第1课 认识乐动掌控

在我们的生活中常用到的电子设备，内部都有一个起到关键作用的主控板，是负责指挥控制各部件工作的主要部分,也是构成复杂电子系统的主要部分。 在数控设备中，主控板具有数据收集、运算、指令输出等功能。乐动掌控是一块主控板，我们来学习吧。

一、认识乐动掌控

掌控板是一块MicroPython微控制器板，也称开源硬件主控板。它板载ESP-WROOM-32双核芯片，支持WiFi和蓝牙双模通信。 板上集成1.3英寸OLED显示屏、加速度传感器、地磁传感器、声音传感器（麦克风）、光线传感器、蜂鸣器、2个物理按键（A/B）、6个触摸按键（PYTHON）。 除此外，还有一个阻性输入接口，方便接入各种阻性传感器。

下图所示为乐动掌控的正面图示，板载了多个传感器与执行器；

下图所示为乐动掌控的顶部与底部图示，在顶部有充电的USB接口，充电时红灯闪烁，充电完成时红灯熄灭；

乐动掌控提供了I2C接口、多个电机驱动接口以及I/O接口。乐动掌控的各个接口都有引脚标识，如下图所示。 引脚也称管脚，它是从集成电路（芯片）内部电路引出与外围电路的接线，所有的引脚就构成了这块芯片的接口。

二、认识编程软件

mPython编程软件是一款用于对乐动掌控编写程序的应用，它是一款能学习硬件编程和Python编程的软件，专为编程教育和信息技术课程而生。 mPython集成三种编程模式，分别是：硬件编程模式、Python模式、Jupyter模式，如下图所示。

mPython软件可以分为菜单栏、脚本区、编程区、仿真探究区和控制台。

1. 菜单栏
（1）模式切换
包括编程模式的切换，可切换为python模式与Jupyter模式。

（2）文件
包括文件的新建、文件的打开、文件的保存与乐动掌控文件。

点击“保存本地”即可将程序保存在本地电脑上。文件的保存有两种模式，分别是图形化的mxml模式与代码的py模式，需要注意的是，保存成图形化模式时可以将指令转换为代码，但保存成代码模式无法转换为图形化。

（3）教程
教程中包含了软件基本使用的视频介绍、软硬件使用的帮助文档、在线论坛、精品课程与示例程序。在示例程序中，只要点击案例，就能将程序一键加载到编程区。

（4）普通/教学切换
硬件编程的普通模式，是编写图形化指令，通过切换为教学模式，可以看到图形化指令与代码指令的对照。注意，教学模式下的代码不可编辑。

另外，点击菜单栏右侧的“代码”按钮，即可完全切换到硬件编程的代码模式，此时的代码是可编辑的状态（注意，在代码模式编辑完后，切换回图形化会丢失编辑的代码指令）。

（5）登录账号
登录mpython云端，即可将代码保存至云端，可私密保存也可开源分享。另外，点击云端的代码库可以查看其他用户上传的程序代码，也可以一键加载程序。

2. 脚本区
脚本区的模块可以分为乐动掌控指令区、编程基本语法区、高级语法与拓展区。

3. 编程区
可以将脚本区的指令拖动到编程区进行编程，刷入乐动掌控后实现智能应用。

在编写图形化指令的过程中，删除指令可以通过拖回脚本区、拖到垃圾桶（点击垃圾桶还可以找回）、点击键盘的删除键来实现。

4. 控制台
可以在控制台看到程序刷入的进度、程序报错信息等。连接上乐动掌控后，可通过单击“中断”和“重置”按钮，来中断程序的运行与程序的重新启动。

三、乐动掌控的连接与使用

1. 乐动掌控连接到电脑
Step1：用USB线一头接入乐动掌控，另一头接入电脑端；

Step2：正确识别后，在mPython软件的主界面，“未连接”处会变为已连接。

Step3：乐动掌控开机。长按一两秒乐动掌控上方的开机键，底部的绿色电源指示灯亮起。开机之后才能进行烧录固件以及下载程序，因此如果无法下载程序，检查一下是否忘记开机。

2）固件的下载
乐动掌控可以看成是一个微型的计算机，它是一个硬件，要想实现某些功能，还需要具备一定的系统文件，所以在初次使用乐动掌控时，需要给它烧录最新的文件系统，以便同步一些最新的功能。给乐动掌控烧录固件的方法是：
Step1：乐动掌控与电脑连接后，打开mpython软件，点击右上角的设置按钮，再点击“高级设置”，在弹出的窗口中选择“更换主控”，选择乐动掌控后关闭窗口，此时界面会切换到乐动掌控为主控的界面。

