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à6，软件资料→1，软件→2，MicroPython开发工具→01-Windows→2，正点原子MicroPython驱动→CModules_Lib→RGBLCD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
mp_obj_t ltdc_make_new(const mp_obj_type_t *type,size_t n_args,size_t n_kw,
const mp_obj_t *all_args )
{
/* 创建对象的参数 */
enum
{
ARG_dir,
};
/* 创建对象参数的默认值 */
static const mp_arg_t allowed_args[] = {
{ MP_QSTR_dir, MP_ARG_KW_ONLY | MP_ARG_INT, {.u_int = 0} },
};
mp_arg_val_t args[MP_ARRAY_SIZE(allowed_args)];
mp_arg_parse_all_kw_array(n_args, n_kw, all_args,
MP_ARRAY_SIZE(allowed_args), allowed_args, args);
/* 创建对象 */
ltdc_self = m_new_obj(_ltdc_dev);
ltdc_self->base.type = <dc_type;
/* 设置对象参数 */
ltdc_self->dir = args[ARG_dir].u_int;
if (ltdc_self->dir != 1 && ltdc_self->dir != 0)
{
mp_raise_ValueError(MP_ERROR_TEXT("Not horizontal and
vertical screens"));
}
/* 初始化ltdc */
ltdc_init();
/* 返回RGB对象 */
return MP_OBJ_FROM_PTR(ltdc_self);
}
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：
/**
* @brief LTDC读取面板ID
* @note 利用LCD RGB线的最高位(R7,G7,B7)来识别面板ID
* PG6 = R7(M0); PI2 = G7(M1); PI7 = B7(M2);
* M2:M1:M0
* 0 :0 :0 4.3 寸480*272 RGB屏,ID = 0X4342
* 1 :0 :0 4.3 寸800*480 RGB屏,ID = 0X4384
* @param 无
* @retval 0, 非法;
* 其他, LCD ID
*/
uint16_t ltdc_panelid_read(void)
{
uint8_t idx = 0;
gpio_config_t gpio_init_struct;
gpio_init_struct.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE; /* 失能引脚中断 */
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_INPUT; /* 输入输出模式 */
gpio_init_struct.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE; /* 使能上拉 */
gpio_init_struct.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE; /* 失能下拉 */
gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << GPIO_NUM_6;
gpio_config(&gpio_init_struct); /* 配置GPIO */
gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << GPIO_NUM_14 || 1ull << GPIO_NUM_18;
gpio_config(&gpio_init_struct); /* 配置GPIO */
idx = (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_NUM_14); /* 读取M0 */
idx|= (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_NUM_18) << 1; /* 读取M1 */
idx|= (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_NUM_6) << 2; /* 读取M2 */
switch (idx)
{
case 0 :
return 0X4342; /* 4.3寸屏, 480*272分辨率 */
case 4 :
return 0X4384; /* 4.3寸屏, 800*480分辨率 */
default :
return 0;
}
}
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
/**
* @brief 初始化ltdc
* @param 无
* @retval 无
*/
void ltdc_init(void)
{
panel_handle = NULL; /* 初始化XL9555 */
ltdc_self->id = ltdc_panelid_read(); /* 读取LCD面板ID */
if (ltdc_self->id == 0X4342) /* 4.3寸屏, 480*272 RGB屏 */
{
ltdc_self->pwidth = 480; /* 面板宽度,单位:像素 */
ltdc_self->pheight = 272; /* 面板高度,单位:像素 */
ltdc_self->hsw = 1; /* 水平同步宽度 */
ltdc_self->vsw = 1; /* 垂直同步宽度 */
ltdc_self->hbp = 40; /* 水平后廊 */
ltdc_self->vbp = 8; /* 垂直后廊 */
ltdc_self->hfp = 5; /* 水平前廊 */
ltdc_self->vfp = 8; /* 垂直前廊 */
ltdc_self->pclk_hz = 9 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 9Mhz */
}
else if (ltdc_self->id == 0X4384)
{
ltdc_self->pwidth = 800; /* 面板宽度,单位:像素 */
ltdc_self->pheight = 480; /* 面板高度,单位:像素 */
ltdc_self->hbp = 88; /* 水平后廊 */
ltdc_self->hfp = 40; /* 水平前廊 */
ltdc_self->hsw = 48; /* 水平同步宽度 */
ltdc_self->vbp = 32; /* 垂直后廊 */
ltdc_self->vfp = 13; /* 垂直前廊 */
ltdc_self->vsw = 3; /* 垂直同步宽度 */
ltdc_self->pclk_hz = 15 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 15Mhz */
}
/* 配置RGB参数 */
esp_lcd_rgb_panel_config_t panel_config = {
.data_width = 16, /* RGB565处于并行模式，因此宽度为16位 */
.psram_trans_align = 64,
.clk_src = LCD_CLK_SRC_PLL160M,
