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标题: 《ESP32-S3使用指南—MicroPython版 V1.0》第三十章 RGB显示屏实验 [打印本页]

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作者: 正点原子    时间: 4 小时前
标题: 《ESP32-S3使用指南—MicroPython版 V1.0》第三十章 RGB显示屏实验
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1）实验平台：正点原子ESP32S3开发板
2）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?id=768499342659
3）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/thread-347618-1-1.html
4）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
5）正点原子手把手教你学ESP32S3快速入门视频教程：https://www.bilibili.com/video/BV1sH4y1W7Tc
6）正点原子FPGA交流群：132780729 ()

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第三十章 RGB显示屏实验

       对于那些阅读过MicroPython手册的读者，他们可能已经注意到，该源码库并未提供针对ESP32 RGB显示屏的API接口。为了在MicroPython环境下实现对RGB显示屏的驱动，作者编写了RGB显示屏的C模块扩展组件。该扩展组件的RGB驱动实现代码是参考ESP-IDF源码库来实现的。在本章中，我们将探讨如何在MicroPython环境下驱动RGB显示屏，并实现字符串显示以及颜色的刷新。
       本章分为如下几个小节：
       30.1 RGB C模块解析
       30.2 硬件设计
       30.3 软件设计
       30.4 下载验证

       30.1 RGB C模块解析
       RGB屏相关内容，可参考正点原子提供的《ATK-MD0430R模块用户手册_V1.0》和《ATK-MD0430R模块使用说明_V1.0》，在这两个手册中，已经详细说明了RGB的工作原理及相关参数信息。

       30.1.1 C模块解析
       本章的RGB C模块组件可在资料A盘6，软件资料1，软件2，MicroPython开发工具01-Windows2，正点原子MicroPython驱动CModules_LibRGBLCD目录下找到。下面作者将简要介绍正点原子RGB C模块驱动。这个讲解内容会分为几个部分：RGB构造函数、读取面板ID和RGB初始化。

       1，RGB构造函数

1. mp_obj_t ltdc_make_new(const mp_obj_type_t *type,size_t n_args,size_t n_kw,
   
2. const mp_obj_t *all_args )
   
3. {
   
4.     /* 创建对象的参数 */
   
5.     enum
   
6.     {
   
7.         ARG_dir,
   
8.     };
   
9.     /* 创建对象参数的默认值 */
   
10.     static const mp_arg_t allowed_args[] = {
    
11.         { MP_QSTR_dir, MP_ARG_KW_ONLY        |        MP_ARG_INT, {.u_int = 0} },
    
12.     };
    
13.     mp_arg_val_t args[MP_ARRAY_SIZE(allowed_args)];
    
14. mp_arg_parse_all_kw_array(n_args, n_kw, all_args,
    
15.                           MP_ARRAY_SIZE(allowed_args), allowed_args, args);
    
16. 
    
17.     /* 创建对象 */
    
18.     ltdc_self = m_new_obj(_ltdc_dev);
    
19.     ltdc_self->base.type = <dc_type;
    
20. 
    
21.     /* 设置对象参数 */
    
22.     ltdc_self->dir      = args[ARG_dir].u_int;
    
23.    
    
24.     if (ltdc_self->dir != 1 && ltdc_self->dir != 0)
    
25.     {
    
26.         mp_raise_ValueError(MP_ERROR_TEXT("Not horizontal and
    
27. vertical screens"));
    
28.     }
    
29.     /* 初始化ltdc */
    
30.     ltdc_init();
    
31.     /* 返回RGB对象 */
    
32.     return MP_OBJ_FROM_PTR(ltdc_self);
    
33. }

复制代码

       在RGB类的构造函数中，我们只需要传入一个参数即可创建RGB对象。这个参数用于设置RGB屏幕的方向。当dir参数的值为0时，屏幕方向为竖屏模式；否则，屏幕方向为横屏模式。最后，我们需要初始化LCD，并返回创建的RGB对象。

       2，读取面板ID函数
       读取面板ID是为了兼容多款RGB显示屏，设计代码如下所示：

1. /**
   
2. * @brief       LTDC读取面板ID
   
3. * @note        利用LCD RGB线的最高位(R7,G7,B7)来识别面板ID
   
4. *              PG6 = R7(M0); PI2 = G7(M1); PI7 = B7(M2);
   
5. *              M2:M1:M0
   
6. *              0 :0 :0     4.3 寸480*272  RGB屏,ID = 0X4342
   
7. *              1 :0 :0     4.3 寸800*480  RGB屏,ID = 0X4384
   
8. * @param       无
   
9. * @retval      0, 非法;
   
10. *              其他, LCD ID
    
11. */
    
12. uint16_t ltdc_panelid_read(void)
    
13. {
    
14.     uint8_t idx = 0;
    
15.     gpio_config_t gpio_init_struct;
    
16. 
    
