M5PaperS3 硬件底层与 API 参考手册

目标平台: M5Stack PaperS3 (ESP32-S3R8) 显示器: ED047TC1 4.7" EPD 墨水屏 (960×540, 16级灰度) 框架: UIFlow MicroPython (基于 M5Unified + M5GFX) 源码: m5stack/uiflow-micropython + lovyan03/M5GFX

硬件规格与引脚映射
M5 模块总览
M5.Display — M5GFX 图形库
- 3.1 显示控制
- 3.2 EPD 墨水屏专用
- 3.3 基本绘图
- 3.4 文字处理
- 3.5 图像绘制
- 3.6 画布 (Sprite)
- 3.7 像素数据读写
- 3.8 低级命令
M5.Touch — 触摸系统
M5.Btn — 物理按键
M5.Power — 电源管理
M5.Imu — 陀螺仪 (BMI270)
M5.Spk — 蜂鸣器
M5.Mic — 麦克风 (如已启用)
M5.Board — 板级识别
WiFi — 网络
machine.SDCard — SD 卡
UIFlow 启动框架 (PaperS3)
完整示例

1. 硬件规格与引脚映射

1.1 硬件规格

项目	规格
SKU	C139
SoC	ESP32-S3R8 (Xtensa LX7 双核, 240MHz)
PSRAM	8MB Octal (OPI)
Flash	16MB (外部 SPI, Quad I/O)
显示屏	4.7" EPD_ED047TC1, 960×540, 16级灰度
触控	GT911 电容触摸 (两指, 多种手势)
传感器	BMI270 陀螺仪 (I2C 0x68)
RTC	BM8563 (I2C 0x51)
电池	1800mAh 锂电池
蜂鸣器	无源蜂鸣器 (PWM)
microSD	SPI 模式 (20MHz)
USB	Type-C (OTG/CDC/MSC/烧录)

1.2 EPD 显示屏 (8-bit 并口)

EPD 信号	ESP32-S3 GPIO
DB0~DB7	GPIO6,14,7,12,9,11,8,10
XSTL	GPIO13
XLE	GPIO15
SPV	GPIO17
CKV	GPIO18
PWR	GPIO45

1.3 I2C 总线 (共享: SCL=GPIO2, SDA=GPIO1)

外设	I2C 地址	用途
BM8563 RTC	0x51	时钟、休眠唤醒
GT911 触摸	—	电容触摸面板
BMI270 陀螺仪	0x68	运动检测

1.4 microSD 卡 (SPI)

SD 信号	ESP32-S3 GPIO
CS	GPIO47
SCK	GPIO39
MOSI	GPIO38
MISO	GPIO40

1.5 其他引脚

功能	GPIO	说明
BUZ_PWM	GPIO21	无源蜂鸣器
USB_DET	GPIO5	USB 供电检测 (>0.2V)
外扩接口	GPIO1, GPIO2	HC1.25-4PLT

2. M5 模块总览

所有外设通过 M5 单例对象访问（M5.begin() 初始化后可用）：

模块	访问路径	用途
图形	`M5.Display.*`	M5GFX 绘图库
触摸	`M5.Touch.*`	GT911 电容触摸
按键	`M5.BtnA/BtnB/BtnC/*`	(PaperS3 无独立按键)
电源	`M5.Power.*`	电池、充电、休眠
IMU	`M5.Imu.*`	BMI270 陀螺仪
喇叭	`M5.Spk.*`	蜂鸣器
麦克风	`M5.Mic.*`	(视固件版本)
板级	`M5.Board`	主板识别常量

3. M5.Display — M5GFX 图形库

M5GFX 是 M5Stack 的底层图形库，基于 LovyanGFX。所有颜色使用 24-bit RGB 格式 (0xRRGGBB)，墨水屏自动映射到 16 级灰度。

3.1 显示控制

`M5.Display.startWrite()`

`M5.Display.endWrite()`

成对使用的批量绘制函数。startWrite() 后所有绘图操作被缓冲，调用 endWrite() 才刷入显示缓冲区并触发 EPD 刷新。对墨水屏至关重要，能减少闪烁和刷新次数。

M5.Display.startWrite()
M5.Display.fillRect(0, 0, 960, 540, 0xFFFFFF)
M5.Display.drawString("Hello", 10, 10)
M5.Display.endWrite()

