Play ESP32-C3 with MicroPython

今年受疫情影响，几乎所有芯片都涨价了。但是合宙ESP32C3-CORE却奇迹地以9.9RMB包邮，其搭配的Air101-LCD屏幕扩展板（0.96寸）也是9.9RMB包邮。甚是吸引，于是入手了一套，主板+屏幕。

注：以下操作，以基于Debian的Linux发行版为例。

一 概述

合宙ESP32C3-CORE简单总结如下：

1. 采用乐鑫科技的ESP32-C3芯片，搭载RISC-V 32位单核处理器，支持2.4 GHz Wi-Fi 和Bluetooth 5 (LE)。
2. 板载4MB闪存。
3. USB Type-C接口，集成CH343（带TTL串口转USB）。新版好像改为USB直连了。

相关资料：

• 乐鑫科技，ESP32-C3 系列芯片，技术规格书
  https://www.espressif.com.cn/sites/default/files/documentation/esp32-c3_datasheet_cn.pdf
• 合宙官方文档，ESP32C3-CORE开发板（内含针脚定义）
  https://wiki.luatos.com/chips/esp32c3/board.html
• 合宙官方文档，Air10x系列屏幕扩展板（购买链接内含针脚定义）
  https://wiki.luatos.com/peripherals/lcd_air10x/index.html

二 MicroPython

由于合宙的Lua OS采用Lua语言，虽然官方在努力，但本人不熟悉，就选择了更好玩的MicroPython。

相关资料：

• MicroPython官网
  https://www.micropython.org/
• Python官方文档，Python语言参考手册（MicroPython的基本语法可参考Python）
  https://docs.python.org/zh-cn/3/reference/index.html
• MicroPython基本语法教程
  https://mc.dfrobot.com.cn/thread-37143-1-1.html

三 刷机

MicroPython关于ESP32-C3的固件及刷机教程，参考官方文档：

• MicroPython - ESP32-C3

  对应合宙ESP32C3经典版，即自带CH340芯片，提供实体串口。
  https://micropython.org/download/esp32c3/

• MicroPython - ESP32-C3 with USB

  对应合宙ESP32C3精简版（简约版），即没有串口芯片，提供虚拟串口。
  https://micropython.org/download/esp32c3-usb/

1. 安装USB串口驱动

Windows，需要安装CH343的驱动。我使用Lubuntu 20.04，自动识别。另外，新版的合宙ESP32C3-CORE应该也不用装。

2. 刷机工具

安装Python 3.8或3.7后，再装刷机工具esptool。使用sudo安装，是方便所有用户都可以用。使用pip3是指定安装Python3的版本。

sudo pip3 install esptool

3. 下载固件

在MicroPython官方网站 https://micropython.org/download/esp32c3/ 底部的Firmware -> Releases，下载最新版本的固件。

4. 清除原固件

--port为端口，要根据实际填写，我电脑上的是/dev/ttyACM0。

sudo esptool.py --chip esp32-c3 --port /dev/ttyACM0 erase_flash

5. 刷入固件

--port为端口，/opt/download/esp32c3-20220618-v1.19.1.bin为MicroPython固件文件。另外，如果刷入不成功，可以多刷几次。

sudo esptool.py --chip esp32-c3 --port /dev/ttyACM0 --baud 460800 write_flash -z 0x0 /opt/download/esp32c3-20220618-v1.19.1.bin

四 开发

推荐使用Thonny作为开发IDE。可以先不上传代码而直接运行，也可以看到开发板上的文件。

相关资料：

• 官方网站，Thonny - Python IDE for beginners
  https://thonny.org/
• 官方安装教程
  https://github.com/thonny/thonny/wiki/SeparateInstall
• ESP32-C3 快速参考手册，内含MicroPython的示例代码
  https://docs.01studio.cc/esp32-c3/quickref.html

先安装python3-tk

sudo apt install python3-tk

再安装thonny

sudo pip3 install thonny

运行

thonny

插上开发板，在Thonny进入 工具 -> 设置 -> 解释器 -> 选择解释器为“MicroPython (ESP32)”，然后就可以开发了。

五 点亮屏幕

Air101-LCD屏幕的使用有几点需要注意的：

1. 不能使用HSPI（硬件SPI），只能使用软SPI，即SoftSPI。
2. 该屏颜色不对，因此需要定义函数来生成正确的颜色。
3. 横屏时，即tft.rotation(1)，x轴不偏移，y轴偏移24像素。相反，竖屏时，即不写tft.rotation(1)，x轴偏移24像素，y轴不偏移。
4. 屏幕的RKey应该接到ESP32C3-CORE的GPIO13，但不知道为什么不能读取点击事件，于是该为接在GPIO19。

