1. 天空星HC32F4A0开发板驱动1.28寸圆形LCD屏实战：从软件SPI到硬件SPI的完整移植指南

天空星HC32F4A0开发板驱动1.28寸圆形LCD屏实战从软件SPI到硬件SPI的完整移植指南最近用天空星的HC32F4A0开发板做项目需要驱动一块1.28寸的圆形LCD屏屏幕驱动芯片是GC9A01。网上找的例程大多是软件模拟SPI的虽然能用但刷新速度慢还占用CPU资源。折腾了一番终于把驱动从软件SPI成功移植到了硬件SPI上效果提升明显。今天就把这个完整的移植过程分享给大家从最基础的引脚配置到最终的代码验证手把手教你搞定。这块圆形屏分辨率是240x240色彩鲜艳用在穿戴设备或者小仪表盘上特别合适。无论你是刚开始接触嵌入式显示还是想优化现有项目的显示性能这篇教程都能帮到你。咱们先从最基础的软件SPI移植开始再升级到硬件SPI最后完成功能验证。1. 准备工作与资料获取在开始敲代码之前咱们得先把“家伙事儿”备齐。主要是屏幕本身和对应的驱动资料。1.1 硬件与资料准备你需要准备以下两样东西硬件1.28寸圆形LCD显示屏驱动芯片为GC9A01。可以在电商平台搜索购买。软件资料屏幕的参考驱动代码。这是移植工作的基础里面包含了初始化序列、画点、画线等基本函数。参考驱动资料通常由屏幕卖家提供里面一般会有针对常见MCU比如STM32的示例工程。我们的任务就是把这个工程里的驱动代码“搬”到我们的天空星HC32F4A0开发板上并让它跑起来。提示在移植任何外设驱动时拥有一个在别的平台上能正常工作的参考代码至关重要它能帮你快速理解屏幕的通信时序和命令集。1.2 建立你的工程拿到参考代码后先别急着改。我建议你在自己的HC32F4A0工程目录下新建一个文件夹比如叫LCD然后把参考代码里的lcd.c、lcd.h、lcd_init.c、lcd_init.h这些核心文件复制过来。接着在你的工程管理软件比如Keil里把这些文件添加到工程并把包含路径设置好。做完这一步先编译一下肯定会报一堆错误别慌这很正常。因为参考代码是针对原平台写的头文件引用、数据类型定义都不同。咱们下一步就是解决这些编译错误。2. 软件SPI驱动移植软件SPI说白了就是用普通的GPIO引脚通过代码控制电平变化来模拟SPI的通信时序。它的好处是引脚分配灵活不挑MCU的特定外设引脚但缺点是速度慢CPU负担重。咱们先把它调通这是理解整个驱动流程的关键一步。2.1 解决基础编译错误第一次编译最常见的错误就是找不到头文件以及一些自定义的数据类型未定义。修改头文件引用参考代码里可能包含了像sys.h、delay.h这样的平台特定头文件。我们需要把它们替换成HC32F4A0对应的文件。根据原始资料通常需要将lcd_init.h和lcd.h里的#include “sys.h”改为#include “hc32_ll.h”将lcd_init.c和lcd.c里的#include “delay.h”改为#include “board.h”前提是你的工程里有提供毫秒级延迟函数的board.h。定义数据类型参考代码中经常使用u8、u16、u32这样的简写类型。我们需要在lcd_init.h或lcd.h的开头位置添加它们的定义#ifndef u8 #define u8 uint8_t #endif #ifndef u16 #define u16 uint16_t #endif #ifndef u32 #define u32 uint32_t #endif这样修改后大部分基础编译错误应该就消失了剩下的通常是与引脚配置相关的错误。2.2 引脚配置与映射这是移植的核心步骤。我们需要根据开发板的实际情况决定用哪几个GPIO引脚来连接屏幕。这块1.28寸屏通常需要6个控制引脚如果不需要控制背光则是5个。它们的含义如下屏幕引脚符号作用时钟线SCL (SCK)SPI时钟信号数据线SDA (MOSI)SPI主机输出数据复位RES硬件复位屏幕数据/命令选择DC (也常写作RS)区分发送的是命令还是数据片选CS使能或禁用当前SPI设备背光控制BLK控制屏幕背光开关注意如果MCU的GPIO资源紧张有两个引脚可以简化RES引脚可以接到MCU的复位引脚。这样MCU复位时屏幕也跟着复位省下一个GPIO但无法单独软件复位屏幕。BLK引脚可以直接接3.3V常亮或接地常灭。代价是无法动态调节背光亮度。根据原始资料我们选择使用GPIOA组的引脚具体分配如下//-----------------LCD端口移植---------------- #define LCD_GPIO_PORT GPIO_PORT_A #define LCD_SCL_PIN GPIO_PIN_05 // SPI时钟 SCK #define LCD_SDA_PIN GPIO_PIN_07 // SPI数据输出 MOSI #define LCD_RES_PIN GPIO_PIN_03 // 复位 #define LCD_DC_PIN GPIO_PIN_02 // 数据/命令选择 #define LCD_CS_PIN GPIO_PIN_04 // 片选 #define LCD_BLK_PIN GPIO_PIN_01 // 背光控制2.3 编写GPIO初始化函数引脚定义好了接下来就要初始化它们。修改lcd_init.c中的LCD_GPIO_Init(void)函数。void LCD_GPIO_Init(void) { stc_gpio_init_t stcGpioInit; // 定义GPIO初始化结构体 // 关闭存储器保护根据HC32库函数要求 LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_ALL); // 初始化结构体参数 (void)GPIO_StructInit(stcGpioInit); stcGpioInit.u16PinState PIN_STAT_RST; // 引脚初始状态为复位状态低 stcGpioInit.u16PinDir PIN_DIR_OUT; // 引脚方向设置为输出 // 初始化所有LCD控制引脚 (void)GPIO_Init(LCD_GPIO_PORT, LCD_SCL_PIN| LCD_SDA_PIN| LCD_RES_PIN| LCD_DC_PIN | LCD_CS_PIN | LCD_BLK_PIN, stcGpioInit); // 初始化完成后将片选(CS)引脚置高默认不选中屏幕 LCD_CS_Set(); }2.4 实现软件SPI时序控制软件SPI的核心是控制SCL和SDA引脚的电平变化来模拟时钟和数据。我们需要在lcd_init.h中为这几个控制引脚编写置高Set和置低Clr的宏定义。