内容介绍
内容介绍
本项目是基于电子森林平台提供的树莓派PICO扩展板，完成了带有背景音乐的数码相框的设计。主要内容包括sd卡的读取、mma7660姿态传感器的使用、st7789显示、利用蜂鸣器播放音乐、按键中断等。
实现了以下功能：
-
将多张照片保存在SD卡中，能够在240*240的LCD屏幕上以至少3种不同的切换模式轮流播放照片，模式的切换由按键控制
-
播放照片的同时，播放背景音乐，通过蜂鸣器或耳机插孔输出
-
利用姿态传感器，旋转板卡，照片可以自动旋转，保证无论板卡是什么方向，照片的方向都是正的
第一部分：st7789显示屏的使用
在PICO中导入st7789库（控制显示屏），新建fonts文件夹，在其中导入vga1_16x32和vga2_8x8两个库（字体）。我们接下来的操作就需要用到这三个库。下面是显示部分代码（由于我编写了一些动画所以显示部分代码略长）。
为了显示图片，必须要将240*240的图片转码成Binary RGB565 Swap文件，通过sd卡读入，每次通过display.blit_buffer()函数刷新一部分。推荐一个图片转码网站：https://lvgl.io/tools/imageconverter
我们发现了一个问题，就是图片刷新频率始终上不去。我们从SD卡中读取图片像素信息，并将其存入树莓派的内存中，再通过spi将数据写入st7789显示屏以显示图像。可能限制刷新速率的因素有sd卡读取速度，树莓派的内存大小（决定一次读入的数据量），st7789的写入速率。首先我们计算一张图片需要多大的存储空间，我们采用240*240像素的图片（显示屏的尺寸），每个像素点由16bit数据储存，一张图片就是112.5Kb。SD卡和st7789通过SPI通信（SPI的理论最大通信速率很快，但还是受到CPU的空闲情况和处理能力的影响），每次向st7789写入一个满屏图片约需200ms，这个速度比较慢，但还不是决定刷新频率的主要因素。
树莓派的内存大小限制了每次不能完全读取一整张照片，经过调试后我决定每次只读取48行的图片信息，再写入st7789，如此重复5次，完成一整张照片的读取，这造成了刷新一张照片需要3s左右，非常缓慢。
我想可以这样提升速度：提高SPI速率；在完成一张照片的写入后马上进行下一张照片的读取，并在用户按下切换按钮后刷新显示，这样省下了sd卡的读取时间；采用DMA技术每次直接从sd卡读取数据写入st7789，不需要树莓派作为储存中介。欢迎大家尝试并分享。
import sdcard
from fonts import vga2_8x8 as font1
from fonts import vga1_16x32 as font2
image_file = "/sd/hk02.bin" #图片文件地址
switch_method=1 #图片切换方式 1 2 3
# 连接屏幕
st7789_res = 0
st7789_dc = 1
disp_width = 240
disp_height = 240
spi_sck=machine.Pin(2)
spi_tx=machine.Pin(3)
spi0=machine.SPI(0,baudrate=4000000, phase=0, polarity=1, sck=spi_sck, mosi=spi_tx)
display = st7789.ST7789(spi0, disp_width, disp_width,
reset=machine.Pin(st7789_res, machine.Pin.OUT),
dc=machine.Pin(st7789_dc, machine.Pin.OUT),
xstart=0, ystart=0, rotation=0)
#画整圆
def draw_circle(xpos0, ypos0, rad, col=st7789.color565(255, 255, 255)):
x = rad-1
y = 0
dx = 1
dy = 1
err = dx - (rad << 1)
while x >= y:
display.pixel(xpos0 + x, ypos0 + y, col)
display.pixel(xpos0 + y, ypos0 + x, col)
display.pixel(xpos0 - y, ypos0 + x, col)
display.pixel(xpos0 - x, ypos0 + y, col)
display.pixel(xpos0 - x, ypos0 - y, col)
display.pixel(xpos0 - y, ypos0 - x, col)
display.pixel(xpos0 + y, ypos0 - x, col)
display.pixel(xpos0 + x, ypos0 - y, col)
if err <= 0:
y += 1
err += dy
dy += 2
if err > 0:
x -= 1
dx += 2
err += dx - (rad << 1)
#画半圆
def draw_halfcircle(xpos0, ypos0, rad, col=st7789.color565(255, 255, 255),pos="Down"):
x = rad-1
y = 0
dx = 1
dy = 1
err = dx - (rad << 1)
while x >= y:
if pos=="Down":
display.pixel(xpos0 + x, ypos0 + y, col)
display.pixel(xpos0 + y, ypos0 + x, col)
display.pixel(xpos0 - y, ypos0 + x, col)
display.pixel(xpos0 - x, ypos0 + y, col)
elif pos=="Up":
display.pixel(xpos0 - x, ypos0 - y, col)
display.pixel(xpos0 - y, ypos0 - x, col)
display.pixel(xpos0 + y, ypos0 - x, col)
display.pixel(xpos0 + x, ypos0 - y, col)
elif pos=="Left":
display.pixel(xpos0 - y, ypos0 + x, col)
