Documentație BBC micro:bit MicroPython

• Conectarea micro:bit-ului la PC
• Încărcarea programelor pe micro:bit
• Definirea variabilelor folosind limbajul Python
• Familiarizarea cu structurile de date folosind limbajul Python
• Utilizarea structurilor repetitive și utilizarea funcțiilor folosind limbajul Python
• Crearea claselor și a obiectelor folosind limbajul Python

BBC micro:bit este o placă de dezvoltare care folosește un microcontroller. Scopul acestui device este de a oferi studenților un bun start pentru a începe devoltarea competențelor în programare. Micro:bit V2 este un ARM Cortex M4, mic, ușor de utilizat. Este prevăzut cu 25 de LED-uri, pe care se pot afișa mesaje sau imagini, cu acclerometru pentru a detecta mișcarile, busolă, bluetooth, două butoane prin care se poate intercționa cu user-ul si alți senzori pe care-i vom descoperi pe parcursul laboratorului.

Programele se scriu pe PC și sunt încărcate pe BBC micro:bit, acestea rămân în memoria flash și se executa atunci când microcontroller-ul este alimentat.

Ce este un microcontroller? Microcontroller-ul este un calculator micșorat într-un singur chip, care poate rula câte un program o dată si consuma cu mult mai puțină decât un laptop sau un calculator. În plus, acestea sunt bune în a controla și a detecta semnalele electrice prin intermediul pinilor. Acestea se găsesc peste tot, de exemplu ceasul digital, cuptorul cu microunde, mouse-ul etc. sunt controlate de microcontrollere. Pentru mai multe informații despre acestea poți accesa acest link.

Pentru desfășurarea laboratoarelor, vom folosi MicroPython pentru a scrie programe pe micro:bit. Este un limbaj de programare creat pentru a lucra cu microcontrollere. Acesta este un subset al limbajului de programare numit Python.

Dacă ai BBC micro:bit V2 urmează instrucțiunile de la secțiunea "Conectarea micro:bit-ului la PC".

Dacă nu ai un BBC micro:bit urmează instrucțiunile de mai jos pentru a folosi simulatorul.

Pentru desfășurarea laboratoarelor se poate folosi și simulatorul de MicroPython. Pentru a-l putea utiliza trebuie să tastați urmatoarele comenzi în terminal, dacă folosiți Windows tastați comenzile în cmd.

Dacă nu aveți Python3 instalat sau nu sunteți siguri că-l aveți urmați pașii din acest document.

Urmatorul pas este să tastați urmatoarele comenzi:

git clone https://github.com/ducklord420/PythonEditor.git
cd PythonEditor
git submodule update --init --recursive
py -m http.server --bind 0.0.0.0

Pentru a accesa simulatorul deschideti un browser si accesati pagina http://localhost:8000/editor.html.

Pentru a simula codul faceți click pe “Sim”. Testați pentru Exemplul 1 din secțiunea următoare.

Primul pas pentru a conecta microcontroller-ul la calculator este să ne folosim de cablul micro USB din kit. Introduceți capatul USB tip B în partea de sus a micro:bit-ului, iar celălalt capăt în calculator.

Pentru desfășurarea acestui laborator vom scrie programele într-un editor de cod online, numit Makecode creat de Microsoft.

Primul program pe care îl vom scrie va fi afișarea textului “Hello” pe cele 25 LED-uri, urmat de abrevierea “SdE”, care va fi stocat într-o variabilă.

from microbit import display  #import "diplay" from microbit library
 
name = "SdE" #declaration of a variable with a String
 
#all the code that is idented under the loop belongs to it
while True: #infinite looop
    # "display" is an object that refers to the LEDs, this method allows us to control them
    display.scroll("HELLO" + " " + name) # concatenation of Strings
 

Transferul de program se numește flashing deoarece programul este copiat în memoria flash a micro:bit-ului.

După conectarea microcontroller-ului în calculator va aparea “MICROBIT” ca un stick de memorie.