`M5.Display.show()`

将帧缓冲区内容刷新到实际显示屏幕。某些设备需要显式调用。

`M5.Display.clear()`

清除整个屏幕内容，填充默认背景色（白色）。

`M5.Display.fillScreen(color)`

用指定颜色填充整个屏幕。

`M5.Display.close()`

关闭显示资源，程序结束时调用。

`width() → int`

`height() → int`

返回屏幕的宽度和高度（像素）。

PaperS3 默认: 960 × 540 (ESPDIY 驱动)
注意: UIFlow 启动应用是竖屏设计 (旋转后 540 × 960)

`getRotation() → int`

`setRotation(rotation)`

获取/设置屏幕旋转角度。参数范围 0~7:

0 = 270°
1 = 正常 (默认)
2 = 90°
3 = 180°
4~7 = 上下颠倒变体

`getColorDepth() → int`

`setColorDepth(depth)`

获取/设置颜色深度。常见值: 1 (单色), 8 (256色), 16 (65K色), 24 (1677万色)。

`getBrightness() → int`

`setBrightness(brightness)`

获取/设置亮度（墨水屏通常不支持调亮，函数返回固定值）。

3.2 EPD 墨水屏专用

`M5.Display.isEPD() → bool`

返回 True（PaperS3 是电子墨水屏设备）。

`M5.Display.getEpdMode() → int`

获取当前 EPD 刷新模式。

`M5.Display.setEpdMode(mode)`

设置墨水屏刷新模式。

模式	值	说明
`EPD_QUALITY`	1	最高质量，刷新最慢 (~2-3s)
`EPD_TEXT`	2	文本模式，兼顾速度与质量
`EPD_FAST`	3	快速刷新
`EPD_FASTEST`	4	最快刷新，质量最低

建议: 开发阶段用 EPD_FASTEST(4) 减少闪烁；最终显示用 EPD_QUALITY(1)。

3.3 基本绘图

像素与线条

M5.Display.drawPixel(x, y, color)          # 单像素
M5.Display.drawLine(x0, y0, x1, y1, color) # 直线

矩形

M5.Display.drawRect(x, y, w, h, color)       # 空心矩形
M5.Display.fillRect(x, y, w, h, color)       # 实心矩形
M5.Display.drawRoundRect(x, y, w, h, r, color)   # 圆角空心
M5.Display.fillRoundRect(x, y, w, h, r, color)   # 圆角实心

r: 圆角半径（像素）

圆形与椭圆

M5.Display.drawCircle(x, y, r, color)         # 空心圆
M5.Display.fillCircle(x, y, r, color)         # 实心圆
M5.Display.drawEllipse(x0, y0, x1, y1, color) # 空心椭圆
M5.Display.fillEllipse(x0, y0, x1, y1, color) # 实心椭圆
M5.Display.drawEllipseArc(x0, y0, x1, y1, start, end, color)
M5.Display.fillEllipseArc(x0, y0, x1, y1, start, end, color)

start, end: 角度（度）

三角形

M5.Display.drawTriangle(x0, y0, x1, y1, x2, y2, color)
M5.Display.fillTriangle(x0, y0, x1, y1, x2, y2, color)

弧线

M5.Display.drawArc(x, y, r, start_angle, end_angle, color)
M5.Display.fillArc(x, y, r, start_angle, end_angle, color)

QR 码

M5.Display.drawQR(text, x, y, size, color)

3.4 文字处理

文字绘制

M5.Display.drawString(text, x, y)            # 左对齐
M5.Display.drawCenterString(text, x, y)      # 居中
M5.Display.drawRightString(text, x, y)       # 右对齐

对齐以 (x, y) 为参考点

文字属性

M5.Display.setTextColor(fg_color)            # 仅前景色
M5.Display.setTextColor(fg_color, bg_color)  # 前景+背景（不透明）
M5.Display.setTextSize(size)                 # 缩放倍数 (1=原生大小)
M5.Display.setFont(font)                     # 设置字体（内置或自定义）
M5.Display.setCursor(x, y)                   # 设置光标位置
M5.Display.getCursor() → (x, y)              # 获取光标