Step2：接着再点击右上角的“设置”按钮，选择“烧录固件”，选择乐动掌控固件，点击确定，即可开始给乐动掌控烧录文件系统（烧录过程持续大概60s）。

Step3：烧录固件成功后，控制台会反馈烧录成功的信息，同时乐动掌控上也会显示最新的固件日期。

3）程序的刷入与运行
程序运行有两种方式，一种是“刷入程序”，是指将编写的程序文件刷入到乐动掌控中（此时可以在乐动掌控的文件中找到编写好的程序文件），即便乐动掌控与电脑断开连接，只要给乐动掌控供电，乐动掌控依旧可以运行程序；
另一种是“运行程序”，是指乐动掌控与电脑通过USB连接的状态下，将程序文件通过串口进行传输，一旦乐动掌控与电脑断开连接，程序将无法运行（乐动掌控中没有程序文件）。

将程序刷入到乐动掌控中时，软件中会显示刷入程序的进度，当程序刷入成功时，控制台会反馈信息。

第2课 认识乐动魔块——数字型

乐动掌控可以外接乐动魔块以实现各种创意，乐动魔块与乐动掌控如何连接使用呢？我们来学习吧！

一、乐动魔块

乐动魔块主要包括输入模块——传感器和输出模块——执行器。传感器是一种检测元器件，可以用来检测或感知外界的信息，如按键可以检测它是否被按下，温湿度传感器可检测周围环境的温度和湿度。

执行器的作用是接收控制器发送的控制信号，再向外界做出相应的行为，如RGB灯的亮灭、电机的转动和停止、MP3播放音乐等。

二、数字类型模块

数字信号采用二进制数字表示，即0（false）和1（true），通电即为1，断电即为0。例如按键只有按下（1）和未按下（0）两种状态，属于数字型传感器，同类型的还有人体感应传感器、磁控开关、循迹传感器等。
同样，LED灯只有开启和关闭两种状态，属于数字型执行器，同类型的还有满天星彩灯、有源蜂鸣器等。

三、引脚与模块连接

1.模块引脚
乐动掌控有引脚标识，乐动魔块也有引脚标识。其中，GND表示接地；VCC表示电源；DO与DI均表示数字信号传输引脚，其中DO指信号输出，DI指信号输入，通过DO或DI的引脚标识可判断该模块属于数字型模块； NC表示空引脚，是不传输任何信号的引脚，没有任何用途，只是限于封装形式，故存在该引脚。

2.乐动掌控与乐动魔块连接
以乐动模块连接按键为例，利用连接线将按键接入乐动掌控的I/O接口中，如GND VCC P0 P1，如图所示。

连接之后，按键与接入乐动掌控的接口的各个引脚分别一一对应，即GND-GND、VCC-VCC、P0-DO、P1-NC，如下图所示。

从连接电路图中可以看出，乐动掌控的P1引脚连接着按键的NC引脚，所以在此电路中，P1引脚没有作用，而乐动掌控的P0引脚连接着按键的DO引脚，因此P0引脚在此电路中是信号传输引脚，在编程时，按键的引脚则选择P0。

3.读取数字信号
Step1：以读取按键的数字信号为例，将按键与乐动掌控连接后，在mPython中编写如下图所示的程序，将按键的数字信号打印在控制台，如下图所示。

Step2：将程序刷入乐动掌控中，控制台将显示按键的数字信号。如果没有按下按键，控制台则显示“False”；当按下按键，控制台则显示“True”。

第3课 认识乐动魔块——模拟型

乐动掌控中，除了数字型模块，还有模拟型模块，如何连接使用呢？我们来学习吧！

一、模拟类型模块

模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，如模拟传感器用来检测连续变化的数据，其输出连续的模拟信号，例如光线传感器、温湿度传感器、土壤湿度传感器、旋转电位器等。 此外，一些执行器输出可控制的连续电流和信号，例如RGB灯带采用PWM调节亮度、直流电机采用PWM调节转速等，这类型的执行器可看作模拟型执行器。

二、引脚与模块连接

1.引脚
与数字型模块同样，模拟型模块也可以通过引脚标识进行区分，主要体现在模拟传感器上。除了GND、VCC、NC引脚标识外，模拟型模块接口处一般标有“AO”的信号引脚，指信号输出。

