MicroPython-ST7789-LCD-IMU

基于MicroPython v1.23.0开发的ST7789 LCD屏幕驱动及六轴IMU陀螺仪数据采集与显示项目，整合了LCD显示（多字体、图形绘制）、IMU传感器串口通信与数据解析等核心功能。

目录

• 简介
• 主要功能
• 硬件要求
• 文件说明
• 软件设计核心思想
• 使用说明
• 示例程序
• 注意事项
• 联系方式
• 许可协议

简介

本项目基于MicroPython v1.23.0开发，核心实现ST7789驱动的LCD屏幕显示控制与六轴IMU陀螺仪数据采集解析功能。项目封装了ST7789 LCD底层驱动，扩展了文本对齐、图形绘制等高层显示接口；同时实现IMU陀螺仪的串口通信、指令控制、数据解析逻辑，支持传感器校准、工作模式切换、多维度数据采集，并整合不同尺寸VGA字体库，适配嵌入式硬件的显示与传感交互场景。

主要功能

• ST7789 LCD驱动：支持240x320/240x240等多分辨率屏幕，实现旋转、颜色模式配置，提供像素、直线、圆形、多边形、位图等基础图形绘制能力；
• LCD显示扩展：封装文本居中/居左/居右对齐显示、自定义颜色、嵌套显示控件（变量/波形/调试信息）等增强功能；
• IMU陀螺仪控制：串口通信交互，支持加速度校准、Z轴角度清零、工作/睡眠模式切换、UART/IIC传输模式切换、波特率配置（115200/9600）；
• IMU数据采集：解析传感器输出的三轴加速度、角速度（°/s）、角度（°）数据，内置数据转换系数确保单位准确性；
• 字体库支持：提供16x16、16x32像素VGA字体库，覆盖ASCII 0x20-0x7f字符，适配不同尺寸文本显示需求；
• 模块化设计：驱动层与业务层分离，类封装降低耦合，便于功能扩展与硬件适配。

硬件要求

• 核心控制器：支持MicroPython v1.23.0的嵌入式硬件（如ESP32、STM32、RP2040等）；
• 显示硬件：ST7789驱动的LCD屏幕（兼容240x320/240x240/135x240/128x128分辨率）；
• 传感器硬件：六轴IMU陀螺仪（支持UART串口通信）；
• 外设接口：SPI总线（LCD通信）、UART串口（IMU通信）；
• 引脚要求：LCD需DC/CS/RESET/背光引脚，IMU需TX/RX/VCC/GND引脚；
• 电源要求：5V/3.3V直流电源，稳定供电满足硬件功耗需求。

文件说明

软件设计核心思想

1. 分层设计：底层st7789.py实现硬件级SPI通信与基础绘制，上层main.py扩展LCD业务功能；IMU.py独立封装传感器交互逻辑，层级清晰、降低耦合；
2. 模块化封装：将LCD显示、IMU通信、字体库拆分为独立模块，每个模块职责单一（如字体库仅提供点阵数据，IMU类仅处理传感器交互），便于维护与复用；
3. 兼容性适配：ST7789驱动支持多分辨率屏幕与旋转模式，IMU类兼容不同波特率/传输模式，通过配置常量适配不同硬件场景；
4. 性能优化：通过分块绘制（如fill_rect）、Viper优化函数（_pack8/_pack16）减少内存占用，适配嵌入式设备资源限制；
5. 易用性扩展：LCD类提供文本对齐、图形绘制等高层接口，IMU类封装指令常量与数据转换逻辑，降低业务层调用门槛；
6. 异常兼容：ST7789初始化阶段校验分辨率/引脚合法性，IMU指令发送做基础校验，提升程序鲁棒性。

使用说明

1. 环境准备

• 为目标硬件（如ESP32）刷写MicroPython v1.23.0固件；
• 安装开发环境（Thonny/PyCharm），通过USB连接硬件与电脑，配置串口/设备路径。