# .vlw 字体加载
M5.Display.loadFont(path)                    # 从文件加载 .vlw 字体
M5.Display.setFont(path)                     # 另一种设置方式
M5.Display.unloadFont()                      # 卸载当前字体

关于 textSize: textSize(1) 对应 .vlw 字体的原生像素大小（例如 HarmonyOS_Sans_SC_Regular_28.vlw 就是 28px）。如果有 _28.vlw，默认应该用 textSize(1) 而非 2。

文字度量

M5.Display.textWidth(text) → int            # 文字像素宽度
M5.Display.fontHeight() → int               # 当前字体高度

打印模式

M5.Display.print(text)                       # 在光标位置输出
M5.Display.printf(format, *args)             # 格式化输出
M5.Display.setTextScroll(enable)             # 文字滚动模式

3.5 图像绘制

PNG (支持透明通道)

M5.Display.drawPng(filename, x, y)

JPEG

M5.Display.drawJpg(filename, x, y)

BMP

M5.Display.drawBmp(filename, x, y)

内存图像

M5.Display.drawImage(data, x, y, w, h)       # 像素数据
M5.Display.drawRawBuf(x, y, data, w, h)      # 原始缓冲区

3.6 画布 (Sprite)

canvas = M5.Display.newCanvas(width, height)  # 创建离屏画布
# 在画布上绘图（与 Display 方法相同）
canvas.fillRect(0, 0, 100, 50, 0x000000)
canvas.drawString("Sprite", 10, 10)
# 渲染到屏幕
M5.Display.drawImage(canvas, x, y, w, h)

适用场景: 预先渲染复杂图形，减少屏幕刷新次数，提升动画流畅度。

3.7 像素数据读写

M5.Display.readData(x, y) → bytes
M5.Display.readData16(x, y) → int   # RGB565 格式 (0~65535)
M5.Display.readData32(x, y) → int   # 32-bit 格式

M5.Display.writeData(data)          # 写入原始数据
M5.Display.writeData16(value)       # 写入16位颜色
M5.Display.writeData32(value)       # 写入32位颜色

3.8 低级命令

M5.Display.writeCommand(cmd)         # 发送命令字节
M5.Display.writeCommand16(cmd)       # 发送16位命令

普通应用不需要直接使用，用于访问显示控制器的特殊功能。

4. M5.Touch — 触摸系统

基于 GT911 电容触摸控制器。触摸数据通过 M5.Touch 读取，在 M5.update() 中自动轮询。

API 函数

`M5.Touch.getCount() → int`

返回当前触摸点数（0 = 无触摸，≥1 = 有触摸）。

`M5.Touch.getX() → int`

获取最新触摸点的 X 坐标。

`M5.Touch.getY() → int`

获取最新触摸点的 Y 坐标。

`M5.Touch.getDetail(index) → int`

获取指定触摸点的详细状态。detail 值的含义:

值	含义	说明
0	按下	手指首次触摸屏幕
1	释放	手指离开屏幕
2	长按	持续按住超过阈值时间

注意: getDetail(0) 返回的 detail 值的[9]位用于判断 isHolding（UIFlow framework 中实现）。

`M5.Touch.getTouchPointRaw() → (int, int)`

获取原始触摸坐标（可能未经校准）。

典型触摸处理

def handle_touch():
    if M5.Touch.getCount() == 0:
        return
    x = M5.Touch.getX()
    y = M5.Touch.getY()
    detail = M5.Touch.getDetail(0)
    
    if detail == 0:      # 按下
        print(f"Touch down at ({x}, {y})")
    elif detail == 1:    # 释放
        print(f"Touch up at ({x}, {y})")
    elif detail == 2:    # 长按
        print(f"Long press at ({x}, {y})")

5. M5.Btn — 物理按键

PaperS3 只有一个物理按键（电源/复位/下载），没有独立的 A/B/C 按键。

API 函数 (理论上可用)

M5.BtnA.isPressed() → bool
M5.BtnA.isReleased() → bool
M5.BtnA.isHolding() → bool
M5.BtnA.wasClicked() → bool
M5.BtnA.wasPressed() → bool
M5.BtnA.wasReleased() → bool
M5.BtnA.wasHold() → bool
M5.BtnA.wasSingleClicked() → bool
M5.BtnA.wasChangePressed() → bool
M5.BtnA.lastChange() → int  # 毫秒时间戳