2.乐动掌控与模拟传感器连接
以乐动模块连接旋钮电位器为例，利用连接线将旋钮电位器接入乐动掌控的I/O接口中，如GND VCC P0 P1，如图所示。

连接之后，旋钮电位器与接入乐动掌控的接口的各个引脚分别一一对应，即GND-GND、VCC-VCC、P0-AO、P1-NC，如下图所示。
从连接电路图中可以看出，乐动掌控的P1引脚连接着旋钮电位器的NC引脚，所以在此电路中，P1引脚没有作用，而乐动掌控的P0引脚连接着旋钮电位器的AO引脚， 因此P0引脚在此电路中是信号传输引脚，在编程时，旋钮电位器的引脚则选择P0。

3.读取模拟信号
Step1：以读取旋钮电位器的模拟信号为例，将按键与乐动掌控连接后，在mPython中编写如下图所示的程序，将旋钮电位器的模拟信号打印在控制台，如下图所示。

Step2：将程序刷入乐动掌控中，控制台将显示旋钮电位器的模拟信号。旋转旋钮电位器，可在mPython软件的控制台中查看它的模拟值变化（顺时针旋转，模拟值变大，逆时针旋转，模拟值变小），如下图所示。

三、分支线的使用

分支线可以对乐动掌控的接口进行扩展，例如将分支线接入GND VCC P0 P1接口，此时P0、P1都是信号引脚，都可以传输信号。如在分支线的两端接入旋钮电位器、人体感应传感器，如下图所示。

根据电路连接图可以看出，P0引脚连接了旋钮电位器，因此在编程时，旋钮电位器的引脚则选择P0。P1引脚接入了人体感应传感器，在编程时，人体感应传感器的引脚则选择P1。

第4课 RGB灯带

今天我们一起来学习如何用乐动掌控控制发光模块RGB灯带。

一、认识RGB灯带

RGB灯带和光环板是由WS2812灯珠级联而成的发光模块，WS2812是一种集成了电流控制芯片的低功耗的RGB三色灯，利用它的驱动库，我们可以很容易去控制它。 RGB灯带有三条线，黑色的是GND，红色的是VCC，黄色的是信号线。

二、认识分支模块

RGB灯带连接线是2.54mm杜邦接口，而乐动掌控的引脚接口是HY2.0，针脚间距不一样，不能直接插到乐动掌控上。 我们可以用分支模块来连接，分支模块有两组接口，左侧是两个I2C接口，右侧两个用于连接RGB灯带或舵机等。

三、硬件连接

按如下图所示连接各个硬件，先用分支模块连接乐动掌控P15、P16引脚，然后在分支模块的S1接口插入RGB灯带。

查看分支模块背后的贴纸，确定RGB灯带的控制引脚。引脚对应关系为：
当分支模块连接P0、P1接口时，S1对应P0引脚，S2对应P1引脚；
当分支模块连接P13、P14接口时，S1对应P13引脚，S2对应P14引脚；
当分支模块连接P15、P16接口时，S1对应P15引脚，S2对应P16引脚；
图中分支模块连接P15、P16，RGB灯带连接的是S1，因此RGB灯带实际连接的就是P15引脚。

四、编写程序

Step1：加载RGB灯带驱动指令。点击扩展、添加，从执行器分类里找到RGB灯带，点击加载。

Step2：首先初始化RGB灯带，由于灯带连接的是P15引脚，指令里面选择P15引脚。设置灯珠数量，例如有24颗灯，那么设置为24，即控制全部灯珠。也可以设置的比最大数值小，选择性地控制一部分灯珠。

Step3：设置灯带全亮，然后设置生效。将程序下载到乐动掌控中，即可看到灯带被点亮了。

以上演示了灯带的连接和基础使用，舵机也是同样的接线方式，只需确认好引脚，选择对应的编程指令对其进行编程即可。

第5课 I2C通信

一、了解I2C通信

I2C是一种通信协议，规定了设备之间通信的方式和过程。 I2C总线有两根信号线，其中一条是时钟线（SCL），时钟信号扮演计时器的作用，保证相关的电子组件得以同步运作。另一条是数据线（SDA），用于传输数据。I2C总线上可以挂载多个设备。

二、采用I2C通信的模块

乐动掌控相关传感器、执行器，采用I2C通信的有：超声波传感器、温湿度传感器、颜色传感器、手势传感器、数码管等。 从背后的贴纸可以看到，它们的引脚是GND、VCC、SCL、SDA，使用时连接到乐动掌控的I2C接口。

三、超声波测距

Step1：硬件连接。按如下图所示连接超声波传感器和乐动掌控。

Step2：加载超声波传感器指令。点击扩展、添加，从传感器分类里找到超声波传感器，点击加载。

Step3：编写程序。将超声波传感器侦测的距离值显示在OLED屏幕上。

四、连接两个I2C模块

Step1：如果要连接两个I2C模块，需要用到分支模块。例如以超声波传感器和温湿度传感器为例，分支模块连接乐动掌控，超声波传感器和温湿度传感器分别连接分支模块上的两个I2C接口。