display.pixel(xpos0 - x, ypos0 + y, col)
display.pixel(xpos0 - x, ypos0 - y, col)
display.pixel(xpos0 - y, ypos0 - x, col)
elif pos=="Right":
display.pixel(xpos0 + x, ypos0 + y, col)
display.pixel(xpos0 + y, ypos0 + x, col)
display.pixel(xpos0 + y, ypos0 - x, col)
display.pixel(xpos0 + x, ypos0 - y, col)
if err <= 0:
y += 1
err += dy
dy += 2
if err > 0:
x -= 1
dx += 2
err += dx - (rad << 1)
# 显示图片
def display_image():
global image_file
global switch_method
mySong.stop()
f_image = open(image_file, 'rb')
if switch_method==1: # 刷新图片方法1
for column in range(0,240,40):
buf=f_image.read(480*40)
display.blit_buffer(buf, 0, column, 240, 40)
elif switch_method==2: # 刷新图片方法2
rows=6
for i in range(0,48/rows):
f_image.seek(480*rows*i,0)
buf=f_image.read(480*rows)
display.blit_buffer(buf, 0, rows*i, 240, rows)
f_image.seek(480*48*2+480*rows*i,0)
buf=f_image.read(480*rows)
display.blit_buffer(buf, 0, 48*2+rows*i, 240, rows)
f_image.seek(480*48*4+480*rows*i,0)
buf=f_image.read(480*rows)
display.blit_buffer(buf, 0, 48*4+rows*i, 240, rows)
utime.sleep(0.5)
for i in range(0,48/rows):
f_image.seek(480*48*1+480*rows*i,0)
buf=f_image.read(480*rows)
display.blit_buffer(buf, 0, 48*1+rows*i, 240, rows)
f_image.seek(480*48*3+480*rows*i,0)
buf=f_image.read(480*rows)
display.blit_buffer(buf, 0, 48*3+rows*i, 240, rows)
elif switch_method==3: # 刷新图片方法3
for y in range(0,5):
for x in range(0,5):
if (x+y)%2==0:
display.fill_rect(48*x,48*y,48,48,color=st7789.WHITE)
utime.sleep(0.2)
for column in range(0,240,48):
buf=f_image.read(480*48)
display.blit_buffer(buf, 0, column, 240, 48)
f_image.close()
mySong.stopped = False
return
try:
# 初始动画
for i in range(80):
display.pixel(3*i,i*3,st7789.color565(255,255,255))
display.pixel(240-3*i,3*i,st7789.color565(255,255,255))
utime.sleep(0.05)
display.text(font2, "V", 88, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
display.text(font2, "I", 88+16, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
display.text(font2, "E", 88+16*2, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
display.text(font2, "W", 88+16*3, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
draw_halfcircle(120,120,40,col=st7789.WHITE,pos="Left")
draw_halfcircle(120,120,40,col=st7789.WHITE,pos="Up")
utime.sleep(0.4)
draw_halfcircle(120,120,50,col=st7789.WHITE,pos="Right")
display.text(font1, "Listen to the wind", 120-9*8, 210, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
display.text(font1, "wait for the flowers to bloom", 4, 222, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(1)
display.fill(st7789.BLACK)
display_image()
while True:
if posture()==1:
display_image()
mySong.tick()
utime.sleep(0.04)
except KeyboardInterrupt:
#结束动画
print("QUIT")
display.fill(st7789.BLACK)
for i in range(80):
display.pixel(3*i,i*3,st7789.color565(255,255,255))