实际: PaperS3 上的物理按键主要用于电源/固件下载模式切换。UIFlow 启动框架中通过触摸侧边栏操作，不依赖物理按键。

6. M5.Power — 电源管理

PaperS3 没有传统电源管理芯片 (AXP192/AXP2101)，电池管理由 PMS150G + LGS4056H 独立处理。

API 函数

电池信息

M5.Power.getBatteryLevel() → int       # 电池电量百分比 (0~100)
M5.Power.getBatteryVoltage() → float   # 电池电压 (mV)
M5.Power.getBatteryCurrent() → float   # 电池电流 (mA)
M5.Power.isCharging() → bool           # 是否正在充电

休眠控制

M5.Power.powerOff()                    # 关机
M5.Power.deepSleep()                   # 深度休眠
M5.Power.lightSleep()                  # 浅度休眠
M5.Power.timerSleep(ms)               # 定时休眠

充电控制

M5.Power.setBatteryCharge(enable)      # 启用/禁用充电
M5.Power.setChargeCurrent(ma)          # 设置充电电流 (mA)
M5.Power.setChargeVoltage(mv)          # 设置充电电压 (mV)

外部输出

M5.Power.setExtOutput(enable)          # 外部引脚输出
M5.Power.getExtOutput() → bool
M5.Power.setUsbOutput(enable)          # USB 输出
M5.Power.getUsbOutput() → bool

LED 与振动

M5.Power.setLed(brightness)            # 设置 LED 亮度 (0~255)
M5.Power.setVibration(enable)          # 振动马达 (如支持)

其他

M5.Power.getKeyState() → int           # 按键状态
M5.Power.getType() → int               # 电源芯片类型
M5.Power.getPortVbus() → int           # VBUS 电压
M5.Power.getPortCurrent() → int        # 端口电流

7. M5.Imu — 陀螺仪 (BMI270)

BMI270 6-axis IMU (加速度计 + 陀螺仪)，I2C 地址 0x68。

API 函数

M5.Imu.getAccel() → (x, y, z)         # 加速度 (m/s²)
M5.Imu.getGyro() → (x, y, z)          # 角速度 (°/s)
M5.Imu.getMag() → (x, y, z)           # 地磁 (如支持)
M5.Imu.isEnabled() → bool             # 是否已启用
M5.Imu.getType() → int                # IMU 芯片型号

典型用法

accel = M5.Imu.getAccel()
print(f"Accel: x={accel[0]:.2f}, y={accel[1]:.2f}, z={accel[2]:.2f}")

8. M5.Spk — 蜂鸣器

PaperS3 的无源蜂鸣器使用 PWM 驱动 (GPIO21)。

API 函数

初始化与状态

M5.Spk.begin()                         # 初始化
M5.Spk.end()                           # 关闭
M5.Spk.config(sample_rate, stereo, ...) # 配置
M5.Spk.isRunning() → bool
M5.Spk.isEnabled() → bool
M5.Spk.isPlaying() → bool
M5.Spk.getPlayingChannels() → int
M5.Spk.stop()                          # 停止播放

音量控制

M5.Spk.setVolume(volume)               # 0~255
M5.Spk.getVolume() → int
M5.Spk.getVolumePercentage() → float   # 0.0~1.0
M5.Spk.setAllChannelVolume(volume)     # 所有通道音量
M5.Spk.setChannelVolume(ch, volume)    # 指定通道
M5.Spk.getChannelVolume(ch) → int

播放

M5.Spk.tone(frequency, duration_ms)    # 单音
M5.Spk.playRaw(data, len, ...)         # 播放原始 PCM 数据
M5.Spk.playWav(data, ...)              # 播放 WAV 数据（内存）
M5.Spk.playWavFile(path)               # 播放 WAV 文件

典型用法

M5.Spk.tone(440, 200)      # 播放 A4 音 200ms
time.sleep_ms(100)
M5.Spk.tone(880, 200)      # 播放 A5 音 200ms

9. M5.Mic — 麦克风

取决于固件是否启用。PaperS3 硬件上无内置麦克风，此模块仅供兼容。

M5.Mic.config(sample_rate, ...)        # 配置
M5.Mic.begin()                         # 开始录音
M5.Mic.end()                           # 停止
M5.Mic.isRunning() → bool
M5.Mic.isEnabled() → bool

10. M5.Board — 板级识别

M5.getBoard()                          # 返回 board ID
M5.Board.M5PaperS3                     # = 19 (常量)

典型用法

board = M5.getBoard()
if board == M5.Board.M5PaperS3:
    print("Running on M5PaperS3!")