Următorul pas este sa salvam programul din editorul de cod ca fișier .hex. Se apasă pe butonul “Load/Save”, apoi acesta downloadează făcând click pe “Download Project Hex”, așa cum este reprezentat în imaginile de mai jos:

Ultimul pas pentru a încarca programul pe micro:bit este să deschideți folder-ul unde s-a salvat fisierul .hex downloadat și să-l copiați în “MICROBIT”. Programul se va compila automat pe microcontroller.

Va apărea o fereastra similara cu cea de jos. Tot ce rămane de facut este să faceți click pe placuta “BBCmicrobit” pe care editorul o dectează, apoi click pe butonul “Connect”.

Ultimul pas pentru a flash-ui programul este să apasați pe butonul “Flash”. Este posibil să așteptați câteva secunde pana când programul va fi încarcat pe placută.

Spre deosebire de alte limbaje de programare, în Python nu etse necesară declararea variabilelor sau tipul lor inainte de a le utiliza. Din acest punct de vedere, Python face parte din categoria limbajelor de programare dinamice, unde tipul variabilelor este interpretat la moemntul execuției.

Python are 2 tipuri numerice: întregi și reale

# Sintaxa pentru a declara un număr întreg:
myInt = 7
 
# Sintaxa pentru a declara un număr real:
myFloat = 7.0
myFloat = float(7)

myString = 'hello'
myString = "hello"

Se poate realiza atribuirea valorilor pentru mai multe variabile.

# Instrucțiuni corecte
a, b = 1, 2             
suma = a  + b

# Instrucțiuni corecte
hello = "hello"
world = "world"
message = hello + " " + world

#Codul următor nu va funcționa
one = 1
two = 2
three = 3
hello = "hello"
 
print (one + two + three + hello)

one = 1
two = 2
three = 3
hello = "hello"
 
print ( str(one) + str(two) + str(three) + hello )

Listele sunt similare cu array-urile. Pot conține nenumărate tipuri de variabile și de de elemente.

Pentru a crea o listă care contine elemente de tip intreg vom rula următoarea linie de cod:

myList = [1,2,3,4,5]

Putem de asemeanea să creăm o listă goală, la care vom adăuga elemente ulterior:

# Declararea unei liste
 
mylist = []
 
# Inserarea elementelor
 
mylist.append(1)
mylist.append(2)
mylist.append(3)

Pentru a extrage un element din listă folosim o construcție de tipul lista[indice]:

mylist = [1,2,3]
 
# Afișarea fiecărui element
 
print( mylist[0] )
print( mylist[1] )
print( mylist[2] )
 
# Output
1
2
3

Exemplu

Pentru a crea o listă cu valori pare de la 2 la 12, vom rula următoarea linie de cod:

mylist = range (2, 13, 2)

• cmp( listName1, listName2) → compararea elementelor din 2 liste
• len( listName ) → numărul de elemente din listă
• max( listName ) → elemntul cu valoarea maximă
• min( listName ) → elementul cu valoarea minimă

• listName.append( element ) → inserarea unui element la finalul listei
• listName.count( element ) → numarul de apariții al unui elemnt într-o listă
• listName.index( element ) → indicele de la prima apariție a elementului în listă
• listName.insert( index, element ) → inserearea elementului în listă la indicele indicat
• listName.pop() → șterge și returnează ultimul element al listei
• listName.remove( element ) → șterge ultimul element din listă
• listName.reverse() → inversează oridnea elementelor din listă
• listName.sort( [function] ) → sortează elemnetele în funcție de parametru

Un dicționar este o structură de date similară cu vectorii sau cu listele, dar funcționează cu cheie și valoare în loc de indice. Fiecare valoare stocată într-un dicționar poate fi accesată cu ajutorul unei chei, care poate fi reprezentată de orice tip de obiect(un șir, un număr, o listă etc.).

