本文原创自微信公众号【PY学习笔记】，经用户王传福进行加工，共同完成了该文章。

我们对两位创作者的辛勤付出和无限创意深表感激，他们的共同努力令本文焕发更加耀眼的光芒。特此向两位创作者表达我们诚挚的谢意，感谢他们对生态的珍贵贡献，以及他们通过开源分享促进了分享文化的精神。

原著链接：

前言

TIP

您是否曾梦想打造属于自己的智能监控系统？或者想象着制作一个能够远程传送实时图像的遥控器？又或是希望拥有一款实用的随身小相机，记录生活中的美妙瞬间？实现这一切，现在触手可及。

由立创·ESP32S3开发板设计的摄像头扩展板，集成了OV2640摄像头，具备读写SD卡的能力，并能够在屏幕上实时显示图像。利用MicroPython的便捷性，即使是编程新手也能轻松掌握，让您快速入门应用，走在实现创意项目的前沿。

功能丰富，发挥你的创意

硬件集成性：一个小巧的扩展板集成了OV2640摄像头、SD卡槽和显示屏接口，不仅易于连接，而且互操作性强。
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案例驱动的学习：透过实际可运行的项目案例，您可以接触到无线Web监控、图传遥控器和随身小相机的构建过程。

案例项目突破想象的边界

无线Web监控：构建一个安全监控系统或婴儿监护器，即使在外也能实时查看您家的情况。
图传遥控器：将传统的遥控器提升到新高度，实时传输图像数据，让您的遥控体验更加直观和精确。
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友好的步骤指导，轻松掌握编程

我们的教程将带您走过每一个关键的步骤，从硬件的接线到软件的编程。无论您是MicroPython的初学者还是有经验的开发者，我们的逐步指导都能确保您顺利完成项目，同时留下扩展和深入学习的空间。

代码示例和视觉成果，激发您的实际操作

为了让您更直观地理解每一步的作用和结果，我们提供了详细的代码示例和成品项目的截图、视频。您可以实时看到每一行代码背后的意义和产出，让学习变得具有成就感。

1. 硬件设计

1.1 器件选型

1.1.1 摄像头

摄像头采用的是OV2640，它是一款受欢迎的低成本CMOS摄像头传感器，由OmniVision Technologies生产。它是一款2百万像素的传感器，还有一款5640是500万像素。常用于嵌入式系统和小型摄像头项目中，如无人机、手机、网络摄像头和其他便携式设备。由于它的小尺寸和高集成度，OV2640特别适合于空间受限的设计。

OV2640能提供最高达1600x1200像素的分辨率，支持JPEG压缩输出，同样可以提供YUV422、YUV420和RGB565格式输出，这些功能使得它非常适应于多种图形接口和微控制器。它还具有自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡等功能，可以通过SCCB（Serial Camera Control Bus）接口进行配置，这是一种类似于I2C的通信协议。

OV2640的基本特性有：

图像传感器：1/4" CMOS 2MP
分辨率：最大1600x1200
照片格式：JPEG、YUV(422/420)、RGB565等
视角：可通过不同镜头获得（通常有标准、广角等选项）
接口：SCCB（控制）、DVP（数字视频端口）
特殊功能：自动曝光控制、自动增益控制及自动白平衡等

OV2640摄像头模块通常配备以下接口：

SCCB接口，用于对摄像头设置进行控制。
DVP接口，用于传输图像数据。
时钟输入（XCLK）。
电源输入（3.3V供电和地）。
复位信号（RESET）。
电源使能（PWDN，Power Down）。

OV2640摄像头的驱动电路，一般包含以下几个部分：

稳压电源为了保证OV2640的稳定工作，一般需要提供多种的稳定电源，使用的时候可能会使用LDO（Low Dropout Regulator）线性稳压器来从大电压的电源（例如5V或更高）降至摄像头所需的3.3V，2.8V或者1.2V。
时钟源摄像头模块需要一个高频时钟信号驱动其操作，这通常通过一个外部晶振（如12MHz或者更高）或者由主控驱动提供，这个时钟信号通常通过一个时钟产生电路供给摄像头模块的XCLK引脚。
接口电平匹配如果主控制器（例如ESP32S3）的I/O电压不同于摄像头模块，则需要电平转换电路来确保两者之间的信号电平兼容，这样我们就可以安全地连接SCCB和DVP接口，而不会因为电压问题导致设备损坏。

写驱动程序时，需要初始化摄像头模块，配置传感器的寄存器，这涉及到设置分辨率、图像格式、帧速率以及其他摄像头特征。然后，你的程序需要通过DVP接口来接收帧数据，处理并显示或存储这些数据。

1.1.2 SD卡

SD卡（Secure Digital Card）是一种非常流行的存储介质，广泛用于便携式设备，如数码相机、手机、平板电脑、个人电脑以及嵌入式系统等。SD卡是基于闪存（flash memory）技术的，它具有较高的存储密度、固态耐用性和良好的数据稳定性。