2. 硬件接线

• LCD屏幕：SPI总线（SCLK/MOSI）连接控制器对应引脚，DC/CS/RESET/背光引脚接控制器IO口；
• IMU陀螺仪：UART串口TX/RX交叉连接控制器串口引脚，VCC接3.3V/5V，GND共地。

3. 代码部署

• 将st7789.py、main.py、IMU.py、vga1_16x16.py、vga1_16x32.py上传至硬件的MicroPython文件系统；
• 修改main.py中SPI/UART引脚、LCD分辨率、IMU波特率等配置，匹配实际硬件。

4. 运行程序

• 在开发环境中执行main.py，初始化LCD与IMU模块；
• 验证功能：LCD屏幕显示IMU采集的加速度/角速度/角度数据，或测试文本/图形绘制效果。

示例程序

# MicroPython v1.23.0
from machine import SPI, Pin, UART
from st7789 import ST7789
from main import LCD
from IMU import IMU
import time

# 1. 初始化SPI与LCD
spi = SPI(1, baudrate=40000000, sck=Pin(18), mosi=Pin(23))
dc = Pin(21)
cs = Pin(22)
reset = Pin(19)
backlight = Pin(5)
lcd = LCD(spi, 240, 320, reset=reset, dc=dc, cs=cs, backlight=backlight, rotation=0)

# 2. 初始化UART与IMU
uart = UART(2, baudrate=115200, tx=Pin(17), rx=Pin(16))
imu = IMU(uart)

# 3. IMU校准（可选）
imu.SendCMD(imu.ACCCALBCMD)  # 加速度校准
time.sleep(2)
imu.SendCMD(imu.ZAXISCLEARCMD)  # Z轴角度清零

# 4. 采集IMU数据并在LCD显示
lcd.fill(lcd.WHITE)  # 清屏为白色
while True:
    # 采集IMU数据（加速度、角速度、角度）
    acc, gyro, angle = imu.ReceiveData()

    # 显示数据（居中对齐，不同字体大小）
    lcd.line_center_text(f"Acc: {acc[0]:.2f}g", 20, color=lcd.RED, size=lcd.mediumsize)
    lcd.line_center_text(f"Gyro: {gyro[1]:.2f}°/s", 50, color=lcd.GREEN, size=lcd.mediumsize)
    lcd.line_center_text(f"Angle: {angle[2]:.2f}°", 80, color=lcd.BLUE, size=lcd.mediumsize)

    time.sleep(0.1)
    lcd.fill(lcd.WHITE)  # 清屏准备下一次显示

注意事项

1. 硬件接线：
2. LCD的SPI引脚需与控制器SPI外设匹配，避免引脚冲突；IMU串口TX/RX需交叉连接（控制器TX接IMU RX，控制器RX接IMU TX）；
3. 确保LCD/IMU供电电压匹配（3.3V/5V），避免过压损坏硬件。
4. 环境兼容：
5. 仅适配MicroPython v1.23.0，低版本可能存在API（如machine.SPI/uart）兼容问题；
6. ST7789驱动仅支持指定分辨率屏幕，非兼容分辨率需自定义旋转表。
7. 内存限制：
8. 嵌入式设备内存有限，避免一次性绘制超大位图/长文本，优先使用分块绘制接口；
9. Viper优化函数（_pack8/_pack16）禁止使用bytearray/memoryview等复杂类型注解，否则触发编译错误。
10. 传感器使用：
11. IMU校准过程中需保持传感器静止，否则数据偏差；
12. 切换IMU波特率后，需同步修改控制器UART波特率配置。
13. 电源稳定性：
14. 确保硬件供电稳定，电压波动可能导致LCD显示花屏、IMU数据采集错误。

联系方式

如有任何问题或需要帮助，请通过以下方式联系开发者：
📧 邮箱：liqinghsui@freakstudio.cn 💻 GitHub：https://github.com/FreakStudioCN

许可协议

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