17.     gpio_init_struct.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE;         /* 失能引脚中断 */
    
18.     gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_INPUT;                /* 输入输出模式 */
    
19.     gpio_init_struct.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;       /* 使能上拉 */
    
20.     gpio_init_struct.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;  /* 失能下拉 */
    
21.     gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << GPIO_NUM_6;
    
22.     gpio_config(&gpio_init_struct);                         /* 配置GPIO */
    
23. 
    
24.     gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << GPIO_NUM_14 || 1ull << GPIO_NUM_18;
    
25.     gpio_config(&gpio_init_struct);                         /* 配置GPIO */
    
26. 
    
27.     idx = (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_NUM_14);             /* 读取M0 */
    
28.     idx|= (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_NUM_18) << 1;        /* 读取M1 */
    
29.     idx|= (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_NUM_6) << 2;         /* 读取M2 */
    
30. 
    
31.     switch (idx)
    
32.     {
    
33.         case 0 :
    
34.             return 0X4342;           /*  4.3寸屏, 480*272分辨率 */
    
35.         case 4 :
    
36.             return 0X4384;            /*  4.3寸屏, 800*480分辨率 */
    
37.         default :
    
38.             return 0;
    
39.     }
    
40. }

复制代码

       上述源代码通过读取M0~M2的电平来确定面板的ID，并据此执行相应的代码。由此可见，正点原子ESP32-S3开发板仅支持两种RGB屏幕，它们的ID分别为0x4342和0x4384。

       3，RGB初始化函数

1. /**
   
2. * @brief       初始化ltdc
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      无
   
5. */
   
6. void ltdc_init(void)
   
7. {
   
8.     panel_handle = NULL;                        /* 初始化XL9555 */
   
9.     ltdc_self->id = ltdc_panelid_read();        /* 读取LCD面板ID */
   
10. 
    
11.     if (ltdc_self->id == 0X4342)                   /* 4.3寸屏, 480*272 RGB屏 */
    
12.     {
    
13.         ltdc_self->pwidth = 480;                   /* 面板宽度,单位:像素 */
    
14.         ltdc_self->pheight = 272;                  /* 面板高度,单位:像素 */
    
15.         ltdc_self->hsw = 1;                        /* 水平同步宽度 */
    
16.         ltdc_self->vsw = 1;                        /* 垂直同步宽度 */
    
17.         ltdc_self->hbp = 40;                       /* 水平后廊 */
    
18.         ltdc_self->vbp = 8;                        /* 垂直后廊 */
    
19.         ltdc_self->hfp = 5;                        /* 水平前廊 */
    
20.         ltdc_self->vfp = 8;                        /* 垂直前廊 */
    
21.         ltdc_self->pclk_hz = 9 * 1000 * 1000;      /* 设置像素时钟 9Mhz */
    
22.     }
    
23.     else if (ltdc_self->id == 0X4384)
    
24.     {
    
25.         ltdc_self->pwidth = 800;                   /* 面板宽度,单位:像素 */
    
26.         ltdc_self->pheight = 480;                  /* 面板高度,单位:像素 */
    
27.         ltdc_self->hbp = 88;                       /* 水平后廊 */
    
28.         ltdc_self->hfp = 40;                       /* 水平前廊 */
    
29.         ltdc_self->hsw = 48;                       /* 水平同步宽度 */
    
30.         ltdc_self->vbp = 32;                       /* 垂直后廊 */
    
31.         ltdc_self->vfp = 13;                       /* 垂直前廊 */
    
32.         ltdc_self->vsw = 3;                        /* 垂直同步宽度 */
    
33.         ltdc_self->pclk_hz = 15 * 1000 * 1000;     /* 设置像素时钟 15Mhz */
    
34.     }
    
35. 
    