De exemplu, dicționarele pot fi utilizate pentru a implementa baze de date, Presupunând că avem o bază de date de studenți trebuie să reținem specializarea pentru care fiecare a optat.

specialisation = {}
 
specialisation["Ana"] = "Informatique"
specialisation["Radu"] = "Electronique"

Sau

specialisation = {
   "Ana": "Informatique",
   "Radu": "Electronique"
}

for nom, spec in specialisation.iteritems():
   print ("Le nom de l'optionel ou {} a été répartisé est: {}".format(nom, spec))

del optionalRepartizare["Ana"]
 
# sau
 
optionalRepartizare.pop("Ana")

Într-un dicționar nu există restricționări pentru valori, doar pentru chei, acestea trebuie să fie unice. În cazul în care nu se respectă această proprietate și există aceeași cheie de 2 ori, doar ultima înregsitrată va fi validă. De exemplu, pentru următoarea secvență de cod:

age = {
    "Ana" : 14,     
    "Ioana" : 13,     
    "Ana" : 16,     
    "Ioana" : 22,     
    "Ana" : 11
}
 
print ("Ana a  {} années et Ioana a {} années.".format(age["Ana"], age["Ioana"]))

Se va afișa mesajul urmator: “Ana a 11 années et Ioana a 22 années.”.

• cmp(dictionarUnu, dictionarDoi) → compararea elementelor a 2 dicționare
• len(numeDictionar) → numărul de elemente dintr-un dicționar
• str(numeDictionar) → generarea unei versiuni mai simple de a afișa un dicționar

numeDictionar.clear() → eliminarea tututot elemetelor dintr-un dicționar

• numeDictionar.copy() → returnează copia unui dicționar
• numeDictionar.has_key(key) → returneză “true” dacă există un element cu cheia “key”, altfel returnează “false” sinon
• numeDictionar.items() → o listă cu toate perechile de tipul (cheie, valoare) care se găsesc în dicționar
• numeDictionar.keys() → lista de chei
• dictionar1.update(dictionar2) → daugă conținutul dicționurului dictionar2 în dicționarul dictionar1
• numeDictionar.values() → listă cu toate valorile stocate în dicționar

# Decizie simplă
 
a = 33
b = 200
if b > a:
  print("b is greater than a")

# Utilizare elif pentru a adăuga condiție suplimentară
 
a = 33
b = 33
if b > a:
  print("b is greater than a")
elif a == b:
  print("a and b are equal")

# Cuvantul cheie else care cuprinde tot ce nu a fost inclus anterior
 
a = 200
b = 33
if b > a:
  print("b is greater than a")
elif a == b:
  print("a and b are equal")
else:
  print("a is greater than b")

# else fară elif
 
a = 200
b = 33
if b > a:
  print("b is greater than a")
else:
  print("b is not greater than a")

Contrar altor limbaje, care au forma strandard for(..) { code } pentru bucla for, Python a eliminat parantezele care arata iterarea unei liste si utilizează : pentru a indica începutul uni bloc de cos care va fi executat în interiorul buclei, ca în exemplul următor:

listaDeNume = ["Ana", "Maria", "Ioana", "Irina", "Andreea", "Cristina"]
 
for nume in listaDeNume:
    print (nume)

În Python, indicele pasului la care ne aflăm în timpul parcurgerii, nu este vizibil, iar pentru asta exista o metodă care numără pașii, numită enumerate:

cours= [ "Analyse", "SdE", "ALF"]
 
 
for index, hobby in enumerate(cours):
    print (index, hobby)
 
# Output:
0 Analyse
1 SdE
2 ALF

O altă funcție este ultilitarul zip, care permite oarcurgerea a două liste simultan.

lista1 = [ 3, 9, 17, 15, 19]
lista2 = [ 2, 4, 30, 24, 3]
 
for a, b in zip( lista1, lista2 ):
    if a > b:
        print (a)
    else:
        print (b)
 
# Output:
 
3
9
30
24
19

O altă particularitate a limbajului Python este faptul că se poate aplica conditioa else si pentru bucla for. În acest caz, ramura else va fi executată după bucla for, dacă și numai dacă în interiorul buclei for nu există p declarație de tip break. De exemplu:

listeAnimaux = [ "loup", "lapin", "lion", "ours" ]
 
for i in listeAnimaux:
   print (i)
   if i == "lapin"
     print ("Le lapin n'est pas sauvage")
     break
else:
   print ("Tous les animaux!")
 