display.pixel(240-3*i,3*i,st7789.color565(255,255,255))
utime.sleep(0.005)
display.text(font2, "B", 96, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
display.text(font2, "Y", 96+16, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
display.text(font2, "E", 96+16*2, 104, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
utime.sleep(0.2)
draw_halfcircle(120,120,40,col=st7789.WHITE,pos="Right")
draw_halfcircle(120,120,40,col=st7789.WHITE,pos="Up")
utime.sleep(0.4)
draw_halfcircle(120,120,50,col=st7789.WHITE,pos="Left")
mySong.stop()
display.text(font1, "2021-8-19", 84, 210, color=st7789.WHITE, background=st7789.BLACK)
display.text(font1, "Completed by ZH", 60, 222, color=st7789.WHITE,, background=st7789.BLACK)第二部分：mma7660姿态传感器的读取和使用
mma7660采用I2C与树莓派通信，在使用前一定要详细阅读其技术手册，其内部寄存器0x03内储存的是姿态信息，对其读取就可知道板卡是正立的、倒立的还是倾斜的。读取姿态信息后就传给st7789显示屏以改变其显示方向。最终达到无论怎么旋转板卡，显示的图片都是正向的效果。
不足之处在于，本项目中采取在主函数中不断循环读取mma7660的信息，这样占用了处理器。仔细观察发现mma7660的INT端接入了PICO的GPIO09端口，通过改变mma7660的设置可以使传感器在姿态改变时发出一个中断信号，此时再读取姿态信息和改变显示器。
from machine import Pin,SPI,I2C,SoftSPI
last_pose=0 #记录上一次的位置状态
pose=0 #记录当前位置信息
# mma7660配置
mma7660_SDA=machine.Pin(10)
mma7660_SCL=machine.Pin(11)
mma7660 = I2C(1, scl=mma7660_SCL, sda=mma7660_SDA, freq=4000000)
mma7660.writeto_mem(76, 7, b'11000001') # 向寄存器 0x07写入 1 ，开启mma7660的Active Mode
# 姿态的读取
def posture():
global last_pose
global pose
TILT=mma7660.readfrom_mem(76, 3, 8, addrsize=8) # 姿态数据读取
if (TILT[0]==0b00000000 or TILT[0]==0b00000001 or TILT[0]==0b00000010):
pose=0 # 位置状态Unkown，则默认为Up
display.rotation(0)
display.xstart = 0
display.ystart = 0
if (TILT[0]==0b00011000 or TILT[0]==0b00011001 or TILT[0]==0b00011010):
pose=0 # 位置状态Up
display.rotation(0)
display.xstart = 0
display.ystart = 0
if (TILT[0]==0b00001000 or TILT[0]==0b00001001 or TILT[0]==0b00001010):
pose=3 # 位置状态Right
display.rotation(3)
display.xstart = 80
display.ystart = 0
if (TILT[0]==0b00010100 or TILT[0]==0b00010101 or TILT[0]==0b00010110):
pose=2 # 位置状态Down
display.rotation(2)
display.xstart = 0
display.ystart = 80
if (TILT[0]==0b00000100 or TILT[0]==0b00000101 or TILT[0]==0b00000110):
pose=1 # 位置状态Left
display.rotation(1)
display.xstart = 0
display.ystart = 0
if last_pose!=pose:
last_pose=pose
if (switch_method==1 or switch_method==2):
display.fill(st7789.BLACK)
return 1
else:
return 0第三部分：SD卡的读取
sd卡通过软件SPI与树莓派通信。需要读取其中文件时，必须创建一个文件指针打开目标读取文件。
from machine import Pin,SPI,I2C,SoftSPI
import sdcard
import uos
# 连接SD卡
sd_spi= machine.SoftSPI(baudrate=1000000,polarity=0,bits=8,firstbit=SPI.MSB,sck=Pin(17), mosi=Pin(18), miso=Pin(19))
sd= sdcard.SDCard(spi=sd_spi,cs=machine.Pin(22,machine.Pin.OUT))
sd.init_card()
# 新建并切换到sd卡目录
uos.mount(sd,'/sd')
uos.chdir('sd/')
print("SD_Listdir:",uos.listdir()) #显示sd卡内的内容