Step2：编写程序。在OLED屏幕上显示超声波传感器侦测的距离值以及温湿度数据。

第6课 认识乐动魔块连接——电机

乐动掌控除了常用的4pin口可以连接一些常用的输入、输出模块，还有两个2pin口用来连接马达、电机、满天星灯带，今天我们一起来学习如何使用吧！

一、乐动掌控连接马达

乐动掌控连接的马达有两种，如下图所示，通过马达连接的红黑线接口即可连接到乐动掌控。

1.连接马达
将马达的红黑连接线插到乐动掌控侧面的M1或M2接口，如下图所示。

2.编写程序，控制马达转动
打开mPython软件，将主控切换为乐动掌控模式（设置-高级设置-更换主控）。

在指令区中单击“扩展”—“添加”—“执行器”模块中找到马达相关的指令，单击“加载”将它加载到指令区中。

3.AB按键控制马达转动与停止
例如，将马达连接到M1接口时，按下A键，设置马达的转速，默认为60，可调整范围是30-100，按下B键关闭马达，或设置马达的转速为0，即可关闭马达。

将该程序刷入到乐动掌控中，使用AB按键即可控制马达的启动和停止。
TT马达连接后，通过编写程序，可以使得TT马达侧面的转轴转动，结合结构，可以制作有趣的作品，如下图所示为TT马达制作的旋转木马作品。

积木马达连接后，通过编写程序，可以使得积木马达头部的十字轴孔转动，插上积木结构的十字轴，结合积木结构件，可以制作出好玩的作品，如下图所示为积木马达制作的机械爪。

二、乐动掌控连接风扇

1.连接风扇
将电机的红黑连接线插到乐动掌控侧面的M1或M2接口，如下图所示。

2. 编写程序，控制风扇转动
在指令区中单击“扩展”—“添加”—“执行器”模块中找到风扇相关的指令，单击“加载”将它加载到指令区中。

3. 声音控制风扇转动与停止
将风扇连接到M1接口时，当声音大时，打开风扇，当声音降低时，关闭风扇，其中声音的阈值可调。

三、乐动掌控连接满天星灯带

1.连接满天星灯带
将满天星灯带的红黑连接线插到乐动掌控侧面的M1或M2接口，如下图所示。

2. 编写程序，控制满天星的亮和灭
在指令区中单击“扩展”—“添加”—“执行器”模块中找到满天星灯带相关的指令，单击“加载”将它加载到指令区中。

2. 光线控制满天星灯带的亮和灭
将满天星灯带连接到M1接口时，编写程序当光线暗时，打开满天星灯带，当光线亮时，关闭满天星灯带，其中光线的阈值可调。

第7课 喇叭播放音乐

乐动掌控中除了包含能够发出音调的蜂鸣器之外，还包含了可以发出声音的喇叭，用它来可以播放音乐。

一、乐动掌控播放本地音乐

1.连接乐动掌控到计算机，长按开机键启动后，打开mpython软件，将主控切换为乐动掌控，之后点击软件菜单栏“代码”按钮，切换到代码编程界面。
单击左侧的掌控板文件，会将乐动掌控中的文件读取出来，方便音频或图片文件的导入。

如果自动加载资源时出现了问题，或者文件有更新想重新加载，可以在左侧空白处单击鼠标右键，在弹出的菜单栏中选择“重新加载”。

2.导入音频文件。点击左下角的导入按钮，选中要上传的文件，点击打开。注意：乐动掌控内存有限，音频文件要尽量小，尽量不要超过1M。

3.点击“同步”按钮，将改动后的文件同步到乐动掌控文件系统中。

4.同步后可在文件列表中看到刚刚上传的文件，这样就表示上传成功了。

5.切换到图形化编程界面，在左侧指令区加载讯飞语音模块。

6.编写播放音乐的程序。文件名修改为刚才自己上传的音频文件名。

将程序刷入乐动掌控中，即可播放音乐。

二、乐动掌控播放网络音乐

1.乐动掌控连接网络之后，可以播放网络端的音乐。

将程序刷入乐动掌控中，待网络连接成功后，即可播放音乐。

2. 找到音乐链接（链接后缀名为xxx.mp3），粘贴到指令中，即可播放网络端的音乐，需要注意的是，有些音乐的链接错误可能播放不出来。

可以在浏览器中输入关键词“mp3直链”，寻找音乐的直链。