SD卡通常支持三种通讯模式：一位串行模式（SD模式）、四位串行模式（4-bit SD模式）以及SPI模式。 在嵌入式应用中，尤其是在微控制器领域，SPI模式特别受欢迎，因为它接口简单，线路要求较少，对硬件的要求也不如SD模式高。

SPI协议控制的SD卡，需要以下几个信号线：

CS (Chip Select) - 片选。通过这个信号，主设备可以选中或忽略SD卡，使之启用或禁用。
MOSI (Master Out Slave In) - 主设备输出，SD卡输入。用于发送命令和数据到SD卡。
MISO (Master In Slave Out) - 主设备输入，SD卡输出。SD卡通过这条线将数据发送回主设备。
SCK (Serial Clock) - 串行时钟。用于同步数据的传输。
VCC 供电电压。SD卡一般使用3.3V电源供电，但有些模块带有5V到3.3V的电压转换。
GND 地线。

SD卡驱动电路的设计一般涉及以下几部分：

电源稳压：SD卡通常需要3.3V稳定供电。如果系统电源高于这个电压，如5V，那么就需要使用LDO或DC-DC转换器来降压。
电平转换：假如微控制器的I/O口为5V，而SD卡工作在3.3V电平，那么SPI通信线路（CS, MOSI, MISO, SCK）就需要电平转换电路，以避免对SD卡造成损害。
信号隔离：在某些工作环境中，为了防止信号干扰和电源噪声，可能要对信号线进行隔离处理。

驱动SD卡涉及的软件方面，程序需要通过SPI接口与SD卡通信，实现命令的发送和数据的读取。驱动程序必须能够初始化卡、识别其存储容量以及读写文件系统。

在MicroPython等高级编程环境中，通常有现成的库可以直接用来处理SD卡，如machine.SDcard模块，让开发者可以相对容易地集成SD卡读写功能。这些库提供了打开、读取、写入和关闭文件的方法，通常也支持文件系统操作，如创建和列出目录等。开发者只需通过几行代码，就可以实现文件在SD卡上的存储和检索。

在使用时，确保对应的SPI通讯引脚已经正确配置，并按照SD卡的通讯规范发送正确的命令，以保障数据的顺畅读写。

1.1.3 屏幕显示

在嵌入式系统中，常见的几款屏幕主要以液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）为主。不同类型的显示屏在技术参数、显示效果、功耗和成本等方面都有所差异。

我们选择的是2.4寸240x320像素的ST7789驱动的LCD屏幕。

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现在，我们来详细介绍ST7789 TFT LCD。ST7789是一款常见的TFT液晶显示驱动芯片，由Sitronix Technology Corporation生产。它广泛应用于多种小型显示屏上，尤其是那些分辨率为320x240像素的2.4寸RGB屏幕。

ST7789显示屏的功能特点包括：

分辨率：ST7789控制器通常用于240x320（QVGA）分辨率的屏幕。
颜色深度：支持16-bit（65K色）和18-bit（262K色）模式。
尺寸：ST7789控制器常配备1.44寸、1.8寸和2.4寸等不同尺寸的屏幕。
接口：支持SPI接口，使其易于与各种微控制器连接。一些变体还可能支持并行接口。

在使用SPI协议通信的情况下，ST7789 屏幕需要连接以下信号线：

SCL (Serial Clock) - SPI时钟线，控制数据传输的时序。
SDA (Serial Data) - SPI数据线，用于发送数据到显示器，有的时候，数据线分为两条，分别为SDI (输入)和SDO（输出）。
RS (Register Select) 或 DC (Data/Command) - 数据/命令控制线，用于区分发送的SPI数据是数据还是命令。
CS (Chip Select) - 片选控制线，用于激活显示器的SPI通信。
RST (Reset) - 用于硬件复位显示器的控制线。
BLK (Backlight) - 背光控制线，用于打开或调整屏幕背光。

ST7789驱动电路的设计通常包括：

电源供应：屏幕需要3.3V的电源，应该使用稳压电路来确保稳定的电压供应，避免电压波动影响显示效果。
背光控制：根据具体需求，背光通常会有一个PWM调光电路，用于调节屏幕背光的亮度。有时候，靠简单的开关控制也可以打开或关闭背光。
复位电路：RST引脚可能需要接拉高或拉低电阻，以保证在启动时能正确复位显示器。
通信接口电路：确保SPI接口引脚的稳定连接。

软件上的驱动通常包括初始化显示屏、配置屏幕参数（比如分辨率、颜色模式），以及绘制像素、文字、图形等功能。在许多现代微控制器平台上，比如使用Arduino框架或者MicroPython，都可找到ST7789的库，这些库已经实现了与屏幕相关的基本控制函数。开发者只需简单配置屏幕参数和SPI通信设置，就可以通过调用相应的库函数来控制屏幕显示内容。

1.2 原理图设计

1.2.1 摄像头硬件外围电路

1.2.2 SD卡槽接口电路

1.2.3 LCD显示电路

1.3 PCB设计

【ProProject_摄像头扩展板_2024-04-12.epro】下载

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将以上.epro文件导入到嘉立创EDA专业版中，即可看到原理图与PCB。

