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樹莓派(香橙派)通過.NET IoT 操作SPI撰寫螢屏驅動 順手做個四足機器人(一)

2022-11-21 06:10:36 .NET開發

摘要

這片文章主要是記錄自己的整活程序,涉及到的技術包括.NET IoT, .NET Web, .NET MAUI,框架采用的也是最新的.NET 7,

本人是用的樹莓派Zero 2 W(ubuntu-22.04)進行開發測驗,但是.NET IoT庫也有社區張高興提交的香橙派GPIO引腳的映射,香橙派型號對應的驅動,主要預算不夠的.NET開發老哥可以嘗試用香橙派改改代碼跑跑看,回頭我再實機測驗,

專案開源地址-Verdure.Kame.DotNet

.NET IoT操作SPI撰寫螢屏驅動

有圖有真相

測驗圖

關于什么是SPI大家可以先看完張高興的一篇文章溫習下:

張高興的 .NET IoT 入門指南:(四)使用 SPI 進行通信

在知道什么是SPI之后,大概應該知道我們要做什么了,我們買的螢屏通訊協議有很多種,我呢恰好選擇了這個SPI協議的螢屏,廠家的檔案中心,會有詳細介紹,

SPI初始化=>傳輸圖片資料=>螢屏正常顯示

螢屏使用檔案

螢屏使用的時序圖

上圖表示我們需要如何傳輸圖片資料,才能正常使用,下面我參考檔案的介紹,

本款LCD使用的內置控制器為ST7789V3,是一款240 x RGB x 320像素的LCD控制器,而本LCD本身的像素為172(H)RGB x 320(V),同時由于初始化控制可以初始化為橫屏和豎屏兩種,因此LCD的內部RAM并未完全使用,
該LCD支持12位,16位以及18位每像素的輸入顏色格式,即RGB444,RGB565,RGB666三種顏色格式,本例程使用RGB565的顏色格式,這也是常用的RGB格式
LCD使用四線SPI通信介面,這樣可以大大的節省GPIO口,同時通信是速度也會比較快

我買的螢屏解析度是172 * 320的,支持16位色,一張圖片傳輸的總資料為172 * 320 * 2位元組,

大家可以參考檔案里的python代碼和我的實作進行學習螢屏驅動的簡單撰寫,由于我不是專業的嵌入式我就不展開了,

螢屏芯片驅動程式的建構式

        public ST7789V3(int dataCommandPin,
            SpiDevice sensor,
            int resetPin = -1,
            PwmChannel? pwmBacklight = null,
            PinNumberingScheme pinNumberingScheme = PinNumberingScheme.Logical,
            GpioController? gpioController = null,
            bool shouldDispose = true)
        {
            if (dataCommandPin < 0)
            {
                throw new ArgumentOutOfRangeException();
            }
            _dataCommandPin = dataCommandPin;
            _pwmBacklight = pwmBacklight;
            _pwmBacklight?.Start();

            _sensor = sensor ?? throw new ArgumentNullException(nameof(sensor));

            _gpio = gpioController ?? new GpioController(pinNumberingScheme);
            _resetPin = resetPin;
            _shouldDispose = shouldDispose || gpioController is null;
            Initialize();
        }

資料傳輸的代碼如下:

      public void SpiWrite(bool isData, ReadOnlySpan<byte> writeData)
        {
            Console.WriteLine($"writeData length:{writeData.Length}");

            _gpio.Write(_dataCommandPin, isData ? PinValue.High : PinValue.Low);

            if (writeData.Length > 4096)
            {
                for (int i = 0; i < 26; i++)
                {
                    var query = writeData[(i * 4096)..((i * 4096) + 4096)];
                    _sensor.Write(query);
                }

                var dataLcdList1 = writeData[(26 * 4096)..110080];

                _sensor.Write(dataLcdList1);
            }
            else
            {
                _sensor.Write(writeData);
            }
        }

SPI對資料一次傳輸的長度有限制,也就是4096位元組,所以大家要注意手動分段傳輸,

1.47寸顯示屏c#驅動

目前驅動部分測驗是OK的,但是由于圖片資料轉換到RGB565的時候會有問題,導致有些彩色不太正常,不過黑白ok,就暫時這樣使用了,

.NET IoT操作I2C控制16路舵機驅動器

這個舵機驅動部分,社區已經有貢獻了,所以我直接通過.NET IoT進行一次封裝就可以控制16路舵機驅動器了,有興趣的可以看下原始碼和我COPY官方的測驗程式,

Pca9685 16路舵機驅動板測驗程式

Pca9685 - I2C PWM Driver

16路舵機驅動板

服務端搭建

先來張架構圖:
架構圖

樹莓派主要是用來跑用.NET撰寫的web服務,然后呼叫上面提到的驅動驅動螢屏和舵機驅動板,進行相關硬體的操作,

協議檔案主要定義了播放圖片到螢屏,播放視頻到螢屏,四足機器人的舵機控制,

協議檔案

服務端很簡單,只做簡單的資料轉發,不處理資料,資料處理放在客戶端也就是MAUI程式里進行,

客戶端搭建

客戶端采用MAUI框架,用到了MAUI對應的windows的特有的庫,比如opencvsharp,MAUI客戶端的功能目前比較單一,還是等我測驗完畢,再加新功能吧,
客戶端應用

總結

對于使用.NET進行全場景的開發進行了實踐,發現其實還是大有可為的,能夠很快的實作一些功能,而不用再花很多的時間學習其他的技術堆疊,但是MAUI由于平臺的不同,有些功能還是需要針對特定的平臺進行單獨處理,這個就增加了開發的復雜性,

來張四足機器人的全圖吧,代碼是實作完了,可惜因為疫情,有些零件快遞收不到,先來張物體圖吧,到時候會把螢屏也放上去,有比較感興趣的話可以關注我B站賬號,到時候放視頻上去,

綠蔭阿廣

組裝過后的樣子

推薦專案

.NET IoT Libraries

nanoFramework IoT.Device Library repository

RaspberryPi-Minikame

Verdure.Kame.DotNet

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