# 读取图片文件并显示图片示例
image_file = "/sd/hk02.bin" #图片文件地址
f_image = open(image_file, 'rb')
for column in range(0,240,40):
buf=f_image.read(480*40)
display.blit_buffer(buf, 0, column, 240, 40)
image_file = "/sd/hk02.bin" #图片文件地址第四部分：蜂鸣器播放音乐
这一部分我借鉴了电子森林中其它同学的代码，没有做过多改动。首先要向PICO中拷入buzzer_music库，以控制蜂鸣器。
网站https://onlinesequencer.net/可以将自己的MIDI文件变成如下所示的音符信息字符串，还可以自己写音乐并实时播放，随时可以导出，搭配buzzer_music库文件十分好用。
from buzzer_music import music
song = '4 C#5 1 0;8 D#5 1 0;12 C5 1 0;16 C#5 1 0;18 C5 1 0;20 A#4 1 0;22 C5 1 0;24 G#4 1 0;30 G#4 1 0;31 A4 1 0;32 A#4 1 0;36 C#5 1 0;40 A#4 1 0;42 A#5 1 0;44 G#5 1 0;46 F#5 1 0;48 F5 1 0;50 F#5 1 0;52 G#5 1 0;54 F5 1 0;56 D#5 1 0;0 F5 1 0;68 C#5 1 0;72 D#5 1 0;76 C5 1 0;80 C#5 1 0;82 C5 1 0;84 A#4 1 0;86 C5 1 0;88 G#4 1 0;94 G#4 1 0;95 A4 1 0;96 A#4 1 0;100 C#5 1 0;104 A#4 1 0;106 A#5 1 0;108 G#5 1 0;110 F#5 1 0;64 F5 1 0;112 G#5 1 0;114 A#5 1 0;116 C6 1 0;118 C#6 1 0;120 D#6 1 0;128 C#6 1 0;134 F6 1 0;140 C#6 1 0;144 C6 1 0;150 D#6 1 0;156 C6 1 0;158 G#5 1 0;159 A5 1 0;160 A#5 1 0;166 C#6 1 0;172 A#5 1 0;176 C6 1 0;180 D#6 1 0;182 G#5 1 0;184 A#5 1 0;186 B5 1 0;188 C6 1 0;192 C#6 1 0;198 F6 1 0;204 C#6 1 0;208 C6 1 0;214 D#6 1 0;220 C6 1 0;222 G#5 1 0;223 A5 1 0;224 A#5 1 0;230 C#6 1 0;236 A#5 1 0;240 C6 1 0;244 D#6 1 0;246 F6 1 0;248 D#6 1 0;250 C#6 1 0;252 C6 1 0;254 G#5 1 0'
mySong = music(song)
while True:
if posture()==1:
mySong.tick() #播放音乐
utime.sleep(0.04)
except KeyboardInterrupt:
mySong.stop() #停止播放第五部分：按键中断
按键的中断函数使用关键在于Pin.irq()函数的使用，https://docs.singtown.com/micropython/zh/latest/openmvcam/library/machine.Pin.html?highlight=irq#machine.Pin.irq中有很详细的介绍中断函数的用法。
K1键 切换图片切换方式，K2键切换图片（自动切换图片的代码在源文件可以正常使用，但是已被注释）
from machine import Pin,SPI,I2C,SoftSPI
image_file = "/sd/hk02.bin" #图片文件地址
num=1 #当前图片序号
# 连接key1(切换图片切换方式)
def switch_methodSwitch():
global switch_method
switch_method=switch_method+1
if switch_method>3:
switch_method=1
print("switch_method",switch_method)
return
key1=Pin(7,Pin.IN)
key1.irq(handler=lambda pin:switch_methodSwitch(),trigger=Pin.IRQ_FALLING)
# 连接key2(切换图片)
def ImageSwitch():
global image_file
global num
num=num+1
if num>5:
num=1
print(num)
if num==1:
image_file="/sd/hk01.bin"
elif num==2:
image_file="/sd/hk02.bin"
elif num==3:
image_file="/sd/hk03.bin"
elif num==4:
image_file="/sd/hk04.bin"
else:
image_file="/sd/hk05.bin"
display_image()
return
key2=Pin(8,Pin.IN)
key2.irq(handler=lambda pin:ImageSwitch(),trigger=Pin.IRQ_FALLING)Tips：
源代码、库文件和技术文档均已经贴在附件中，要理解各部分的用法和工作原理，必须要多阅读器件的技术手册和树莓派PICO官方给的文档，还有Miropython的使用介绍https://docs.singtown.com/micropython/zh/latest/openmvcam/index.html
附件下载
Code.rar
资料.rar
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团队介绍
浙江大学信电学院
团队成员
Haoami
浙江大学信电学院大二学生
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