2. 固件编译

2.1 环境搭建

2.1.1 基本环境搭建

使用VMware+Ubuntu22.04.3进行环境搭建，这两个的安装参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/569274366

2.1.2 固件环境安装

安装依赖包

打开命令行，输入以下命令安装依赖包。

sudo apt-get install git wget libncurses-dev flex bison gperf python3 python3-pip python3-setuptools python3-serial python3-click python3-cryptography python3-future python3-pyparsing python3-pyelftools cmake ninja-build ccache libffi-dev libssl-dev python-is-python3

pip源配置

Esp-IDF安装过程中会在 python virtual environment 中使用 pip 安装所需的包，但默认情况下，pip 使用的是国外的官方源，使得安装非常慢。使用以下命令将pip源配置到阿里云。

pip config set global.index-url http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple
pip config set global.trusted-host mirrors.aliyun.com

下载esp-idf与MicroPython

mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
git clone https://gitee.com/EspressifSystems/esp-gitee-tools.git
git clone https://gitee.com/EspressifSystems/esp-idf.git
git clone https://github.com/micropython/micropython.git

如果git micropython失败，那使用下面的：

git clone https://gitee.com/yangyoulikedog/micropython.git

如果micropython实在下载不了，将下面文件复制到虚拟机的 ~/esp下解压，重新命名为 micropython。

【micropython-master.zip】下载

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确认MicroPython支持的esp-idf版本

进入micropython/ports/esp32/README.md中确认支持的版本号：

切换ESP-IDF的版本

cd esp-idf
git checkout v5.0.4

提示：HEAD 目前位于 5181de8ac5 versions: Update version to 5.0.4。说明成功。

配置esp-idf

先更新子模块：要求执行以下命令不能有任何错误！！有错误就重新执行

git submodule update --init --recursive

如果使用上面的命令失败，提示：

那就先进行下一步。

官方为了解决国内开发者从 github 克隆 esp 相关仓库慢的问题，已将 esp-idf 和部分重要仓库及其关联的子模块镜像到了 jihu。根据官方建议，使用以下命令将仓库的URL替换为jihu的URL，并更新子模块，完成安装。

cd ~/esp/esp-gitee-tools
./jihu-mirror.sh set
./submodule-update.sh ~/esp/esp-idf/
./install.sh ~/esp/esp-idf/

可能会提示Python virtual environment未安装成功。按照建议执行以下命令，并重新安装。

sudo apt install python3.10-venv
./install.sh ~/esp/esp-idf/

安装一大堆东西后，提示：

All done! You can now run:
. /home/yle/esp/esp-idf/export.sh

表示安装成功。在命令行添加环境变量：

cd ~/esp/esp-idf
source export.sh

提示：idf.py build 说明成功。

注意 install.sh步骤只需要执行一次。每次新会话都需要使用export.sh。

2.2 固件编译

构建固件

在命令行中输入以下命令：

cd ~/esp/micropython
make -C mpy-cross
cd ports/esp32
make submodules
make

如果顺利的话，就会在~/esp/micropython/ ports/esp32/build-ESP32_GENERIC/中生成一个firmware.bin固件。但是通常在 make submodules 和 make 命令报错，这里需要确定micropython和esp-idf的版本要一致。不然就是这个命令：git submodule update --init --recursive 没有搞好。如果搞不好就将版本换一下。

git checkout v5.0.4，换成为另一半版本，比如之前看的可以是v5.1.2。

添加camera固件

2.2.1 下载idf环境的相机驱动

cd ~/esp/esp-idf/components
git clone https://github.com/espressif/esp32-camera

2.2.2 安装mciropython的相机驱动

cd ~/esp/esp-idf/components
git clone https://github.com/espressif/esp32-camera

如果 git clone https://github.com/lemariva/micropython-camera-driver 执行失败，那么下载下面这个文件：

【micropython-camera-driver-master.zip】下载

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将它解压在 ~/esp/micropython/ports/esp32 下：

在 ~/esp/micropython/examples/usercmodule/ 下新建cam文件夹，将micropython-camera-driver/src中的4个文件micropython.cmake、micropython.mk、modcamera.c、modecamera.h拷贝到cam文件夹中。

2.2.3 ST7789驱动安装

ST7789驱动为C语言的，只能通过编译固件才能使用。

先git下库：

git clone https://github.com/russhughes/st7789_mpy.git

如果下载失败，请下载下面的文件。

【st7789_mpy-master.zip】下载

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将st7789_mpy文件中的st7789文件夹整个放到usercmodules目录中：

~/esp/micropython/examples/usercmodules/

这次要将camera驱动、ST7789驱动同时编译成为固件，需要编辑uesrmodules文件夹的micropython.cmake文件，让两个驱动同时生效：

启动默认的8M的PSRAM。在下图的路径文件：

在 set SDKCONFIG_DEFAULTS 中，增加 boards/sdkconfig.spiram_oct，结果如下：

2.2.4 编译ESP32-S3固件

esp-idf默认是编译ESP32的固件，要编译ESP32-S3的固件，需要修改Makefile文件。打开~/esp/micropython/ports/esp32下的Makefile文件，将12行的BOARD ?= ESP32_GENERIC改为BOARD ?= ESP32_GENERIC_S3

