رزبری پای - Raspberry PI مطالب آموزشی معرفی و مقایسه

میکروپایتون قسمت 3: مرور سریع پایتون برای میکروپایتون

0 443 زمان تقریبی مطالعه 4 دقیقه

در جلسه گذشته، محیط توسعه را کامل راه‌اندازی کردیم؛ میکروپایتون را روی برد فلش کردیم، بابزارهای برنامه‌نویسی آشنا شدیم و با اجرای اولین برنامه، ارتباط خود را با سخت‌افزار برقرار کردیم. حالا که برد ما آماده و درست ماست، وقت آن رسیده که زبان میکروپایتون را عمیق‌تر بشناسیم؛ در این جلسه با انواع داده و متغیرها، عملگرها، ساختارهای کنترلی، توابع، ماژول‌ها و مدیریت خطا آشنا می‌شویم تا بتوانیم برنامه‌های واقعی‌تر و حرفه‌ای‌تری برای میکروکنترلر خود بنویسیم.

سرفصل های این قسمت:

آشنایی با انواع داده و متغیرها در میکروپایتون
یادگیری عملگرها و نحوه استفاده از آنها
تسلط بر ساختارهای کنترلی (شرط‌ها و حلقه‌ها)
توانایی تعریف توابع و کار با ماژول‌ها
آشنایی با مدیریت خطا (Exception Handling)
درک محدودیت‌ها و تفاوت‌های میکروپایتون با پایتون استاندارد

1. انواع داده و متغیرها

در میکروپایتون همانند پایتون استاندارد، متغیرها بدون اعلام نوع تعریف می‌شوند. اما به دلیل محدودیت حافظه، باید به اندازه و کارایی توجه داشت.

انواع داده اصلی:

نوع داده	توضیح	مثال
`int`	اعداد صحیح (در میکروپایتون معمولاً ۳۲ بیت)	`x = 42`
`float`	اعداد اعشاری (دقت محدود، گاهی ۳۲ بیت)	`y = 3.14`
`bool`	مقادیر True یا False	`z = True`
`str`	رشته‌های متنی	`name = "Micro"`
`bytes`	دنباله‌ای از بایت‌ها	`data = b'\x01\x02'`
`list`	لیست (قابل تغییر)	`nums = [1, 2, 3]`
`tuple`	تاپل (غیرقابل تغییر)	`point = (10, 20)`
`dict`	دیکشنری (نگاشت کلید-مقدار)	`d = {'key': 'value'}`
`set`	مجموعه (اعضای یکتا)	`s = {1, 2, 3}`

نکته مهم: در میکروپایتون، اعداد صحیح می‌توانند تا اندازه ۳۲ بیت باشند و در صورت سرریز به طور خودکار به long integer تبدیل نمی‌شوند (برخلاف پایتون استاندارد). اعداد اعشاری معمولاً با دقت تک‌دقتی (single precision) پیاده‌سازی می‌شوند.

متغیرها:

counter = 0
name = "Ali"
temperature = 25.5
is_on = False

counter = 0

name = "Ali"

temperature = 25.5

is_on = False

بررسی نوع داده:

print(type(counter))   # &lt;class 'int'&gt;

1 2	print(type(counter)) # <class 'int'>

تبدیل نوع:

a = int("100")      # 100
b = str(3.14)       # "3.14"
c = float("2.5")    # 2.5

a = int("100") # 100

b = str(3.14) # "3.14"

c = float("2.5") # 2.5

2. عملگرها

عملگرهای حسابی:

عملگر	توضیح	مثال
`+`	جمع	`5 + 3 = 8`
`-`	تفریق	`5 - 3 = 2`
`*`	ضرب	`5 * 3 = 15`
`/`	تقسیم (نتیجه float)	`5 / 2 = 2.5`
`//`	تقسیم صحیح	`5 // 2 = 2`
`%`	باقیمانده	`5 % 2 = 1`
`**`	توان	`2 ** 3 = 8`

عملگرهای مقایسه‌ای:

عملگر	توضیح	مثال
`==`	مساوی	`5 == 5` → True
`!=`	نامساوی	`5 != 3` → True
`<`	کوچکتر	`3 < 5` → True
`>`	بزرگتر	`5 > 3` → True
`<=`	کوچکتر یا مساوی	`3 <= 3` → True
`>=`	بزرگتر یا مساوی	`5 >= 3` → True

عملگرهای منطقی:

عملگر	توضیح	مثال
`and`	و	`True and False` → False
`or`	یا	`True or False` → True
`not`	نقیض	`not True` → False

عملگرهای انتساب:

عملگر	معادل	مثال
`=`	انتساب ساده	`x = 5`
`+=`	افزایش و انتساب	`x += 3` → `x = x + 3`
`-=`	کاهش و انتساب	`x -= 2`
`*=`	ضرب و انتساب	`x *= 2`
`/=`	تقسیم و انتساب	`x /= 2`

3. ساختارهای کنترلی

الف) شرط if-elif-else

temperature = 30

if temperature &gt; 35:
    print("خیلی گرم!")
elif temperature &gt; 25:
    print("گرم")
elif temperature &gt; 15:
    print("مطبوع")
else:
    print("سرد")

temperature = 30

if temperature > 35:

print("خیلی گرم!")

elif temperature > 25:

print("گرم")

elif temperature > 15:

print("مطبوع")

else:

print("سرد")

ب) حلقه for

حلقه for برای پیمایش روی دنباله‌ها (لیست، رشته، تاپل، range) استفاده می‌شود.

# پیمایش روی لیست
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

# با استفاده از range
for i in range(5):    # 0 تا 4
    print(i)

# پیمایش روی رشته
for ch in "Micro":
    print(ch)

# پیمایش روی لیست

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

for fruit in fruits:

print(fruit)

# با استفاده از range

for i in range(5): # 0 تا 4

print(i)

# پیمایش روی رشته

for ch in "Micro":

print(ch)

ج) حلقه while

تکرار تا زمانی که شرط برقرار باشد.

count = 0
while count &lt; 5:
    print("count:", count)
    count += 1

count = 0

while count < 5:

print("count:", count)

count += 1

د) دستورات break و continue

break: خروج از حلقه
continue: پرش به تکرار بعدی

for i in range(10):
    if i == 3:
        continue   # از چاپ ۳ صرف‌نظر کن
    if i == 7:
        break      # حلقه را پایان بده
    print(i)

for i in range(10):

if i == 3:

continue # از چاپ ۳ صرف‌نظر کن

if i == 7:

break # حلقه را پایان بده

print(i)

4. توابع (Functions)

تعریف تابع با کلیدواژه def انجام می‌شود. توابع به ماژولار شدن کد کمک می‌کنند.

تعریف تابع ساده:

def say_hello():
    print("Hello!")

say_hello()   # فراخوانی

def say_hello():

print("Hello!")

say_hello() # فراخوانی

تابع با پارامتر و مقدار بازگشتی:

def add(a, b):
    return a + b

result = add(5, 3)
print(result)   # 8

def add(a, b):

return a + b

result = add(5, 3)

print(result) # 8

پارامتر پیش‌فرض:

def greet(name, msg="سلام"):
    print(msg, name)

greet("Ali")          # سلام علی
greet("Sara", "خوش آمدی")   # خوش آمدی سارا

def greet(name, msg="سلام"):

print(msg, name)

greet("Ali") # سلام علی

greet("Sara", "خوش آمدی") # خوش آمدی سارا

محدودیت در میکروپایتون:

توابع تو در تو (nested) پشتیبانی می‌شوند اما ممکن است مصرف حافظه بیشتری داشته باشند.
closures و lambda نیز وجود دارند (lambda با محدودیت).

مثال lambda:

square = lambda x: x**2
print(square(4))   # 16

square = lambda x: x**2

print(square(4)) # 16

5. ماژول‌ها و کتابخانه‌ها

ماژول‌ها فایل‌های حاوی کد پایتون هستند که می‌توان آنها را وارد (import) کرد.

ایمپورت ماژول‌های داخلی:

میکروپایتون مجموعه‌ای از ماژول‌های مفید دارد:

machine : دسترسی به سخت‌افزار (پین‌ها، تایمر، ADC و …)
time : توابع مربوط به زمان و تأخیر
math : توابع ریاضی
sys : اطلاعات سیستم
os : مدیریت فایل‌ها

import machine
import time

led = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)
while True:
    led.value(1)
    time.sleep(1)
    led.value(0)
    time.sleep(1)

import machine

import time

led = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)

while True:

led.value(1)

time.sleep(1)

led.value(0)

time.sleep(1)

ایمپورت انتخابی:

from machine import Pin
from time import sleep

led = Pin(2, Pin.OUT)

from machine import Pin

from time import sleep

led = Pin(2, Pin.OUT)

ساخت ماژول شخصی:

می‌توانید فایل .py جدیدی روی برد بسازید و آن را import کنید.