.disp_gpio_num = GPIO_NUM_NC,
.pclk_gpio_num = GPIO_LCD_PCLK,
.de_gpio_num = GPIO_LCD_DE,
.data_gpio_nums = {
GPIO_LCD_B3, GPIO_LCD_B4, GPIO_LCD_B5, GPIO_LCD_B6, GPIO_LCD_B7,
GPIO_LCD_G2, GPIO_LCD_G3, GPIO_LCD_G4, GPIO_LCD_G5,
GPIO_LCD_G6, GPIO_LCD_G7,
GPIO_LCD_R3, GPIO_LCD_R4, GPIO_LCD_R5, GPIO_LCD_R6, GPIO_LCD_R7,
},
.timings = {
.pclk_hz = ltdc_self->pclk_hz, /* 像素时钟频率 */
.h_res = ltdc_self->pwidth, /* 水平分辨率，即一行中的像素数 */
.v_res = ltdc_self->pheight, /* 垂直分辨率，即帧中的行数 */
/* 水平后廊，hsync和行活动数据开始之间的PCLK数 */
.hsync_back_porch = ltdc_self->hbp,
/* 水平前廊，活动数据结束和下一个hsync之间的PCLK数 */
.hsync_front_porch = ltdc_self->hfp,
.hsync_pulse_width = ltdc_self->vsw, /* 垂直同步宽度，单位：行数 */
/* 垂直后廊，vsync和帧开始之间的无效行数 */
.vsync_back_porch = ltdc_self->vbp,
/* 垂直前廊，帧结束和下一个vsync之间的无效行数 */
.vsync_front_porch = ltdc_self->vfp,
.vsync_pulse_width = ltdc_self->hsw,/* 水平同步宽度，单位：PCLK周期 */
.flags.pclk_active_neg = true, /* RGB数据在下降沿计时 */
},
.flags.fb_in_psram = true, /* 在PSRAM中分配帧缓冲区 */
};
/* 创建RGB对象 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_new_rgb_panel(&panel_config, &panel_handle));
/* 复位RGB屏 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_reset(panel_handle));
/* 初始化RGB */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_init(panel_handle));
ltdc_display_dir(ltdc_self->dir);
/* 清除屏幕为颜色 */
ltdc_clear(WHITE);
}
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：
class atk_ltdc.init(dir) 使用示例：ltdc = atk_ltdc.init(dir)
该构造函数的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.clear(color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.pixel(x,y,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.line(x1,y1,x2,y2,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.rectangle(x0,y0,x1,y1,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
表30.1.2.5 ltdc.rectangle方法参数描述
⑤：画圆
其方法原型如下：
ltdc.circle(x0,y0,r,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.char(x,y,chr,size,mode,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.num(x,y,num,len,size,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.string(x,y,width,heught,size,p,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
ltdc.fill(sx,sy,ex,ey,color)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
atk_ltdc.color565(r,g,b)
该方法的参数描述，如下表所示。
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：
import atk_ltdc as ltdc
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：
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。
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：
from machine import Pin,I2C
import atk_xl9555 as io_ex
import atk_ltdc as ltdc
import time
"""
* @brief 程序入口
* @param 无
* @retval 无
"""
if __name__ == '__main__':
x = 0
# 初始化LED并输出高电平
led = Pin(1,Pin.OUT,value = 1)
# IIC初始化
i2c0 = I2C(0, scl = Pin(42), sda = Pin(41), freq = 400000)
# XL9555初始化
xl9555 = io_ex.init(i2c0)
# 初始化RGB
display = ltdc.init(dir = 1)
# 打开RGB屏背光
xl9555.write_bit(io_ex.LCD_BL,1)
time.sleep_ms(100)
while True:
#创建字典
seasondict = {
0: ltdc.BLACK,
1: ltdc.BLUE,
2: ltdc.RED,
3: ltdc.GREEN,
4: ltdc.CYAN,
5: ltdc.MAGENTA,
6: ltdc.YELLOW}
#刷新颜色
display.clear(seasondict[x])
#显示字体
display.string(0, 5, 240, 32, 32, "ESP32S3",ltdc.RED)
display.string(0, 34, 240, 16, 16, "RGB Test",ltdc.RED)
display.string(0, 50, 240, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK",ltdc.RED)
x += 1
if x == 7:
x = 0
led_state = led.value()
led.value(not led_state)
time.sleep(1)
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：
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。