将camera模块添加进micropython

修改camera模块中的modcamera.c，删除24行的#if MODULE_CAMERA_ENABLED。

注意，是修改~/esp/micropython/examples/usercmodule/cam路径下的文件！

删除最后一行的#endif，修改倒数第二行的MP_REGISTER_MODULE(MP_QSTR_camera, mp_module_camera_system, MODULE_CAMERA_ENABLED);为：

MP_REGISTER_MODULE(MP_QSTR_camera, mp_module_camera_system);

最后，编译固件：

编译成功结果：

这时就会在~/esp/micropython/ ports/esp32/build-ESP32_GENERIC_S3/中生成一个firmware.bin固件。这个固件就是我们编译好的micropython固件。烧录地址为0x0。

2.3 固件烧录验证

2.3.1 固件烧录

固件的烧录请参考MicroPython入门手册的环境安装章节的1.2 烧录固件 : MicroPython入门手册

将固件换成为我们编译好的属于我们自己的固件，烧录地址为0x0。

如果大家的固件没有编译成功，可以使用以下固件。

【LCKFB_MicroPython_cam_st7789_8Mpsram_20240221.bin】下载

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2.3.2 固件验证

验证支持camera、st7789两个驱动，并支持SPIRAM和16M FLASH：开发板连接上Thonny，在下方的命令台窗口输入以下代码：

import camera
import st7789
import micropython
import esp
micropython.mem_info()
esp.flash_size()/1024/1024

如果成功将会正常显示如下：

3. 屏幕显示

3.1 API介绍

屏幕初始化设置

st7789.ST7789(spi, width, height, dc, reset, cs, backlight, rotations, rotation, custom_init, color_order, inversion, options, buffer_size)

必需的位置参数：

spiSPI器件
width显示宽度
height显示高度

必需的关键字参数：

dc设置连接到显示数据/命令选择输入的引脚。此参数始终是必需的。

可选关键字参数：

reset设置连接到显示器硬件复位输入的引脚。如果显示器复位引脚为高电平，参数未必填。reset
cs设置连接到显示器片选输入的引脚。如果显示器的 CS 引脚低电平，显示器必须是唯一的设备连接到 SPI 端口。显示将始终处于选中状态 device，并且该参数不是必需的。
backlight将连接到显示器背光的引脚设置为使能输入。显示器的背光输入通常可以保持悬空或断开连接，因为某些显示器上的背光灯始终处于开机状态，并且无法关闭。
rotations设置方向表。方向表是一个列表每个元组用于设置 MADCTL 寄存器、显示宽度、显示高度、start_x和start_y值。rotation

以下 st7789 和 st7735 包含默认值显示尺寸：rotations

您可以根据需要定义任意数量的旋转。

rotation根据方向表设置显示旋转。默认方向表定义了 240x320、240x240、 134x240、128x160 和 128x128 显示器，LCD 的带状电缆位于显示屏底部。默认旋转为纵向（0 度）。

custom_init在 display init（）期间发送到显示器的显示配置命令列表。该列表包含带有 bytes 对象的元组，可以选择后跟以 ms 为单位指定的延迟。第一个 bytes 对象的 byte 包含要发送的命令（可选），后跟数据字节。请参阅文件或示例。
color_order设置驱动程序（st7789.RGB 或 st7789。BGR）
inversion如果设置为 True，则设置显示颜色反转模式，如果为 False，则不显示颜色反转模式。
options设置驱动程序选项标志。

buffer_size如果未指定buffer_size，则动态分配根据需要创建并释放缓冲区。如果设置了buffer_size，则必须足够大以包含最大的位图、字体字符和使用的解码JPG图像（行列2字节，RGB565中的16位颜色表示法）。动态分配速度较慢，可能会导致堆碎片，因此，应启用垃圾回收（GC）。

屏幕初始化运行

init()

必须调用才能初始化显示。

颜色翻转显示

inversion_mode(bool)
如果bool为 True，则设置显示颜色反转模式，如果bool 为 False，则不显示颜色反转模式。

查询屏幕宽高

width()
返回显示的当前逻辑宽度。（即 135x240 显示器旋转 90 度是 240 像素宽）
height()
返回显示器的当前逻辑高度。（即 135x240 显示器旋转 90 度是 135 像素高）

设置屏幕旋转

rotation(r)
设置逆时针方向旋转逻辑显示。 0-纵向（0 度）、1-横向（90 度）、2-反向纵向（180 度）、3 逆景观（270 度）

背光控制

on()
如果在初始化期间定义了背光引脚，将打开背光。
off()
如果在初始化期间定义了背光引脚，将关闭背光。

睡眠模式

sleep_mode(value)
如果 value 为 True，则使显示器进入睡眠模式，否则如果 value 为 False，则唤醒。在睡眠期间，可能无法保留显示内容。

全屏颜色填充

fill(color)