# 或直接:
import M5
board_id = M5.Board.M5PaperS3   # 值为 19

UIFlow 启动示例

from startup import startup
startup(boot_opt=2, timeout=60)  # 2 = BOOT_OPT_MENU_NET

11. WiFi — 网络

PaperS3 使用 ESP32-S3 内置 WiFi (2.4GHz, 802.11 b/g/n)。

import network
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)    # Station 模式
wlan.active(True)
wlan.connect("SSID", "password")
while not wlan.isconnected():
    pass
print("IP:", wlan.ifconfig()[0])

UIFlow 有内建的 Startup 类封装网络连接：

from startup import Startup
wlan = Startup()
wlan.connect_network(ssid, pswd, timeout=60)

12. machine.SDCard — SD 卡

SPI 模式，20MHz，引脚 GPIO47/39/38/40。

import machine, os

sd = machine.SDCard(
    slot=3,                   # SPI 模式
    sck=39, miso=40,
    mosi=38, cs=47,
    freq=20000000
)
os.mount(sd, "/sd")           # 挂载到 /sd
print(os.listdir("/sd"))      # 列出文件
os.umount("/sd")              # 卸载

注意: UIFlow 的 machine.SDCard 使用自定义实现，slot=3 表示 SPI 模式，slot=1 表示 SDMMC 1-bit 模式。

13. UIFlow 启动框架 (PaperS3)

UIFlow 固件内置的启动应用框架，使用 papers3/ 目录下的模块。

启动流程

M5.begin()
  → startup() 调度到 PaperS3_Startup
    → WiFi 连接
    → 显示 startup.png 启动画面
    → Framework 启动:
       - StatusBarApp (状态栏: WiFi/云连接)
       - DevApp (开发者信息)
       - SettingsApp (WiFi 配置)
       - ListApp (文件浏览器/启动器)

AppBase 生命周期

install → launch → view → ready (async run loop) → hide → exit → uninstall

阶段	回调	说明
安装	`on_install()`	设置触摸热区描述符
启动	`on_launch()`	初始化数据
显示	`on_view()`	绘制界面
就绪	`on_ready()`	创建 async task
运行	`on_run()`	async 循环 (每 500ms)
隐藏	`on_hide()`	取消 async task

Framework API

from modules.startup.papers3 import framework

fw = framework.Framework()
fw.install(app)              # 安装应用
fw.install_bar(app)          # 安装状态栏
fw.install_launcher(app)     # 安装启动器
fw.start()                   # 启动框架主循环

触摸分发: Framework 检测触摸 → 判断是否在应用热区内 → 切换到对应应用 → 派发 _click_event_handler(x, y, fw)。

触摸消抖: 150ms。

键盘支持: CardKB (I2C 0x5F) 左右键切换应用。

14. 完整示例

基础绘图示例

import M5
import time

def setup():
    M5.begin()
    
    M5.Display.startWrite()
    
    # 清屏
    M5.Display.fillScreen(0xFFFFFF)
    
    # 绘制矩形
    M5.Display.fillRect(20, 20, 200, 100, 0x000000)
    M5.Display.drawRect(20, 140, 200, 100, 0x000000)
    
    # 圆角矩形
    M5.Display.fillRoundRect(260, 20, 200, 100, 20, 0x333333)
    M5.Display.drawRoundRect(260, 140, 200, 100, 20, 0x000000)
    
    # 圆形
    M5.Display.fillCircle(120, 340, 60, 0x000000)
    M5.Display.drawCircle(120, 380, 60, 0x666666)
    
    # 文字
    M5.Display.setTextColor(0x000000)
    M5.Display.setTextSize(2)
    M5.Display.drawString("Hello PaperS3!", 100, 480)
    
    # 线条
    M5.Display.drawLine(0, 530, 540, 530, 0x000000)
    
    M5.Display.endWrite()

def loop():
    M5.update()
    time.sleep_ms(100)