# Output
loup
lapin
Le lapin n est pas sauvage
 
#Si on execute la sequence suivante:
for i in listeAnimaux:
   print (i)
   if i == "lapin"
     print ("Le lapin n'est pas sauvage")
else:
   print ("Tous les animaux!")
 
# Output
loup
lapin
Le lapin n est pas sauvage
lion
ours
Tous les animaux!

#Afficher les chiffres de 0 a 9
 
count = 0
 
while count < 10:
    print (count)
    count = count + 1

Ca și pentru bucla for există, de asemnea, posibilitatea de a aplica condița else pentru bucla while. Diferența este că blocul else va fi executat de fiecare dată când condiția de la structura repetitivă va fi evaluată ca și falsă:

print ("Dévinez de numéro de l'intervalle [ 1, 10 ]")
 
monNr = 7
votreNr = 0
 
while votreNr!= monNr:
    votreNr = int( input("Choisissez. ") )
else:
    print ("Félicitations!")

Instrucțiunea break este utilizată pentru a ieși dintr-o structură repetitivă. De exemplu, se pot afișa numerele de la 0 la 9 în felul următor:

count = 0
 
while True:
    print (count)
    count = count + 1
    if count > 10:
        break

Continue este utilizat pentru a ignora un bloc de instrucțiuni. De exemplu, il putem utiliza pentru a afișa numerele pare de la 0 la 20 astfel:

number = 0
 
while number < 21:
    if number % 2 == 1
        continue
    print (number)

def myFunction():
   print ("Welcome")
 
# sau
 
def simpleSum( a, b ):
   return a + b

myFunction()
 
# sau
 
first = 1
second = 1
sum = simpleSum( first, second )
print (sum)
 
print (simpleSum( first, second ))

Un obiect este o încapsulare de variabile și de funcții într-o singură entitate, în timp ce o clasă reprezintă un model pentru a crea obiecte. În concluzie, un obiect își ia datele dintr-o clasă.

# Classe simple
 
class MaClasse:
   variable = "Bonjour"
 
   def maFonction(self):
      print ("Bonjour de l'autre part!")
 
 
# Association classe objet
monObjet = MaClasse()
 
 
# Afficher le contenu de la variable de MaClasse
print (monObjet.variable)
 
# Appeler la fonction maFonction, qui va afficher sur l'écran le message "Bonjour de  l'autre part!"
monObjet.maFonction()

Numărul de obiecte care pot fi create dintr-o clasă nu este limitat, acestea moștenesc toate caracteristicle clasei(variabile și funcții). Cu toate acestea, fiecare obiect conține copii independente ale variabilelor definite în interiorul clasei. Prin urmare, dacă se creaza un obiect nou din clasa mamă, se poate modifica conținutul făra a afecta clasa ințială.

class MaClasse:
   variable = "Bonjour"
 
   def maFonction(self):
      print ("Bonjour de l'autre part!")
 
monObjet1 = MaClasse()
monObjet2 = MaClasse()
 
monObjet2.variable = "au revoir"
 
print (monObjet1.variable)
print (monObjet2.variable)
 
#Output
bonjour
au revoir

Pentru a putea utiliza funcții care execută operații matematice în Python, trebuie ca modulul math să fie importat.

import math

math.functionName( params )

functionName( params )

Datele de intrare pot fi citite de la tastaura, pentru asta există funcția input(). Aceasta poate avea și parametrii suplimentari, string-ul care va fi afoșsat în linia de comanda la momentul citirii datelorȘ

name = input("Quel est votre nom? ")
print("Bienvenue, " + name + "!")

# Output dans la ligne de commande
Quel est votre nom? "Ana"
Bienvenue, Ana!

Există 2 tipuri de execpții: erori de sintaxă și de excepții.