用指定的颜色填充显示屏。颜色参考：

#define WHITE                  0xFFFF
#define BLACK                  0x0000
#define BLUE                   0x001F
#define BRED                   0XF81F
#define GRED                   0XFFE0
#define GBLUE                  0X07FF
#define RED                    0xF800
#define MAGENTA                0xF81F
#define GREEN                  0x07E0
#define CYAN                   0x7FFF
#define YELLOW                 0xFFE0
#define PURPLE                 0x780F //紫色
#define BROWN                  0XBC40 //棕色
#define BRRED                  0XFC07 //棕红色
#define GRAY                   0X8430 //灰色
#define DARKBLUE               0X01CF //深蓝色
#define LIGHTBLUE              0X7D7C //浅蓝色
#define GRAYBLUE               0X5458 //灰蓝色
#define LIGHTGREEN             0X841F //浅绿色
#define LGRAY                  0XC618 //浅灰色(PANNEL),窗体背景色
#define LGRAYBLUE              0XA651 //浅灰蓝色(中间层颜色)
#define LBBLUE                 0X2B12 //浅棕蓝色(选择条目的反色)

画点

pixel(x, y, color)

将指定的像素显示位置设置为给定的color颜色

画线

line(x0, y0, x1, y1, color) 用提供的坐标起始点（x0,y0）到坐标结束点（x1,y1）绘制一条color颜色的线。
hline(x, y, length, color)

用提供的坐标起始点（x,y）和 color颜色绘制一条length长度的水平线。此外，这是一个快速版本，具有较少的 SPI 调用。

vline(x, y, length, color)

用提供的坐标起始点（x,y）和 color颜色绘制一条length长度的垂直线。

画矩形

rect(x, y, width, height, color)

用提供的坐标起始点（x,y）绘制具有相应尺寸（width,height）的空心矩形。

fill_rect(x, y, width, height, color)

用提供的坐标起始点（x,y）绘制具有相应尺寸（width,height）的填充矩形。

画圆

circle(x, y, r, color)

以坐标点(x,y)作为圆心，绘制一个半径为r，color颜色的空心圆。

fill_circle(x, y, r, color)

以坐标点(x,y)作为圆心，绘制一个半径为r，color颜色的填充圆。

显示字符串

text(font, s, x, y[, fg, bg])

使用指定的位图将（整数、字符串或字节）写入显示，坐标作为文本的左上角。

write(bitmap_font, s, x, y[, fg, bg, background_tuple, fill_flag])

使用指定的比例位图或等宽位图将文本写入显示器，坐标作为文本的左上角。

write_len(bitap_font, s)

如果以指定的字体打印，则返回字符串的宽度（以像素为单位）。

draw(vector_font, s, x, y[, fg, scale])

使用指定的 Hershey 矢量字体将文本绘制到显示屏上，并带有xy坐标作为文本的左下角。

draw_len(vector_font, s[, scale])

如果使用指定的字体绘制，则返回字符串的宽度（以像素为单位）。

显示图片

jpg(jpg, x, y [, method]) 在显示屏上绘制一个给定的坐标作为图像的左上角。可以是包含文件名的字符串或包含 JPEG 图像数据的缓冲区。

解码和显示 JPG 所需的内存可能相当可观，因为全屏 320x240 JPG 至少需要 3100 字节的工作区域 + 320 * 240 * 2 用于缓冲映像的 RAM 字节。

jpg_decode(jpg_filename [, x, y, width, height])

解码 jpg 文件并将其或其中的一部分作为元组返回，该元组由（缓冲区、宽度、高度）。缓冲区是 color565 blit_buffer兼容字节数组。缓冲区需要宽度 * 高度 2 字节的内存。

png(png_filename, x, y [, mask])

在显示屏上绘制一个 PNG 文件，图像的左上角位于给定的坐标处。如果 PNG 无法完全安装在显示器上，它将被剪裁。这 PNG 将一次绘制一条线。由于驱动程序不包含帧缓冲区，不支持透明度。

3.2 屏幕显示验证

注意，显示字符需要上传以下代码到开发板的内存中。

【vga1_16x16.py】下载

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运行以下示例代码：

python

import machine
from machine import SPI,Pin,UART,PWM,SoftSPI
import time,camera,sdcard,st7789,os
import vga1_16x16 as font

machine.freq(240000000) # 设置CPU的工作频率为 240 MHz

#spi初始化
spi=SPI(2,baudrate=40000000, sck=Pin(41), mosi=Pin(46), miso=Pin(48))

#创建一个屏幕对象，设置屏幕引脚与参数，并且关闭颜色翻转
tft=st7789.ST7789(spi, 240, 320, reset=Pin(15, Pin.OUT), dc=Pin(42, Pin.OUT), cs=Pin(45, Pin.OUT),inversion=False)

#屏幕初始化
tft.init()

#颜色测试
tft.fill(0xF800)        #全屏刷新红色
time.sleep(0.5)         #延时500ms

tft.fill(0x07E0)        #全屏刷新绿色
time.sleep(0.5)         #延时500ms

tft.fill(0x001F)        #全屏刷新蓝色
time.sleep(0.5)         #延时500ms

#画点测试
for i in range(100):
    tft.pixel(i, i, 0xFFFF)#画白色点
time.sleep(1)