相关资料：

• esp32c3+air101Lcd用micropython点亮
  https://juejin.cn/post/7058147083781406734
• ST7735驱动
  https://github.com/boochow/MicroPython-ST7735/blob/master/ST7735.py
• 英文字体
  https://github.com/GuyCarver/MicroPython/blob/master/lib/terminalfont.py

写了个示例代码显示一些信息（如下），保存为main.py，连同ST7735驱动文件ST7735.py、英文字体文件terminalfont.py一起上传上去。

from machine import Pin, SoftSPI, SPI
from ST7735 import TFT
import time
from terminalfont import terminalfont
import network
import ubinascii

# 由于TFT屏的颜色有问题，因此需要重写一个函数修复一下
def TFTColor(r,g,b) :
    return ((b & 0xF8) << 8) | ((g & 0xFC) << 3) | (r >> 3)

spi = SoftSPI(baudrate=1000000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(2), mosi=Pin(3), miso=Pin(10))
tft=TFT(spi,6,10,7) #DC, Reset, CS
tft.initr()
tft.rgb(True)
tft.rotation(1) # 横屏显示

# 绘制背景色
tft.fill(TFTColor(0,0,0))

# 绘制方块
#tft.fillrect((0,24),(20,20),TFTColor(0,0,255))

# 显示文字
tft.text((0,24),'mac',tft.WHITE,terminalfont,2)

# 显示MAC
mac = ubinascii.hexlify(network.WLAN().config('mac')).decode()
tft.text((0,40),mac,tft.WHITE,terminalfont,2)

# 显示运行秒数
from machine import Timer
sec = 0
def showTime(t) :
    global sec
    sec += 1
    tft.fillrect((0,56),(160,20),TFTColor(255,255,255))
    tft.text((0,60),f'Run {sec} sec',tft.BLACK,terminalfont,2)

# 运行定时器
tim0 = Timer(0)
tim0.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=showTime)

# 把按键信息显示在屏幕的函数
def showDirect(t) :
    global tft
    tft.fillrect((0,76),(160,16),TFTColor(0,0,0))
    tft.text((0,78),str(t),tft.WHITE,terminalfont,2)

# 设置按键的接口
from machine import Pin
keyL = Pin(9, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
keyU = Pin(8, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
keyC = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
keyD = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
keyR = Pin(19, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)

keyL.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=showDirect)
keyU.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=showDirect)
keyC.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=showDirect)
keyD.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=showDirect)
keyR.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=showDirect)

这是另一个程序，显示一个走动的方块：

from machine import Pin, SoftSPI, SPI
from ST7735 import TFT
import time

# 由于ftf屏的颜色有问题，因此需要重写一个函数修复一下
def TFTColor(r,g,b) :
    return ((b & 0xF8) << 8) | ((g & 0xFC) << 3) | (r >> 3)

spi = SoftSPI(baudrate=1000000, polarity=1, phase=0, sck=Pin(2), mosi=Pin(3), miso=Pin(10))
tft=TFT(spi,6,10,7) #DC, Reset, CS
tft.initr()
tft.rgb(True)
tft.rotation(1) #方向调整

# 绘制背景色
tft.fill(TFTColor(0,0,0))

w = 20
h = 20
max = 160
for i in range(0,max*4-1):
    x = i * 5 % max
    y = i * 5 // max * h + 24
    tft.fillrect((x,y),(w,h),TFTColor(255,255,255))
    ++i
    time.sleep(0.04)
    tft.fillrect((x,y),(w,h),TFTColor(0,0,0))

六 后续

显示优化的问题，仍未解决（如下）。后面应该会试试Arduino for ESP32-C3。

1. 有个项目解决中文的显示的，但刷固件失败，放弃了。
   支持中文显示的MicroPython固件 https://github.com/wangshujun-tj/mpy-Framebuf-boost
2. 想使用LVGL显示更好的UI，但是编译失败，也放弃了。
   Micropython + lvgl https://github.com/lvgl/lv_micropython