فایل myutils.py:

def double(x):
    return x * 2

PI = 3.14

def double(x):

return x * 2

PI = 3.14

استفاده:

import myutils
print(myutils.double(5))
print(myutils.PI)

import myutils

print(myutils.double(5))

print(myutils.PI)

6. مدیریت استثناها (Exceptions)

مدیریت خطا به برنامه اجازه می‌دهد به‌جای توقف ناگهانی، رفتار مناسبی از خود نشان دهد.

ساختار try-except:

try:
    a = int(input("عدد وارد کن: "))
    b = int(input("عدد دیگر: "))
    result = a / b
    print("نتیجه:", result)
except ValueError:
    print("خطا: ورودی معتبر نیست!")
except ZeroDivisionError:
    print("خطا: تقسیم بر صفر!")
except Exception as e:
    print("خطای ناشناخته:", e)

try:

a = int(input("عدد وارد کن: "))

b = int(input("عدد دیگر: "))

result = a / b

print("نتیجه:", result)

except ValueError:

print("خطا: ورودی معتبر نیست!")

except ZeroDivisionError:

print("خطا: تقسیم بر صفر!")

except Exception as e:

print("خطای ناشناخته:", e)

استفاده از finally:

try:
    f = open("data.txt", "r")
    # پردازش فایل
finally:
    f.close()   # حتماً اجرا می‌شود

try:

f = open("data.txt", "r")

# پردازش فایل

finally:

f.close() # حتماً اجرا می‌شود

نکات در میکروپایتون:

مدیریت استثناها مقداری حافظه مصرف می‌کند، پس در حلقه‌های بحرانی از آن کمتر استفاده کنید.
خطاهای رایج: NameError, TypeError, IndexError, KeyError.

7. نکات بهینه‌سازی برای میکروپایتون

با توجه به محدودیت منابع، رعایت موارد زیر مفید است:

از متغیرهای محلی استفاده کنید (دسترسی سریع‌تر).
از لیست‌ها و دیکشنری‌های بزرگ بپرهیزید (حافظه محدود).
از عملگرهای حسابی ساده استفاده کنید (عملیات سنگین مثل اعشاری طولانی ممکن است کند باشد).
در حلقه‌ها، محاسبات ثابت را خارج از حلقه قرار دهید.
از تخصیص مکرر حافظه در حلقه خودداری کنید (مثلاً ساختن لیست جدید هر بار).
از micropython ماژول برای بهینه‌سازی‌های سطح پایین استفاده کنید. (اختیاری)

مثال:

# بد
for i in range(1000):
    x = i * 2 + 1   # خوب است اما

# بهتر
factor = 2
offset = 1
for i in range(1000):
    x = i * factor + offset

# بد

for i in range(1000):

x = i * 2 + 1 # خوب است اما

# بهتر

factor = 2

offset = 1

for i in range(1000):

x = i * factor + offset

8. تمرین‌های عملی

تمرین ۱: ماشین حساب ساده

برنامه‌ای بنویسید که دو عدد از ورودی بگیرد و عملگر (+, -, *, /) را دریافت کرده و نتیجه را چاپ کند. از مدیریت خطا برای ورودی نامعتبر استفاده کنید.

تمرین ۲: اعداد فیبوناچی

تابعی بنویسید که عدد n را گرفته و n عدد اول دنباله فیبوناچی را در یک لیست برگرداند. سپس با حلقه آن‌ها را چاپ کنید.

تمرین ۳: مدیریت LED با تابع

تابعی به نام blink_led(pin, duration, count) بنویسید که یک LED روی پین مشخص را به تعداد دفعات count با تأخیر duration ثانیه چشمک بزند. سپس این تابع را صدا بزنید.

تمرین ۴: ماژول شخصی

یک ماژول به نام conversions.py بسازید که شامل توابع تبدیل دما (C به F و بالعکس) و تبدیل فاصله (km به mile) باشد. سپس در برنامه اصلی آن را import کرده و از آن استفاده کنید.

تمرین ۵: مدیریت خطا در سنسور

فرض کنید قصد دارید مقداری از یک سنسور بخوانید. اگر خطایی رخ داد (مثلاً سنسور وصل نیست)، پیام مناسب چاپ کنید و برنامه متوقف نشود. (می‌توانید با try شبیه‌سازی کنید.)