Wokwi：免費的ESP32開發板Arduino, MicroPython線上模擬器（一）

Wokwi是免費的線上Arduino, ESP32和Raspberry Pi Pico開發板模擬器（simulator），支援的程式語言包括Arduino, MicroPython和CircuitPython（由美國一家電子零組件供應商Adafruit公司主導，從MicroPython衍生出的另一種適用於微電腦控制板的Python 3執行環境）。

Wokwi完全在網頁瀏覽器運作，所以你可以在手機、平板和電腦上編輯模擬電路和程式碼。目前支援下列開發板：

Arduino UNO
Arduino Nano
Arduino MEGA 2560
ATtiny85（僅8支接腳的微控器）
TinyPICO（小型ESP32開發板）
ESP32開發板（支援Arduino及MicroPython程式開發）
Raspberry Pi Pico（僅支援CircuitPython程式開發）

模擬器能幫助工程師在實驗階段驗證不同的設計和演算法；“Wokwi”是開發團隊腦力激盪之後挑選出比較簡短、容易發音的名字，沒有特別的意義。跟Autodesk（歐特克）公司旗下的TinkerCAD相比，Wokwi的介面稍嫌陽春，可用的電子元件和模組也比較少，畢竟是新創公司，有很大的~~被併購~~發展潛力，重點是Wokwi支援ESP32和MicroPython。你可以在Wokwi的Github頁面提出新功能要求。

題外話，最近Steam平台上有個「電工模擬」遊戲“Electrician Simulator”，第一章（First Shock，代表「首次觸電」）免費試玩。玩家在遊戲中扮演電工技師，維修室內電源配線和各種家電，遊戲裡面還有Arduino UNO相容板這遊戲應該發展成電工線上培訓教室，通關之後再參加實境模擬測驗，就可以拿到元宇宙電工執照。

還有一個PC Building Simulator（組裝PC模擬器），有Windows, PS4, Switch和Xbox遊戲機版本，能讓玩家體驗組裝和改造個人電腦。這款遊戲的評價居然低於Goat Simulator（山羊模擬器）和Untitled Goose Game（無標題的鵝遊戲）…嗯，現實世界已經夠折磨了，在元宇宙投胎當小動物比較自在。

線上模擬執行ESP32 Arduino程式

點擊Wokwi首頁上的開發板，即可編輯電路和程式碼。

點擊首頁上的“MORE OPTIONS”（更多選項），可選擇其他控制板或者ESP32 MicroPython程式開發。本文範例採用ESP32和Arduino語言。

你也可以直接點擊底下的超連結，直接進入ESP32開發板和Arduino程式編輯頁面。

https://wokwi.com/arduino/new?template=esp32

如果網址後面不加“template=esp32”參數，預設控制板將是Arduino UNO，你可以點擊這個網址試試：

https://wokwi.com/arduino/new

在網址後面加上“lang=zh”參數，介面的選單內容將變成簡體中文。此網站的中文化仍持續進行中，所以多數內容只有英文。

https://wokwi.com/arduino/new?template=esp32&lang=zh

在模擬電路中加入NeoPixel（WS2812）全彩LED色環元件

WS2812是一種全彩LED晶片，內含紅、綠、藍三色LED以及一個控制IC，封裝尺寸為5mmx5mm（通稱5050型），工作電壓介於4~7V，通常接5V。光是接上電源，WS2812不會發光，因為它的LED全都由內部的IC控制。

Adafruit公司將WS2812晶片取名為NeoPixel（直譯為「霓虹像素」）。DIY實驗購買的通常都是已焊接在PCB板的WS2812 LED模組，而非單獨的WS2812晶片。NeoPixel模組有不同晶片數量，常見的外觀有矩形、圓環和燈條型式。

NeoPixel模組有4個接腳，以序列通訊方式傳遞色彩資料，模組上的每個晶片可以個別設定顏色。Adafruit公司開發了一個控制NeoPixel模組的Arduino程式庫，叫做“Adafruit_NeoPixel”。

Vcc電源
GND接地
Din資料輸入：接微電腦開發板的數位輸出腳
Dout資料輸出：用於串接另一個NeoPixel模組

按一下Wokwi電路編輯畫面的「+」：

點擊選單中的NeoPixel環（NeoPixel Ring）模組：

環狀的NeoPixel模組就被加入編輯畫面：

基本電路編輯功能介紹

按著編輯畫面上的電子元件或開發板不放，可拖曳改變它的位置。

點擊元件或開發板，選定它，每按一次R鍵（代表Rotation，旋轉），可旋轉90度。

點擊元件或開發板，選定它，再按一下Del鍵，可刪除它。

點擊NeoPixel模組的GND（接地腳），將能引出一條黑色導線，ESP32開發板上的GND接腳也會呈現反白提示。再點擊ESP32開發板的任一GND腳，兩邊的接地就相連在一起了。

接線過程中，按一下ESC鍵，可取消接線。

如果接錯線，按一下線條兩端以外的部份，可選取它，再點擊一次可刪除它。

依照下圖連接NeoPixel環和ESP32開發板，NeoPixel模組的資料輸入接ESP32的數位12腳（你可以接其他數位腳，但底下的程式碼要跟著修改）。線條顏色不重要，下一篇貼文再介紹如何改變接線顏色。

在電路編輯畫面滾動滑鼠滾輪，或者按一下+或-鍵，可放大或縮小電路。按一下F鍵（代表Fit，符合），電路將自動縮放到符合窗格的顯示尺寸。

按著電路的空白處拖曳，可拖動整個電路。

測試NeoPixel Arduino程式

Wokwi模擬器環境已內建Adafruit_NeoPixel程式庫，請將底下的程式碼貼入Wokwi程式編輯器窗格：

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#define PIN    12  // NeoPixel的接腳
#define PIXELS 16  // NeoPixel模組的晶片數量

// 建立NeoPixel控制程式物件
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(PIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

uint32_t Wheel(byte WheelPos) {
  WheelPos = 255 - WheelPos;
  if(WheelPos < 85) {
    return strip.Color(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
  }
  if(WheelPos < 170) {
    WheelPos -= 85;
    return strip.Color(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
  }
  WheelPos -= 170;
  return strip.Color(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
}

// 虹彩燈光效果
void rainbow(uint8_t wait) {
  uint16_t i, j;

  for(j=0; j<256; j++) {
    for(i=0; i<strip.numPixels(); i++) {
      strip.setPixelColor(i, Wheel((i+j) & 255));
    }
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

void setup() {
  strip.begin();   // 啟動NexoPixel
  strip.setBrightness(255);  // 設定亮度（最亮）
  strip.show();    // 顯示燈光
}

void loop() {
  rainbow(50);  // 間隔50毫秒，顯示虹彩。
}

然後按一下模擬器畫面的三角形（開始模擬）鈕，過一會兒，NeoPixel模組的LED將輪流發光。