from time import sleep_ms
from struct import pack
from machine import Pin,PWM
from micropython import const
import framebuf

#定义RGB565颜色常量 
RED,GREEN,BLUE,WHITE    = const(248),const(57351),const(7936),const(65535)
CYAN,YELLOW,PURPLE,GREY = const(65287),const(57599),const(8184),const(4228)
#定义像素格式
RGB565=framebuf.RGB565
GS8=framebuf.GS8
#定义显示模式常量
PART,NORMAL,SCROLL,IDLE=0x12,0x13,0X33,0x39

def clamp( aVal:int, aMin:int, aMax:int)->int:
    '''把aVal限定在区间[aMin,aMax]之内'''
    return max(aMin, min(aMax, aVal))

def rgb565(R:int, G:int, B:int)->int:    
    '''将给定的R、G、B三基色转换成小端模式的RGB565颜色值'''    
    c=(((R&0xF8)<<8) | ((G&0xFC)<<3) | (B>>3)).to_bytes(2,'little')
    return (c[0]<<8) + c[1]

class ST7735S(framebuf.FrameBuffer):
    #构造函数-----------------------------------------------------------------------
    def __init__(self,spi,*,dc,rst,cs,bl=None, width=128, height=160):
        '''参数说明：
        spi: SPI或SoftSPI对象
        rst: LCD重置
        dc:  LCD数据/命令选择，低电平0-命令，高电平1-数据
        cs:  片选，0有效
        bl:  背光，0关闭，1开启，此处用pwm控制亮度
        width/height:  LCD屏宽/高-像素数。若宽>高，则为横屏；反之为竖屏      
        '''
        self.spi = spi
        self.dc=Pin(dc,Pin.OUT,value=0)
        self.rst=Pin(rst,Pin.OUT,value=1)
        self.cs=Pin(cs,Pin.OUT,value=1)
        self.bl=None if bl is None else PWM(Pin(bl), freq=1000, duty_u16=32768)
        
        self.width  = width
        self.height = height 
        self.buffer = bytearray(width*height*2)
        super().__init__(self.buffer, self.width, self.height, framebuf.RGB565)       
        
        #硬件重置，rst引脚低电平重置，高电平正常工作，间隔5ms
        self.rst(1)
        sleep_ms(5)
        self.rst(0)
        sleep_ms(5)
        self.rst(1)
        sleep_ms(5)        
       
        self._write(0x11) #0x11命令：sleep out，默认sleep in
        sleep_ms(120)     #等待电源电压和时钟电路的时序稳定
        
        if width>height:
            self._write(0x36, b'\x60') #0x36命令：当宽>高时设为横屏（60或A0），默认0x00
        self._write(0x3A, b'\x55') #0x3A命令：设置16位颜色模式RGB565,默认RGB666                
        self._write(0xb4,b'\x00')  #0xB4命令：设置液晶面板极性反转模式为点反转，默认0x07。  
        self._write(0x29, None)    #0x29命令：开启显示,默认关闭显示
        
        sleep_ms(50)
        self.clear()        #用黑色填充缓存
        self.backlight(128) #开启背光50%   
    
    def deinit(self):
        if self.bl is not None: self.bl.deinit() #关闭PWM输出
    
    #功能函数定义-----------------------------------------------------------------------
    def _write(self, command:int, data:bytes=None):
        '''向IC发送命令或数据'''
        self.cs.off() # 开启片选信号
        self.dc.off() # 低电平写命令
        self.spi.write(bytearray([command]))
        self.cs.on()  # 释放片选信号
        if data is not None:            
            self.cs.off() # 开启片选信号
            self.dc.on()  # 高电平写参数
            self.spi.write(data)
            self.cs.on()  # 释放片选信号
    
    def clear(self,c:int=0):
        '''用c颜色填充缓存和显存，默认黑色'''
        self.fill(c)  #调用FrameBuffer.fill()
        self.show()    
    
    def backlight(self, duty:int):
        '''背光亮度调节，范围：0-255'''
        if self.bl is not None:        
            self.bl.duty_u16(duty%256*257)
        
    def sleep(self):
        '''显示屏进入睡眠'''
        if self.bl is not None: self.backlight(0)       
        self._write(0x28) #28命令：关闭显示
        self._write(0x10) #10命令：sleep in        
    
    def wakeup(self):
        '''唤醒显示屏'''
        self._write(0x11) #11命令：sleep out
        sleep_ms(120)     #等待120ms
        self._write(0x29) #29命令：开启显示
        if self.bl is not None: self.backlight(1)    
        
    def rotate(self,angle:int):
        '''顺时针旋转屏幕0、90、180、270'''
        a=b'\x00\x60\xC0\xA0'
        angle=angle//90%4
        if (angle%2==0 and self.height<self.width) or (angle%2==1 and self.height>self.width):
            self.width,self.height=self.height,self.width
            #重新初始化FrameBuffer,保持缓存形状与屏幕显示模式一致
            super().__init__(self.buffer, self.width, self.height, framebuf.RGB565)
        self._write(0x36, pack('>B',a[angle]))
            
    
    def setWindow(self,xs:int,ys:int,xe:int,ye:int)->None:
        '''设置数据发送或图像绘制的目标窗口,0≤xs,xe≤width-1,  0≤ys,ye≤height-1,'''
        xs%=self.width
        xe%=self.width
        ys%=self.height
        ye%=self.height        
        if ye<ys or xe<xs:return        
        self._write(0x2A,pack(">HH", xs, xe)) #0x2a命令：设置列起止地址
        self._write(0x2B,pack(">HH", ys, ye)) #0x2b命令：设置行起止地址
    