EPD 模式切换示例

import M5

# 设置快速刷新（开发调试用）
M5.Display.setEpdMode(4)   # EPD_FASTEST

# 检查是否为 EPD 屏
if M5.Display.isEPD():
    print("EPD display detected")
    print(f"Current mode: {M5.Display.getEpdMode()}")

触摸 + 蜂鸣器反馈

import M5
import time

def setup():
    M5.begin()
    M5.Display.setEpdMode(4)

def loop():
    M5.update()
    
    if M5.Touch.getCount() > 0:
        x = M5.Touch.getX()
        y = M5.Touch.getY()
        detail = M5.Touch.getDetail(0)
        
        if detail == 0:  # 按下
            # 蜂鸣器反馈
            M5.Spk.tone(880, 50)
            
            # 绘制触摸点
            M5.Display.fillCircle(x, y, 10, 0x000000)
    
    time.sleep_ms(20)

SD 卡 + WiFi 示例

import machine
import os
import network

# 挂载 SD 卡
sd = machine.SDCard(slot=3, sck=39, miso=40,
                    mosi=38, cs=47, freq=20000000)
os.mount(sd, "/sd")

# 读取文件
with open("/sd/config.txt", "r") as f:
    print(f.read())

# 连接 WiFi
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect("SSID", "password")

文档生成: 基于 m5stack/uiflow-micropython 源码中 cmodules/m5unified/ 和 components/M5Unified/ 的 C 绑定代码，以及 M5GFX 库源码分析。最后更新: 2026-05-23

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M5PaperS3 硬件底层与 API 参考手册

目录

1. 硬件规格与引脚映射

1.1 硬件规格

1.2 EPD 显示屏 (8-bit 并口)

1.3 I2C 总线 (共享: SCL=GPIO2, SDA=GPIO1)

1.4 microSD 卡 (SPI)

1.5 其他引脚

2. M5 模块总览

3. M5.Display — M5GFX 图形库

3.1 显示控制

M5.Display.startWrite()

M5.Display.endWrite()

M5.Display.show()

M5.Display.clear()

M5.Display.fillScreen(color)

M5.Display.close()

width() → int

height() → int

getRotation() → int

setRotation(rotation)

getColorDepth() → int

setColorDepth(depth)

getBrightness() → int

setBrightness(brightness)

3.2 EPD 墨水屏专用

M5.Display.isEPD() → bool

M5.Display.getEpdMode() → int

M5.Display.setEpdMode(mode)

3.3 基本绘图

像素与线条

矩形

圆形与椭圆

三角形

弧线

QR 码

3.4 文字处理

文字绘制

文字属性

文字度量

打印模式

3.5 图像绘制

PNG (支持透明通道)

JPEG

BMP

内存图像

3.6 画布 (Sprite)

3.7 像素数据读写

3.8 低级命令

4. M5.Touch — 触摸系统

API 函数

M5.Touch.getCount() → int

M5.Touch.getX() → int

M5.Touch.getY() → int

M5.Touch.getDetail(index) → int

M5.Touch.getTouchPointRaw() → (int, int)

典型触摸处理

5. M5.Btn — 物理按键

API 函数 (理论上可用)

6. M5.Power — 电源管理

API 函数

电池信息

休眠控制

充电控制

外部输出

LED 与振动

其他

7. M5.Imu — 陀螺仪 (BMI270)

API 函数

典型用法

8. M5.Spk — 蜂鸣器

API 函数

初始化与状态

音量控制

`M5.Display.startWrite()`

`M5.Display.endWrite()`

`M5.Display.show()`

`M5.Display.clear()`

`M5.Display.fillScreen(color)`

`M5.Display.close()`

`width() → int`

`height() → int`

`getRotation() → int`

`setRotation(rotation)`

`getColorDepth() → int`

`setColorDepth(depth)`

`getBrightness() → int`

`setBrightness(brightness)`

`M5.Display.isEPD() → bool`

`M5.Display.getEpdMode() → int`

`M5.Display.setEpdMode(mode)`

`M5.Touch.getCount() → int`

`M5.Touch.getX() → int`

`M5.Touch.getY() → int`

`M5.Touch.getDetail(index) → int`

`M5.Touch.getTouchPointRaw() → (int, int)`