🛠️硬件准备

CanMV / K210 开发板 × 1（带 4 向方向按键）
USB Type-C 数据线 × 1（烧录 + 供电 + 串口通信）

💡 板载按键一端接引脚，另一端接地，因此使用 GPIO.PULL_UP 内部上拉，未按时为高电平 1。

🔌引脚分配

按键	物理引脚	内部 GPIO	触发逻辑
UP	`IO6`	`GPIO0`	按下低电平
LEFT	`IO7`	`GPIO1`	按下低电平
DOWN	`IO8`	`GPIO2`	按下低电平
RIGHT	`IO10`	`GPIO3`	按下低电平

💻实验代码 `2.2_button.py`

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
# 文件名：2.2_button.py
# 说明：板载方向按键实验
import time
from maix import GPIO
from fpioa_manager import fm

# CanMV 开发板引脚配置
fm.register(6,  fm.fpioa.GPIO0, force=True)
fm.register(7,  fm.fpioa.GPIO1, force=True)
fm.register(8,  fm.fpioa.GPIO2, force=True)
fm.register(10, fm.fpioa.GPIO3, force=True)

# 配置为输入并启用内部上拉
up_button    = GPIO(GPIO.GPIO0, GPIO.IN, GPIO.PULL_UP)
left_button  = GPIO(GPIO.GPIO1, GPIO.IN, GPIO.PULL_UP)
down_button  = GPIO(GPIO.GPIO2, GPIO.IN, GPIO.PULL_UP)
right_button = GPIO(GPIO.GPIO3, GPIO.IN, GPIO.PULL_UP)

state = ['up', 'left', 'down', 'right']
prev = [1, 1, 1, 1]  # 上一次状态，用于消抖

while True:
    curr = [up_button.value(), left_button.value(),
            down_button.value(), right_button.value()]
    for i in range(4):
        if curr[i] != prev[i]:        # 状态发生变化
            if curr[i] == 0:          # 0 = 按下瞬间
                print(state[i])
            prev[i] = curr[i]
    time.sleep_ms(20)                  # 20ms 轮询周期

📖代码说明

GPIO.IN + GPIO.PULL_UP：将引脚配置为输入并启用内部上拉电阻，使空闲时为高电平。
消抖思路：每隔 20ms 采样一次引脚电平，只在前后状态不同且当前为低电平时，认为是一次有效按键动作。
print()：通过串口（REPL）输出方向字符串，方便调试。

🎬实验现象

打开 CanMV IDE（v2.9.2-2）的 串口监视器，依次按下 4 个按键：

up left down right

💡 长按同一按键时，由于状态未变化，串口不会重复打印——这正是"边沿触发"的效果。

⚠️注意事项

轮询周期不能太短：time.sleep_ms(20) 是个常用经验值，太短会增加 CPU 占用，太长会漏掉短按。
长按与短按：本实验不区分，如果需要"单击/双击/长按"等高级事件，请在状态机里增加计时逻辑。
板载按键通常已加硬件消抖（RC 滤波），软件只做边沿判断即可。

2.3

有源蜂鸣器

GPIO 数字输出 · 蜂鸣器驱动 · 函数封装复用

⭐⭐ 中等 · 15 分钟

🎯实验目的

认识 有源蜂鸣器 与无源蜂鸣器的区别（前者内置振荡源，给电就响）
掌握 GPIO 输出高低电平来 驱动蜂鸣器 的方法
学会用函数封装可复用的"蜂鸣一声"动作

🛠️硬件准备

CanMV / K210 开发板 × 1（板载有源蜂鸣器，标注 "BUZZER"）
USB Type-C 数据线 × 1

💡 板载蜂鸣器一般是 低电平触发，请确认你的开发板型号；如果是高电平触发，把 value(0) 与 value(1) 对调即可。

🔌引脚分配

模块	物理引脚	内部 GPIO
蜂鸣器 BUZZER	`IO6`	`GPIO0`

💻实验代码 `2.3.Buzzer.py`

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
# 文件名：2.3.Buzzer.py
# 说明：有源蜂鸣器实验
import time
from maix import GPIO
from fpioa_manager import fm
from board import board_info

