MicroPython动手做（14）——掌控板之OLED屏幕

知识点：什么是掌控板？
掌控板是一块普及STEAM创客教育、人工智能教育、机器人编程教育的开源智能硬件。它集成ESP-32高性能双核芯片，支持WiFi和蓝牙双模通信，可作为物联网节点，实现物联网应用。同时掌控板上集成了OLED显示屏、RGB灯、加速度计、麦克风、光线传感器、蜂鸣器、按键开关、触摸开关、金手指外部拓展接口，支持图形化及MicroPython代码编程，可实现智能机器人、创客智造作品等智能控制类应用。

掌控板硬件特性:
ESP-32主控
处理器：Tensilica LX6双核处理器（一核处理高速连接；一核独立应用开发）
主频：高达240MHz的时钟频率
SRAM：520KB
Flash：8MB
Wi-Fi标准：FCC/CE/TELEC/KCC
Wi-Fi协议：802.11 b/g/n/d/e/i/k/r (802.11n，速度高达150 Mbps)，A-MPDU和A-MSDU聚合，支持0.4us防护间隔
频率范围：2.4~2.5 GHz
蓝牙协议：符合蓝牙v4.2 BR/EDR和BLE标准
蓝牙音频：CVSD和SBC音频低功耗：10uA
供电方式：Micro USB供电
工作电压：3.3V
最大工作电流:200mA
最大负载电流:1000mA
掌控板载
三轴加速度计MSA300,测量范围:±2/4/8/16G
地磁传感器MMC5983MA,测量范围:±8 Gauss;精度0.4mGz,电子罗盘误差±0.5°
光线传感器
麦克风
3 颗全彩ws2812灯珠
1.3英寸OLED显示屏，支持16*16字符显示，分辨率128x64
无源蜂鸣器
支持2个物理按键(A/B)、6个触摸按键
支持1路鳄鱼夹接口，可方便接入各种阻性传感器
拓展接口
20通道数字I/O， (其中支持12路PWM，6路触摸输入)
5通道12bit模拟输入ADC，P0~P4
1路的外部输入鳄鱼夹接口:EXT/GND
支持I2C、UART、SPI通讯协议

1、OLED显示模块
有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode, UIV OLED）又称为有机电激光显示、有机发光半导体（Organic Electroluminesence Display, UIV OLED）。与液晶显示（Liquid Crystal Display, LCD）是不同类型的发光原理。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。 OLED显示模块为OLED显示屏+PCB+铁框构成，便于安装，广泛应用于工业现场，军工等行业。

主要特点：OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、可制作成挠曲式面板，符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板。
显示方面：主动发光、视角范围大；响应速度快，图像稳定；亮度高、色彩丰富、分辨率高。
工作条件：驱动电压低、能耗低，可与太阳能电池、集成电路等相匹配。
适应性广：采用玻璃衬底可实现大面积平板显示；如用柔性材料做衬底，能制成可折叠的显示器。由于OLED是全固态、非真空器件，具有抗震荡、耐低温（-40℃）等特性，在军事方面也有十分重要的应用，如用作坦克、飞机等现代化武器的显示终端。

2、OLED屏工作原理
OLED的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供应至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。OLED的特性是自己发光，不像TFT LCD需要背光，因此可视度和亮度均高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造简单，成本低等，被视为 21世纪最具前途的产品之一。

有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。当元件受到直流电（Direct Current；DC）所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子（Electron）与空穴（Hole）分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合（Electron-Hole Capture）。而当化学分子受到外来能量激发后，若电子自旋（Electron Spin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光为所谓的荧光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。

3、掌控板板载1.3英寸OLED显示屏，分辨率128x64。采用Google Noto Sans CJK 16x16字体，支持简体中文，繁体中文，英文、日文和韩文语言。

4、OLED屏的坐标体系
掌控板OLED显示屏的分辨率是128x64，其意思是水平方向含有128个像素，垂直方向含有64个像素。屏幕上一共有128x64个像素点。

坐标X、Y值即对应屏幕横向、纵向位置。其实这样的X、Y在屏幕上就构成了一个直角坐标系。当X、Y值对应为0、0的时候，文字显示在屏幕的左上角；当Y值不变、X的值增加，文字垂直高度不变，水平向右移动；当X值不变、Y的值增加，文字水平位置不变，垂直向下移动。文字移动的这两个方向即构成了如下图所示的X、Y直角坐标系。水平方向用X轴表示，垂直方向用Y轴表示。

在数学中，是这样定义直角坐标系的：在平面内画两条互相垂直，并且有公共原点的数轴，其中横轴为X轴，纵轴为Y轴，这样我们就说在平面上建立了平面直角坐标系，简称直角坐标系。