36.     /* 配置RGB参数 */
    
37.     esp_lcd_rgb_panel_config_t panel_config = {
    
38.         .data_width = 16,              /* RGB565处于并行模式，因此宽度为16位 */
    
39.         .psram_trans_align = 64,
    
40.         .clk_src = LCD_CLK_SRC_PLL160M,
    
41.         .disp_gpio_num = GPIO_NUM_NC,
    
42.         .pclk_gpio_num = GPIO_LCD_PCLK,
    
43.         .de_gpio_num = GPIO_LCD_DE,
    
44.         .data_gpio_nums = {
    
45.             GPIO_LCD_B3, GPIO_LCD_B4, GPIO_LCD_B5, GPIO_LCD_B6, GPIO_LCD_B7,
    
46.             GPIO_LCD_G2, GPIO_LCD_G3, GPIO_LCD_G4, GPIO_LCD_G5,
    
47. GPIO_LCD_G6, GPIO_LCD_G7,
    
48.             GPIO_LCD_R3, GPIO_LCD_R4, GPIO_LCD_R5, GPIO_LCD_R6, GPIO_LCD_R7,
    
49.         },
    
50.         .timings = {
    
51.             .pclk_hz = ltdc_self->pclk_hz,         /* 像素时钟频率 */
    
52.             .h_res = ltdc_self->pwidth,            /* 水平分辨率，即一行中的像素数 */
    
53.             .v_res = ltdc_self->pheight,           /* 垂直分辨率，即帧中的行数 */
    
54. /* 水平后廊，hsync和行活动数据开始之间的PCLK数 */
    
55.             .hsync_back_porch = ltdc_self->hbp,   
    
56. /* 水平前廊，活动数据结束和下一个hsync之间的PCLK数 */
    
57.             .hsync_front_porch = ltdc_self->hfp,   
    
58.             .hsync_pulse_width = ltdc_self->vsw,   /* 垂直同步宽度，单位：行数 */
    
59. /* 垂直后廊，vsync和帧开始之间的无效行数 */
    
60.             .vsync_back_porch = ltdc_self->vbp,   
    
61. /* 垂直前廊，帧结束和下一个vsync之间的无效行数 */
    
62.             .vsync_front_porch = ltdc_self->vfp,   
    
63.             .vsync_pulse_width = ltdc_self->hsw,/* 水平同步宽度，单位：PCLK周期 */
    
64.             .flags.pclk_active_neg = true,      /* RGB数据在下降沿计时 */
    
65.         },
    
66.         .flags.fb_in_psram = true,              /* 在PSRAM中分配帧缓冲区 */
    
67.     };
    
68.     /* 创建RGB对象 */
    
69.     ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_new_rgb_panel(&panel_config, &panel_handle));
    
70.     /* 复位RGB屏 */
    
71.     ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_reset(panel_handle));
    
72.     /* 初始化RGB */
    
73.     ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_init(panel_handle));
    
74.     ltdc_display_dir(ltdc_self->dir);
    
75.     /* 清除屏幕为颜色 */
    
76.     ltdc_clear(WHITE);
    
77. }

复制代码

       从上述源代码中可以得知，我们首先获取面板的ID号，然后根据该ID号来设置RGB相关的参数，如时钟频率、水平同步宽度等。接着，我们调用ESP-IDF源码库中的RGB API函数来初始化RGB显示屏。最后，复位显示屏并设置屏幕的方向。

       30.1.2 C模块构造与类的方法

       1，RGBLCD类的构造方法
       RGBLCD的构造对象方法如下：

1. class atk_ltdc.init(dir)
   
2. 使用示例：ltdc = atk_ltdc.init(dir)

复制代码

       该构造函数的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.1 atk_ltdc.init构造函数参数描述

       返回值： RGBLCD对象。

       2，RGBLCD类的方法

       ①：清屏方法
       其函数原型如下：

1. ltdc.clear(color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

()

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表30.1.2.2 ltdc.clear方法参数描述

       返回值：无。

       ②：画点
       其方法原型如下：

1. ltdc.pixel(x,y,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

()

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表30.1.2.3 ltdc.pixel方法参数描述

       返回值：无。

       ③：画一个矩形
       其方法原型如下：

1. ltdc.line(x1,y1,x2,y2,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

()

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表30.1.2.4 ltdc.line方法参数描述

       返回值：无。

       ④：画一个矩形
       其方法原型如下：

1. ltdc.rectangle(x0,y0,x1,y1,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.5 ltdc.rectangle方法参数描述

       ⑤：画圆
       其方法原型如下：

1. ltdc.circle(x0,y0,r,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.6 ltdc.circle方法参数描述

       返回值：无。

       ⑥：显示字符
       其方法原型如下：

1. ltdc.char(x,y,chr,size,mode,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.7 ltdc.char方法参数描述

       返回值：无。

       ⑦：显示len个数字
       其方法原型如下：

1. ltdc.num(x,y,num,len,size,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.8 ltdc.num方法参数描述

       ⑧：显示字符串
       其方法原型如下：

1. ltdc.string(x,y,width,heught,size,p,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.9 ltdc.string方法参数描述

       返回值：无。

       ⑨：填充区域
       其方法原型如下：

1. ltdc.fill(sx,sy,ex,ey,color)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.10 ltdc.fill方法参数描述

       返回值：无。

       ⑩，RGB888转RGB565。
       其方法原型如下：

1. atk_ltdc.color565(r,g,b)