#画线测试
tft.line(20, 20, 200, 20, 0x0000)#画黑色线
time.sleep(1)

#画矩形测试
tft.rect(20, 30, 200, 20, 0xF800)#画红色空心矩形
tft.fill_rect(25, 35, 190, 10, 0xF800)#画红色填充矩形
time.sleep(1)

#画圆测试
tft.circle( int(240/2), int(320/2), 20, 0xFFE0)#画黄色空心圆
tft.fill_circle( int(240/2), int(320/2), 10, 0xFFE0)#画黄色填充圆
time.sleep(1)

#字符串显示测试
tft.text(font, b'hello', 100, 100)
time.sleep(1)

#屏幕旋转显示测试
tft.rotation(0)
tft.fill(0xFFFF)
tft.text(font, b'hello', 100, 100)
time.sleep(1)

tft.rotation(1)
tft.fill(0xFFFF)
tft.text(font, b'hello', 100, 100)
time.sleep(1)

tft.rotation(2)
tft.fill(0xFFFF)
tft.text(font, b'hello', 100, 100)
time.sleep(1)

tft.rotation(3)
tft.fill(0xFFFF)
tft.text(font, b'hello', 100, 100)
time.sleep(1)

#图像显示测试(需要接入摄像头)
camera.deinit()
try:
    camera.init(0, d0=21, d1=17, d2=18, d3=16, d4=40, d5=38, d6=1, d7=3,
            format=camera.JPEG, framesize=camera.FRAME_QVGA,
            fb_location=camera.PSRAM,
            xclk_freq=camera.XCLK_20MHz,
            href=4, vsync=5, reset=-1, pwdn=-1,
            sioc=6, siod=7, xclk=2, pclk=39)
except Exception as e:
    camera.deinit()
    camera.init(0, d0=21, d1=17, d2=18, d3=16, d4=40, d5=38, d6=1, d7=3,
            format=camera.JPEG, framesize=camera.FRAME_QVGA,#320x240
                #framesize=camera.FRAME_240X240,#240x240
            fb_location=camera.PSRAM,
            xclk_freq=camera.XCLK_20MHz,
            href=4, vsync=5, reset=-1, pwdn=-1,
            sioc=6, siod=7, xclk=2, pclk=39)

while True:
    tft.jpg(camera.capture(), 0, 0)

验证结果:

4. SD卡读写

在MicroPython的源码中，有关于SD卡的操作源码。

从网站 https://github.com/micropython/micropython/tree/v1.19/drivers/sdcard 下载最新的Micropython关于sdcard的驱动代码。

如果无法进入网站，可以直接下载下面的这个文件。

【sdcard.py】下载

📌 下载中心（点击跳转）

📌 在 下载中心->【入门手册资料】百度网盘链接->第08章.【立创·ESP32S3R8N8】项目案例->基于ESP32S3开发板的摄像头扩展板资料中。

将 sdcard.py 文件保存到ESP32S3开发板；（在Thonny中连接开发板，打开sdcard.py文件的对应路径，右键选择上传到/，将文件上传到开发板中）

4.1 API介绍

SD卡初始化

classmachine.SDCard(slot=1, width=1, cd=None, wp=None, sck=None, miso=None, mosi=None, cs=None, freq=20000000)

此类使用专用 SD/MMC 接口硬件或通过 SPI 通道提供对 SD 或 MMC 存储卡的访问。该类实现了由定义的块协议uos.AbstractBlockDev。

构造函数采用以下参数：

slot选择要使用的可用接口。不设置此项将选择默认界面。我们通常将其改为SPI接口
width选择 SD/MMC 接口的总线宽度。
cd可用于指定卡检测引脚。
wp可用于指定写保护引脚。
sck可用于指定 SPI 时钟引脚。
miso可用于指定 SPI miso 引脚。
mosi可用于指定 SPI mosi 引脚。
cs可用于指定 SPI 片选引脚。
freq以 Hz 为单位选择 SD/MMC 接口频率（仅在 ESP32 上支持）。

在sdcard.py文件中，官方已经为我们配置好了，我们只需要配置引脚即可。

例如使用软件SPI配置SD卡的通信引脚：

python

sd = sdcard.SDCard(SoftSPI(2, sck=Pin(13), mosi=Pin(12), miso=Pin(14)), Pin(11))

SD卡挂载

os.mount(fsobj, mount_point, *, readonly)

将文件系统对象fsobj挂载到mount_point字符串给定的路径中的位置。 fsobj就是我们调用sdcard.SDCard()后的对象。mount_point可能是/ 将fsobj挂载在根目录，也可能是挂载在根/< name >目录下的子目录。

如果readonly参数为True，则文件系统以只读方式挂载。

在挂载过程中，该方法mount() 在文件系统对象上被调用。

OSError(EPERM) 如果mount_point已经安装，则会引发错误。

SD卡卸载

uos.umount(mount_point)