fm.register(6, fm.fpioa.GPIO0, force=True)
buzzer = GPIO(GPIO.GPIO0, GPIO.OUT)

def makerobo_buzzer_on():
    buzzer.value(0)            # 低电平触发

def makerobo_buzzer_off():
    buzzer.value(1)

def makerobo_beep(x):
    makerobo_buzzer_on()
    time.sleep_ms(x)
    makerobo_buzzer_off()
    time.sleep_ms(x)

def loop():
    while True:
        makerobo_beep(500)     # 鸣叫 500ms、静默 500ms

if __name__ == '__main__':
    loop()

📖代码说明

makerobo_beep(x)：封装"鸣叫 + 静默"为一个完整动作，方便复用。
延时单位：time.sleep_ms(500) 即 500 毫秒；如果想鸣叫 1 秒，把参数改成 1000。
循环结构：在 loop() 中无限循环，可以把蜂鸣器作为"提示音"嵌入到任何主程序里。

🎬实验现象

上电后蜂鸣器以 500ms 鸣叫 + 500ms 静默 的节奏持续发出：

滴 —— 滴 —— 滴 —— 滴 ——

声音节奏均匀，可清晰分辨"鸣"和"停"两段时间。

⚠️注意事项 & 拓展

不要长时间鸣叫：板载蜂鸣器电流较大（~30mA），持续通电会发烫，建议单次鸣叫不超过 2 秒。
有源 vs 无源：本实验针对有源蜂鸣器（自带振荡电路）。如果是无源蜂鸣器，必须用 PWM 输出方波才能响。
三极管驱动：外接更大功率蜂鸣器时，建议加 NPN 三极管（如 S8050）做电流放大。
拓展 ①：把蜂鸣器接到按键事件里，实现"按下时短促响一声"。
拓展 ②：改用 PWM 驱动无源蜂鸣器，演奏简单旋律（参考 machine.PWM API）。

2.4

火焰传感器

数字式传感器 · GPIO 输入 · 边沿检测 · 状态打印

⭐⭐ 中等 · 20 分钟

🎯实验目的

了解 数字式传感器 的工作方式：输出只有 0 / 1 两种状态
掌握 GPIO 输入 + 边沿检测的组合应用
学会把"状态变化"映射为可读的控制台信息

🛠️硬件准备

CanMV / K210 开发板 × 1
数字式火焰传感器模块 × 1（3 线制：VCC / GND / DO）
杜邦线 × 3（公对母）
USB Type-C 数据线 × 1

💡 火焰传感器对 760nm ~ 1100nm 波段的红外光敏感，能感知打火机、蜡烛等光源。

🔌引脚分配

传感器引脚	物理引脚	内部 GPIO	说明
DO（数字输出）	`IO6`	`GPIO0`	状态信号，0/1
VCC	3.3V	—	电源
GND	GND	—	地

💡 大多数模块的 DO 默认在 无火焰时输出 1，有火焰时输出 0；少数型号相反，可通过模块上的电位器调节灵敏度。

💻实验代码 `2.4_sensor.py`

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
# 文件名：2.4_sensor.py
# 说明：传感器实验
import time
from maix import GPIO
from fpioa_manager import fm

fm.register(6, fm.fpioa.GPIO0, force=True)
makerobo_DO = GPIO(GPIO.GPIO0, GPIO.IN)

def makerobo_Print(x):
    if x == 1:
        print('')
        print('   *******************')
        print('   *  Makerobo Safe~ *')
        print('   *******************')
        print('')
    if x == 0:
        print('')
        print('   ******************')
        print('   * Makerobo Fire! *')
        print('   ******************')
        print('')

def makerobo_loop():
    makerobo_status = 1
    while True:
        makerobo_tmp = makerobo_DO.value()
        if makerobo_tmp != makerobo_status:    # 边沿检测
            makerobo_Print(makerobo_tmp)
            makerobo_status = makerobo_tmp
        time.sleep_ms(200)

if __name__ == '__main__':
    makerobo_loop()