掌控板屏幕分辨率为128x64，所以X轴的数值为0-127，Y轴的数值为0-63。

5、画直线（三横三竖）

from mpython import *

import time
while True:
    oled.fill(0)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.hline(0, 16, 128, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.hline(0, 32, 128, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.hline(0, 48, 128, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.fill(0)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.vline(33, 0, 64, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.vline(66, 0, 64, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.vline(99, 0, 64, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)

mPthon 图形编程

6、画圆、三角形和矩形

from mpython import *
import time

while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar("Hello, world!", 0, 16, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)
    oled.fill(0)
    oled.circle(64, 32, 30, 1)
    oled.fill_triangle(0, 0, 20, 40, 90, 63, 1)
    oled.RoundRect(40, 20, 50, 30, 30, 1)
    oled.rect(60, 20, 20, 50, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)

mPythonX 图形编程

7、动态曲线图形

from mpython import *
import time

def testdrawline():
    for i in range(0,64):
        oled.line(0,0,i*2,63,1)
        oled.show()
    for i in range(0,32):
        oled.line(0,0,127,i*2,1)
        oled.show()
    time.sleep_ms(250)
    oled.fill(0)
    oled.show()
    for i in range(0,32):
        oled.line(0,63,i*4,0,1)
        oled.show()
    for i in range(0,16):
        oled.line(0,63,127,(64-4*i)-1,1)
        oled.show()
    time.sleep_ms(250)
    oled.fill(0)
    oled.show()
    for i in range(1,32):
        oled.rect(2*i,2*i,(128-4*i)-1,(64-2*i)-1,1)
        oled.show()

testdrawline()

8、oled对象
oled对象为framebuf的衍生类，继承framebuf的方法。

oled.poweron()

开启显示屏电源。

oled.poweroff()

关闭显示器电源。

oled.contrast(brightness)

设置显示屏亮度。
brightness 亮度,范围0~255

oled.invert(n)

翻转像素点。当n=1时,未填充像素点点亮,填充像素点灭。当n=0时,则反。默认启动是填充像素点点亮。

oled.DispChar(s, x, y, mode=TextMode.normal)

oled屏显示文本。采用 Google Noto Sans CJK 开源无衬线字体字体。字体高度16像素点,支持英文,简体中文繁体中文，日文和韩文语言。 当显示字符串超出显示屏宽度可自动换行。
返回(字符总像素点宽度,续接显示的x,y坐标)的二元组。

s -需要显示的文本。
x 、y -文本的左上角作为起点坐标。
mode - 设置文本模式,默认为TextMode.normal

TextMode.normal - 等于1 。普通模式,文本显示白色,背景为黑色。
TextMode.rev - 等于2 。反转模式,文本显示黑色,背景为白色。
TextMode.trans - 等于3 。透明模式,透明文本意味着文本被写在显示中已经可见的内容之上。不同之处在于，以前屏幕上的内容仍然可以看到，而对于normal，背景将被当前选择的背景颜色所替代。
TextMode.xor - 等于4 。XOR模式,如果背景是黑色的，效果与默认模式(normal模式)相同。如果背景为白色，则反转文本。

oled.show()

将frame缓存发送至oled显示。

oled.fill(c)

用指定的颜色填充整个帧缓存。 c 为1时,像素点亮；c 为0时,像素点灭。

oled.circle(x, y, radius, c)

绘制圆
x 、y -左上角作为起点坐标。
radius -圆半径大小
c -为1时,像素点亮；c 为0时,像素点灭。

oled.fill_circle(x, y, radius, c)

绘制实心圆
x 、y -左上角作为起点坐标。
radius -圆半径大小
c -为1时,像素点亮；c 为0时,像素点灭。

oled.triangle(x0, y0, x1, y1, x2, y2, c)

绘制三角形
x0 、y0 -三角形上顶点坐标 。
x1 、y1 -三角形左顶点坐标 。
x2 、y2 -三角形左顶点坐标 。
c -为1时,像素点亮；c 为0时,像素点灭。

oled.fill_triangle(x0, y0, x1, y1, x2, y2, c)

绘制实心三角形
x0 、y0 -三角形上顶点坐标 。
x1 、y1 -三角形左顶点坐标 。
x2 、y2 -三角形左顶点坐标 。
c -为1时,像素点亮；c 为0时,像素点灭。

oled.bitmap(x, y, bitmap, w, h, c)

绘制bitmap图案
x 、y -左上角作为起点坐标
bitmap -图案bitmap 的btyearray字节数组
w -图案宽度
h -图案高度
c -为1时,像素点亮;

oled.RoundRect(x, y, w, h, r, c)

绘制弧角矩形
x 、y -左上角作为起点坐标
w -图案宽度
h -图案高度
r -圆弧角半径
c -为1时,像素点亮；c 为0时,像素点灭。