卸载文件系统。mount_point可以是命名挂载位置的字符串，也可以是先前挂载的文件系统对象。在卸载过程中，该方法 umount()在文件系统对象上被调用。

如果未找到mount_point将引发OSError(EINVAL)。

在MicroPython中，基础的文件操作主要通过内置的open函数来实现，该函数可以打开指定路径的文件，并返回一个文件对象。然后，可以使用文件对象的方法来进行读取、写入和其他操作。

下面是常见的文件操作步骤：

打开文件

python

file = open('example.txt', 'r')

'r'代表读取模式

读取文件内容

python

content = file.read()  #读取整个文件
line = file.readline()  #读取一行
lines = file.readlines()  #读取所有行并返回列表

写入文件内容

python

file = open('example.txt', 'w')  #'w'代表写入模式，会覆盖原有内容
file.write('Hello, World!')       #写入字符串到文件

追加内容到文件

python

file = open('example.txt', 'w')  #'w'代表写入模式，会覆盖原有内容
file.write('Hello, World!')       #写入字符串到文件

追加内容到文件

python

file = open('example.txt', 'a')  #'a'代表追加模式
file.write('Hello, again!')  #在文件末尾追加内容

关闭文件

python

file.close()  #关闭文件，释放资源

还可以使用with语句来打开文件，这样可以保证文件在使用后会被正确关闭，即使在读取或写入时发生异常也是如此：

python

with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()        #文件在这个with代码块结束后会自动关闭

以上是基础的文件操作，后面的实际使用中还会涉及到文件的模式选择（如文本模式和二进制模式）、文件指针移动，以及对异常的处理等高级操作。

注意

每打开一个文件操作完成之后，必须执行关闭文件操作，否则之前的操作内容会失效，并且可能会导致文件异常无法打开等。

还有更多的文件操作请参考官方MicroPython文档：

http://www.micropython.com.cn/en/latet/library/uos.html#filesystem-mounting

4.2 SD卡读写验证

插入SD卡，运行以下代码

python



import sdcard
from machine import SoftSPI, Pin
import os,time

#SD卡初始化配置
sd = sdcard.SDCard(SoftSPI(2, sck=Pin(13), mosi=Pin(12), miso=Pin(14)), Pin(11))

#挂载SD卡
os.mount(sd, '/sd')

#打开example.txt文件并且写入，如果没有则创建该文件
file = open('/sd/example.txt', 'w')  # 'w'代表写入模式，会覆盖原有内容
file.write('Hello, World!')  # 写入字符串到文件
file.close()  # 关闭文件，释放资源

#打开example.txt文件并且追加写入，如果没有则创建该文件
file = open('/sd/example.txt', 'a')  # 'a'代表追加模式
file.write('Hello, again!')  # 在文件末尾追加内容
file.close()  # 关闭文件，释放资源

#打开example.txt文件并且追加写入，如果没有则创建该文件
file = open('/sd/example.txt', 'r')  # 'r'代表读取模式
content = file.read()  # 读取整个文件
print("content: " + content)
print('\n')
file.close()  # 关闭文件，释放资源

file = open('/sd/example.txt', 'r')  # 'r'代表读取模式
line = file.readline()  # 读取一行
print("line: " + line)
print('\n')
file.close()  # 关闭文件，释放资源

file = open('/sd/example.txt', 'r')  # 'r'代表读取模式
lines = file.readlines()  # 读取所有行并返回列表
# 遍历列表，打印每一行
print('lines：')
for line in lines:
    print(line, end='')  # 加上 end='' 参数来防止print自动添加额外的换行符
print('\n')
file.close()  # 关闭文件，释放资源


# 先已读取模式打开一个文件
with open('/sd/example.txt', 'r') as file:
    # 循环读取每一行
    while True:
        line = file.readline()
        # 如果读取到文件末尾，则停止循环（line为''时）
        if not line:
            break
        # 处理读取到的行
        print(line.strip())  # 打印每行内容，使用strip()移除末尾的换行符

验证结果

Thonny命令台结果

SD卡中文件的结果：

5. 图像采集

5.1 API介绍

5.2 图像采集验证

6. 项目案例

6.1 无线Web监控

介绍

MicroPython 目前有两个 Web 框架：microWebSrv 和 microdot。由于 microWebSrv 不支持 ESP，所以，我们选择学习如何使用microdot。

microdot源码官方开源链接:

https://github.com/miguelgrinberg/microdot

Microdot 是一个受 Flask 启发的简约 Python Web 框架，被设计为轻量级的 Web 服务器，适用于资源受限的嵌入式设备，例如 ESP32，ESP8266。它只需要很少的 RAM 和存储空间，并且具有较低的 CPU 消耗.