📖代码说明

边沿检测：if tmp != status: 用来判断传感器状态是否变化，只有"发生变化"才打印一次，避免重复刷新。
轮询延时 200ms：足以感知人手操作的节奏；如果换成更快的传感器（如震动），可缩小到 20-50ms。
可扩展性：把 print 换成蜂鸣器响 / LED 闪 / MQTT 上报，就能形成完整的"火焰报警"产品。

🎬实验现象

打开 CanMV IDE（v2.9.2-2）串口监视器：

上电后无火焰，串口打印一次 Makerobo Safe~。
用打火机在传感器前方 距离 20cm 内 点火但不烧到模块，串口立即打印 Makerobo Fire!。
移开火焰，串口再次打印 Makerobo Safe~。

⚠️注意事项

打火机火焰不要靠太近：温度过高会损坏传感器，建议 10-30cm。
环境光干扰：阳光中的红外成分可能误触发，可通过模块上的电位器调高阈值。
真火警场景：实验仅做"探测-提示"演示；真正产品需要加 声光报警 + 自动灭火 + 远程通知 链路。

2.5

WS2812 RGB 彩灯

单线协议 · NeoPixel 驱动 · 全彩循环动画

⭐⭐⭐ 进阶 · 20 分钟

🎯实验目的

认识 WS2812 / NeoPixel 可寻址 RGB 灯珠的通信协议（单线归零码）
掌握 K210 上的 modules.ws2812 驱动调用方式
学会用循环 + 颜色常量做"彩灯轮播"动画

🛠️硬件准备

CanMV / K210 开发板 × 1（板载或外接 4 颗 WS2812 灯珠）
USB Type-C 数据线 × 1

💡 WS2812 工作电压 5V。板载灯珠已通过稳压电路接好，直接供电即可；外接时建议用独立 5V 电源（≥ 1A），K210 引脚仅提供数据信号。

🔌引脚分配

模块	物理引脚
WS2812 DIN（数据线）	`IO6`

💻实验代码 `2.5.WS2812_show.py`

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
# 文件名：2.5.WS2812_show.py
# 说明：RGBS彩灯实验
from modules import ws2812
import utime

# 颜色常量 (R, G, B)
cmv_RED   = (255, 0,   0)
cmv_GREEN = (0,   255, 0)
cmv_BLUE  = (0,   0,   255)

# 引脚 6，4 颗灯珠
np = ws2812(6, 4)

while True:
    # 红色
    for i in range(4):
        np.set_led(i, cmv_RED)
    np.display()
    utime.sleep(1)

    # 绿色
    for i in range(4):
        np.set_led(i, cmv_GREEN)
    np.display()
    utime.sleep(1)

    # 蓝色
    for i in range(4):
        np.set_led(i, cmv_BLUE)
    np.display()
    utime.sleep(1)

📖代码说明

ws2812(pin, num)：构造灯带对象，pin 是数据线引脚号（默认接 FPIOA 的 pin），num 是灯珠数量。
set_led(index, (r,g,b))：仅修改缓冲区，必须 display() 后才真正发送到灯珠。
颜色顺序：本驱动默认 GRB 顺序写入；通过 set_led 传入 RGB 元组时，驱动会自动转换。
utime.sleep(1)：每种颜色持续 1 秒；改成 0.1 即可做"流水"效果。