    
    def setDisMode(self,mode:int,*p):
        '''设置部分\正常\滚动\空闲显示模式
        mode:  PART,NORMAL,SCROLL,IDLE
        p[0]:  部分区域开始地址或滚动顶部固定区
        p[1]:  部分区域结束地址或中间滚动区
        p[2]:  滚动底部固定区'''
        if mode==SCROLL:
            self._write(mode,pack('>HHH',p[0],p[1],p[2])) #设置滚动区域
        else:
            self._write(mode)
            if mode==PART:
                amax=max(self.width,self.height)
                p0,p1=clamp(p[0],0,amax-1),clamp(p[1],0,amax-1)
                self._write(0x30,pack(">HH", p0,p1))#设置部分显示区域        
    
    def setScrollStart(self,ys:int):
        '''设置滚动的开始线'''
        self._write(0x37,pack('>H',ys)) 
    
    def show(self):
        '''全屏显示，把FrameBuffer的全部发送到屏幕'''
        self.setWindow(0,0,self.width-1,self.height-1)        
        self._write(0x2c,self.buffer)        #0x2c命令：显存写入命令    
    
    def showVPart(self,ys:int,ye:int):
        '''刷新显示 垂直部分区域，实现对垂直矩形区域的局部刷新，矩形左上角坐标为[0,ys]，右下角为[width-1,ye]'''
        self.setWindow(0,ys,self.width-1,ye)
        self._write(0x2c,memoryview(self.buffer)[(ys*self.width)*2:(ye*self.width+1)*2])
       
    def showImage(self,xs:int,ys:int,xe:int,ye:int,img_rgb565:bytes):
        '''把bytes或bytearray类型img直接发送到屏幕指定窗口显示
        适合显示相机拍摄的图片，分辨率上图片需小于等于屏幕，且为RGB565格式'''
        self.setWindow(xs,ys,xe,ye)
        self._write(0x2c,img_rgb565)
  
    
    def bufToBmp(self,bmpfile:str):
        '''把framebuf缓存上的图像保存为RGB565格式的bmp文件'''
        #the size of bmp        
        size=70+self.width*self.height*2
        with open(bmpfile, 'wb') as f:
            #写入文件头
            f.write(pack('<HIII',0x4D42,size,0,70))
            #写入信息头
            f.write(pack('<IIiHHIIQQ',40,self.width,-self.height,1,16,3,size-70,0,0))
            #写入调试板，RGB565掩码
            f.write(pack('<IIII',0xF800,0x7E0,0x1F,0))
            #写入数据，每行为4的倍数
            for row in range(self.height):
                for col in range(self.width):
                    p=(row*self.width+col)*2
                    f.write(pack('<BB',self.buffer[p+1],self.buffer[p]))
            print('has saved to bmp!')     
    
    
    #绘图函数定义（在FrameBuffer上绘图）----------------------------------------------------------    
    def drawText(self,text:str,x:int,y:int,fontDB,c:int=WHITE,bc:int=0,alpha:bool=True):
        '''在framebuf上,从左上角(x,y)处不换行绘制汉字或因为字符,需要调用show()显示。
        fontDB:模块gbk中定义的获取字模数据的对象，gbk.font16x16()
        c:字体颜色
        bc: 背景色
        alpha:背景是否透明''' 
        #定义汉字RGB565格式的背景、前景色调色板
        palette = framebuf.FrameBuffer(bytearray([bc&0xFF,(bc>>8)&0xFF,c&0xFF,(c>>8)&0xFF]),2,1,framebuf.RGB565)     
        for ch in text:
            w,h,fbm=fontDB.get(ch) #取得字模的宽、高、位图信息bytearray                      
            if w==0 or x+w>self.width or y+h>self.height: break  #超出屏幕不绘制            
            fbuf=framebuf.FrameBuffer(fbm,w,h,framebuf.MONO_HLSB)#定义字体的framebuffer
            self.blit(fbuf,x,y,bc if alpha else -1,palette) #在framebuf上绘制汉字                 
            x+=w
   
    def drawImage(self,imgw:int,imgh:int,img:bytes,format:int=RGB565,x:int=0,y:int=0):
        '''在framebuf上,从(x,y)处绘制字节数据组成的图像，每个像素为1字节的灰度值或2个字节rgb565,
        超出屏幕范围的图像被忽略'''
        fbuf=framebuf.FrameBuffer(bytearray(img),imgw,imgh,format) #定义img对应的framebuf
        if format==GS8:
            pbuf=bytearray(256*2)
            for i in range(256):
                t=i>>3  #灰度值除8，变成5位数
                pbuf[i*2],pbuf[i*2+1]=((t<<3)|(t>>3)),((t<<5)|t)       #灰度转为rgb565格式
            palette = framebuf.FrameBuffer(pbuf,256,1,framebuf.RGB565) #定义灰度值的调色板
            self.blit(fbuf,x,y,-1,palette) #在framebuf上绘制img
        elif format==RGB565:
            self.blit(fbuf,x,y)
        else:
            print('Only GRAYSCALE/GS8 and RGB565 are supported!')