你可以通过定义多个路由来处理不同的 URL 请求。每个路由由 URL 路径和相应的处理函数组成。当收到匹配的请求时，服务器将调用相应的处理函数。Microdot 还支持静态文件服务，可以轻松地将静态文件（如 HTML、CSS、JavaScript、图像等）提供给客户端。你只需要指定一个目录，服务器将自动处理静态文件的请求。集成了简单的模板引擎，使您可以轻松地生成动态的HTML响应。您可以在 HTML 文件中定义占位符，然后使用模板引擎将占位符替换为实际的值。

Microdot 支持 HTTP 的 GET 和 POST 请求。您可以通过定义相应的路由和处理函数来处理不同类型的请求。

下面是一个简单的介绍如何使用 Microdot：

首先，我们需要在 Microdot 的 GitHub 仓库下载对应的文件

microdot.pyopen in new window。

如果下载失败，则直接使用下方提供的.py文件。

【microdot.py】下载

📌 下载中心（点击跳转）

📌 在 下载中心->【入门手册资料】百度网盘链接->第08章.【立创·ESP32S3R8N8】项目案例->基于ESP32S3开发板的摄像头扩展板资料中。

将其上传到开发板中即可。

源码

python

from microdot import Microdot
import time
import camera
import network
import machine
machine.freq(240000000) # 设置CPU的工作频率为 240 MHz

def connect():
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('esp32s3正在联网...')
        wlan.connect('ESP32S3_TEST', '12345678')
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('网络信息为: ', wlan.ifconfig())
    ifconfig = wlan.ifconfig()
    print('请在浏览器打开:{}:5000'.format(ifconfig[0]))

connect()
app = Microdot()

# 初始化摄像头
for i in range(5):
    cam = camera.init(0, d0=21, d1=17, d2=18, d3=16, d4=40, d5=38, d6=1, d7=3,
                        format=camera.JPEG, framesize=camera.FRAME_HVGA,#FRAME_HVGA,
                        fb_location=camera.PSRAM,
                        xclk_freq=camera.XCLK_20MHz,
                        href=4, vsync=5, reset=-1, pwdn=-1,
                        sioc=6, siod=7, xclk=2, pclk=39)
    print("摄像头是否成功初始化?: ", cam)
    if cam:
        print("是")
        break
    else:
        time.sleep(2)
else:
    print('超时')
    reset()

@app.route('/')
def index(request):
    return '''<!doctype html>
<html>
  <head>
    <title>ESP32S3网页图传</title>
    <meta charset="UTF-8">
  </head>
  <body>
    <h1>ESP32S3网页图传</h1>
    <img src="/video_feed" width="30%">
  </body>
</html>''', 200, {'Content-Type': 'text/html; charset=utf-8'}

@app.route('/video_feed')
def video_feed(request):
    def stream():
        yield b'--frame\r\n'
        while True:
            frame = camera.capture()
            yield b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + frame + \
                b'\r\n--frame\r\n'


    return stream(), 200, {'Content-Type':
                           'multipart/x-mixed-replace; boundary=frame'}


if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)
    #camera.deinit()

实验

编译器端显示

网页端显示

6.2 随身小相机

SD卡、屏幕和摄像头结合

​

前言 ​

1. 硬件设计 ​

1.1 器件选型 ​

1.1.1 摄像头 ​

1.1.2 SD卡 ​

1.1.3 屏幕显示 ​

1.2 原理图设计 ​

1.2.1 摄像头硬件外围电路 ​

1.2.2 SD卡槽接口电路 ​

1.2.3 LCD显示电路 ​

1.3 PCB设计 ​

2. 固件编译 ​

2.1 环境搭建 ​

2.1.1 基本环境搭建 ​

2.1.2 固件环境安装 ​

2.2 固件编译 ​

2.2.1 下载idf环境的相机驱动 ​

2.2.2 安装mciropython的相机驱动 ​

2.2.3 ST7789驱动安装 ​

2.2.4 编译ESP32-S3固件 ​

2.3 固件烧录验证 ​

2.3.1 固件烧录 ​

2.3.2 固件验证 ​

3. 屏幕显示 ​

3.1 API介绍 ​

3.2 屏幕显示验证 ​

4. SD卡读写 ​

4.1 API介绍 ​

4.2 SD卡读写验证 ​

5. 图像采集 ​

5.1 API介绍 ​

5.2 图像采集验证 ​

6. 项目案例 ​

6.1 无线Web监控 ​

介绍 ​

源码 ​

实验 ​

6.2 随身小相机 ​

前言

1. 硬件设计

1.1 器件选型

1.1.1 摄像头

1.1.2 SD卡

1.1.3 屏幕显示

1.2 原理图设计

1.2.1 摄像头硬件外围电路

1.2.2 SD卡槽接口电路

1.2.3 LCD显示电路

1.3 PCB设计

2. 固件编译

2.1 环境搭建

2.1.1 基本环境搭建

2.1.2 固件环境安装

2.2 固件编译

2.2.1 下载idf环境的相机驱动

2.2.2 安装mciropython的相机驱动

2.2.3 ST7789驱动安装

2.2.4 编译ESP32-S3固件

2.3 固件烧录验证

2.3.1 固件烧录

2.3.2 固件验证

3. 屏幕显示

3.1 API介绍

3.2 屏幕显示验证

4. SD卡读写

4.1 API介绍

4.2 SD卡读写验证

5. 图像采集

5.1 API介绍

5.2 图像采集验证

6. 项目案例

6.1 无线Web监控

介绍

源码

实验

6.2 随身小相机