🎬实验现象

上电后，4 颗灯珠同步切换：

1 秒全红
1 秒全绿
1 秒全蓝
循环往复

⚠️注意事项 & 拓展

电平匹配：WS2812 数据线高电平阈值为 0.7 × VDD，K210 输出 3.3V 时大多数灯珠都能识别；若遇不稳定，可在数据线串联 100Ω 电阻。
电流估算：每颗全白 ≈ 60mA，4 颗全亮 ≈ 240mA；请确保电源能稳定供电。
时序敏感：WS2812 对时序非常敏感，中途插入 print() 可能会破坏波形——若发现颜色异常，把调试打印关掉。
数量上限：单条总线建议不超过 500 颗，更长需要加电平转换或缓冲器。
拓展 ①：改成 呼吸灯：用 for 循环改变亮度（0~255）实现 PWM 效果。
拓展 ②：改成 彩虹跑马灯：用 HSV → RGB 转换函数，按位置给每颗灯珠不同色相。
拓展 ③：加入按键控制：方向键切换颜色 / 模式（结合 2.2 的按键读取）。

📚

通用准备 & 常见问题

环境准备 · 运行步骤 · 故障排查

🛠️通用准备

一块 CanMV / K210 开发板（推荐带板载 LED、按键、蜂鸣器、WS2812）
USB Type-C 数据线（务必支持数据传输）
烧录好 MaixPy 固件 ≥ v0.6.2
CanMV IDE（推荐 v2.9.2-2）或其他串口工具

🚀运行步骤

用 CanMV IDE（v2.9.2-2）打开 2.X.名称.py；
选择正确的串口并连接；
点击运行（或按 F5）；
按照 README 中 🎬 实验现象 一节验证效果。

❓ 烧录第二次运行报错 "Pin already registered"？

这是 FPIOA 引脚被前一次程序占用。在 fm.register(..., force=True) 中加上 force=True 参数会强制覆盖，所有本系列示例都已加上该参数，请确认你下载的是最新版。

❓ 串口看不到 print 输出？

① 确认 CanMV IDE (v2.9.2-2) 已点击"连接"且左下角出现 → 提示符；② 串口监视器的波特率需要与固件匹配（默认 115200）；③ 在 IDE 中按 Ctrl+C 中断后再重新运行。

❓ WS2812 颜色异常 / 乱闪？

时序被 print 打断是常见原因。请把所有调试 print 注释掉再观察；其次检查数据线是否过长（建议 < 1m），必要时在 DIN 串联 100Ω 电阻。

❓ 想换板子但 IO 号对不上？

请参考你板子的原理图，把代码里的 fm.register(IO, ...) 第二个参数和 FPIOA 编号改成实际连接的引脚即可，示例中的 6/7/8/10/13 等是 CanMV 板的常用 IO 编号。

❓ 实验完成后下一步学什么？

GPIO 玩熟后建议进入示例项目学习摄像头采集、屏幕显示，再进入课程目录的实战篇跑 YOLO 人脸检测与语音关键词识别。

从点亮第一颗 LED到驱动全彩灯带

📋 实验总览

🎯实验目的

🛠️硬件准备

🔌引脚分配

💻实验代码 2.1.Water_LED.py

📖代码说明

🎬实验现象

⚠️注意事项

🎯实验目的

🛠️硬件准备

🔌引脚分配

💻实验代码 2.2_button.py

📖代码说明

🎬实验现象

⚠️注意事项

🎯实验目的

🛠️硬件准备

🔌引脚分配

💻实验代码 2.3.Buzzer.py

📖代码说明

🎬实验现象

⚠️注意事项 & 拓展

🎯实验目的

🛠️硬件准备

🔌引脚分配

💻实验代码 2.4_sensor.py

📖代码说明

🎬实验现象

⚠️注意事项

🎯实验目的

🛠️硬件准备

🔌引脚分配

💻实验代码 2.5.WS2812_show.py

📖代码说明

🎬实验现象

⚠️注意事项 & 拓展

🛠️通用准备

🚀运行步骤

从点亮第一颗 LED
到驱动全彩灯带

💻实验代码 `2.1.Water_LED.py`

💻实验代码 `2.2_button.py`

💻实验代码 `2.3.Buzzer.py`

💻实验代码 `2.4_sensor.py`

💻实验代码 `2.5.WS2812_show.py`