复制代码

       该方法的参数描述，如下表所示。

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表30.1.2.11 atk_ltdc.color565方法参数描述

       返回值：RGB565颜色数值。
       温馨提示：调用RGB屏对象的方法之前，必须先导入atk_ltdc模块，后调用此对象的方法，如下是导入模块示例：

1. import atk_ltdc as ltdc

复制代码

       30.2 硬件设计

       1. 例程功能
       本章实验功能简介：本实验利用ESP32-S3开发板的RGB接口来驱动RGB屏，RGBLCD模块的接口在核心板上，通过40P的FPC排线连接RGBLCD模块，实现RGBLCD模块的驱动和显示，下载成功后，按下复位之后，就可以看到RGBLCD模块不停的显示一些信息并不断切换底色。

       2. 硬件资源

       1）LED灯
              LED-IO1

       2）XL9555
              IIC_INT-IO0（需在P5连接IO0）
              IIC_SDA-IO41
              IIC_SCL-IO42

       3）RGBLCD
              LCD_BL-IO1_3（XL9555）
              LCD_DE-IO4
              LCD_VSYNC-NC
              LCD_HSYNC-NC
              LCD_PCLK-IO5
              LCD_R3-IO45
              LCD_R4-IO48
              LCD_R5-IO47
              LCD_R6-IO21
              LCD_R7-IO14
              LCD_G2-IO10
              LCD_G3-IO9
              LCD_G4-IO46
              LCD_G5-IO3
              LCD_G6-IO8
              LCD_G7-IO18
              LCD_B3-IO17
              LCD_B4-IO16
              LCD_B5-IO15
              LCD_B6-IO7
              LCD_B7-IO6

       3. 原理图
       RGB接口与ESP32-S3的连接关系，如下图所示：

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图30.2.1 RGB接口与ESP32-S3的连接电路图

       30.3 软件设计

       30.3.1 程序流程图
       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图。

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图30.3.1.1 程序流程图

       30.3.2 程序解析
       本书籍的代码都在main.py脚本下编写的，读者可在光盘资料下找到对应的源码。RGB实验main.py源码如下：

1. from machine import Pin,I2C
   
2. import atk_xl9555 as io_ex
   
3. import atk_ltdc as ltdc
   
4. import time
   
5. 
   
6. 
   
7. """
   
8. * @brief       程序入口
   
9. * @param       无
   
10. * @retval      无
    
11. """
    
12. if __name__ == '__main__':
    
13.    
    
14.     x = 0
    
15.     # 初始化LED并输出高电平
    
16.     led = Pin(1,Pin.OUT,value = 1)
    
17.     # IIC初始化
    
18.     i2c0 = I2C(0, scl = Pin(42), sda = Pin(41), freq = 400000)
    
19.     # XL9555初始化
    
20.     xl9555 = io_ex.init(i2c0)
    
21.    
    
22.     # 初始化RGB
    
23.     display = ltdc.init(dir = 1)
    
24.     # 打开RGB屏背光
    
25.     xl9555.write_bit(io_ex.LCD_BL,1)
    
26.     time.sleep_ms(100)
    
27.    
    
28.     while True:
    
29.         
    
30.         #创建字典
    
31.         seasondict = {
    
32.         0: ltdc.BLACK,
    
33.         1: ltdc.BLUE,
    
34.         2: ltdc.RED,
    
35.         3: ltdc.GREEN,
    
36.         4: ltdc.CYAN,
    
37.         5: ltdc.MAGENTA,
    
38.         6: ltdc.YELLOW}
    
39. 
    
40.         #刷新颜色
    
41.         display.clear(seasondict[x])
    
42.         #显示字体
    
43.         display.string(0, 5, 240, 32, 32, "ESP32S3",ltdc.RED)
    
44.         display.string(0, 34, 240, 16, 16, "RGB Test",ltdc.RED)
    
45.         display.string(0, 50, 240, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK",ltdc.RED)
    
46.         x += 1
    
47.         
    
48.         if x == 7:
    
49.             x = 0
    
50.         
    
51.         led_state = led.value()
    
52.         led.value(not led_state)
    
53.         time.sleep(1)

复制代码

       该示例首先实例化IIC、XL9555和RGB对象，并打开RGB背光。随后，系统不停地切换背景颜色，每1秒切换一次。同时，LED也会不停地闪烁，以指示程序正在运行。

       30.4 下载验证
       程序下载到开发板后，可以看到LED不停的闪烁，提示程序已经在运行了。同时，可以看到RGBLCD模块的显示如下图所示：

()

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图30.4.1 RGBLCD显示效果图

       我们可以看到屏幕的背景是不停切换的，同时 LED不停的闪烁，证明我们的代码被正确的执行了，达到了我们预期的目的。

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