Erorile de sintaxă, cunoscute sub numele de erori de analiză (parsing error) sunt cele mai cunoscute:

>>> while True print('Hello world')
  File "<stdin>", line 1
    while True print('Hello world')
                   ^
SyntaxError: invalid syntax

Excepțiile apar la momentul execuției:

>>> 10 * (1/0)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: division by zero

Pentru a rezolva execpțiile în Python, se utilizează bloc-ul try-except, ca în exemplul următor:

while True:
    try:
        x = int(input("Please enter a number: "))
        break
    except ValueError:
        print("Oops!  That was no valid number.  Try again...")

1. Creați 3 variabile de tipuri diferite, ca mai jos, și afișați-le în consolă: (0.5p)
   1. o variabilă int cu valoarea 80
   2. o variabilă float având valoarea 20.2
   3. o variabilă “string”, care va reține șirul “python”
2. Utilizând funcția type determinați tipul variabilelor următoare. Pentru afișare puteți folosi print, iar pentru a vedea output-ul deschideți serialul Open Serial. (0.5p)
   1. var1 = 80
   2. var2 = 20.2
   3. var3 = “microbit”
3. Scrieți un program care primește ca parametrii de la linia de comandă 4 numere și afișați rezultatul calculuilui a+b*c-d. (1p)
4. Creați o listă cu prenumele colegilor de clasa, acestea se pot repeta. Adăugați cel puțin un element folosind metoda append(). Rezolvați următoarele cerințe: (2p)
   1. Copiați lista inițială într-o altă listă numită copyList și sortați-o în ordine alfabetică
   2. Determinați numarul de apariții al fiecarui nume folosind o listă auxiliară care conține elemente distincte
   3. Determinați numele care are numarul maxim de apariții în listă și numele cu numărul minim de apariții (dacă exista mai multe elemente care respectă condiția se vor afișa toate)
   4. Inversați lista copyList și ștergeți ultimul element din lista inițială.
5. Întocmiți o bază de date al unui magazin de electrocasnice cu ajutorul dicționarului. Adăugati funcționalitatea ca atunci cand se citește de la tastatură un produs să se afișeze prețul acestuia. Se va afișa o eroare dacă produsul nu există “Error” și se caută produse până cand se introduce textul “stop”. (2p)
6. Scrieți un program, care va afișa rezultatul returnat de funcția digitize(n). Această funcție va primi ca si parametru un int și va returna o lista cu cifrele numărului în ordine inversă. (1p) Exemplu: 348597 ⇒ [7,9,5,8,4,3]
7. Creați o clasă Senzori folosită pentru a stoca valori provenind de la următorii senzori: temperatură, lumină, umiditate. Pentru fiecare senzor se pot citi și modifica valorile prin apeluri de funcții. (1p)
8. Creați un program care folosind clasa definită mai sus reține valori provenind de la seturi diferite de senzori pentru următoarele încăperi a unei locuințe si le afișează pe ecran: bucătărie, hol, dormitor, sufragerie. Programul realizează operațiile prin primirea de comenzi din consolă astfel: (2p)
   • insert <încăpere> <sensor> <value> - unde <incapere>, <sensor> si <value> vor fi înlocuiți cu unul din cei 3 senzori și o valoare - inserează o valoarea nouă pentru senzorul respectiv
   • delete <încăpere> <sensor> <value> - șterge valoarea pentru senzorul respectiv, valoarea după ștergere va fi 0
   • print <incapere><sensor> - afișează valoarea pentru senzorul din încăperea precizată
   • print <incapere> - afișează toți senzorii și valorile aferente pentru încăperea precizată
   • add_room <incapere> - adaugă un nou set de senzori pentru o nouă încăpere
   • del_room <incapere> - șterge setul de senzori pentru o încăpere

Dacă se introduce o altă comandă, programul va arunca o excepție.

1. Modificați programele anterioare pentru a afișa valorile pe micro:bit, nu în consolă.
2. Creați un program care aprinde pe rând fiecare LED de pe micro:bit.
3. Creați un program care citește temperatura ambientală folosind senzorul de pe micro:bit și o afișează folosind LED-urile.

Soluții