//-----------------LCD端口定义---------------- /* SCL PA5 SDA PA7 RES PA3 DC PA2 CS PA4 BLK PA1 */ // 软件SPI时钟和数据线控制 #define LCD_SCLK_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_SCL_PIN) // SCL拉低 #define LCD_SCLK_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_SCL_PIN) // SCL拉高 #define LCD_MOSI_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_SDA_PIN) // SDA拉低 #define LCD_MOSI_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_SDA_PIN) // SDA拉高 // 其他控制引脚 #define LCD_RES_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_RES_PIN) #define LCD_RES_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_RES_PIN) #define LCD_DC_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_DC_PIN) #define LCD_DC_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_DC_PIN) #define LCD_CS_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_CS_PIN) #define LCD_CS_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_CS_PIN) #define LCD_BLK_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_BLK_PIN) #define LCD_BLK_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT, LCD_BLK_PIN)参考代码中的LCD_Writ_Bus(u8 dat)函数负责发送一个字节数据通常已经用这些宏实现了软件SPI的位操作移位、判断高低位、控制时钟这部分逻辑一般不需要改动只要上面的宏定义对了它就能工作。至此软件SPI的移植就完成了。编译下载如果屏幕能点亮并显示内容恭喜你最基础的一步已经成功了3. 升级到硬件SPI驱动软件SPI跑通后如果你对刷新速度有要求或者想让CPU腾出手来做其他事那么升级到硬件SPI就是必由之路。硬件SPI由MCU内部的专用外设处理通信时序效率高不占用CPU。3.1 硬件SPI引脚选择与配置硬件SPI需要将SCL和SDA即SCK和MOSI连接到MCU支持SPI外设复用功能的特定引脚上。我们需要查阅HC32F4A0的数据手册找到SPI外设对应的引脚。根据原始资料我们仍然使用PA5和PA7但这次要将它们配置为SPI1的复用功能。首先更新引脚定义增加复用功能编号//-----------------LCD端口移植---------------- #define LCD_GPIO_PORT GPIO_PORT_A #define LCD_SCL_PIN GPIO_PIN_05 // SPI时钟 SCK #define LCD_SCL_PIN_FUNC GPIO_FUNC_40 // PA5的SPI1_SCK复用功能号 #define LCD_SDA_PIN GPIO_PIN_07 // SPI数据输出 MOSI #define LCD_SDA_PIN_FUNC GPIO_FUNC_41 // PA7的SPI1_MOSI复用功能号 #define LCD_RES_PIN GPIO_PIN_03 // 复位 #define LCD_DC_PIN GPIO_PIN_02 // 数据/命令选择 #define LCD_CS_PIN GPIO_PIN_04 // 片选 (依然用软件控制) #define LCD_BLK_PIN GPIO_PIN_01 // 背光控制 #define BSP_SPI_CLOCK FCG1_PERIPH_SPI1 // SPI1的外设时钟 #define BSP_SPI CM_SPI1 // SPI1外设实例注意GPIO_FUNC_40和GPIO_FUNC_41是HC32系列芯片标识引脚复用功能的编号具体值需要查数据手册的“复用功能映射表”。这里根据原始资料确定。3.2 硬件SPI初始化接下来大幅修改LCD_GPIO_Init(void)函数加入SPI外设的初始化配置。void LCD_GPIO_Init(void) { stc_gpio_init_t stcGpioInit; LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_ALL); (void)GPIO_StructInit(stcGpioInit); stcGpioInit.u16PinState PIN_STAT_RST; stcGpioInit.u16PinDir PIN_DIR_OUT; // 初始化所有LCD控制引脚包括SPI引脚先初始化为普通输出 (void)GPIO_Init(LCD_GPIO_PORT, LCD_SCL_PIN| LCD_SDA_PIN| LCD_RES_PIN| LCD_DC_PIN | LCD_CS_PIN | LCD_BLK_PIN, stcGpioInit); // 关键步骤将SCK和MOSI引脚设置为SPI复用功能 GPIO_SetFunc(LCD_GPIO_PORT, LCD_SCL_PIN, LCD_SCL_PIN_FUNC); GPIO_SetFunc(LCD_GPIO_PORT, LCD_SDA_PIN, LCD_SDA_PIN_FUNC); // --- 以下是SPI1外设的初始化配置 --- stc_spi_init_t stcSpiInit; stc_spi_delay_t stcSpiDelayCfg; /* 清零初始化结构体 */ (void)SPI_StructInit(stcSpiInit); (void)SPI_DelayStructInit(stcSpiDelayCfg); /* 使能SPI1的外设时钟 */ FCG_Fcg1PeriphClockCmd(BSP_SPI_CLOCK, ENABLE); /* SPI反初始化确保处于默认状态 */ SPI_DeInit(BSP_SPI); /* 配置SPI工作模式 */ stcSpiInit.u32WireMode SPI_4_WIRE; // 四线制SPIMISO未用但模式选4线 stcSpiInit.u32TransMode SPI_FULL_DUPLEX; // 全双工尽管我们只发不收 stcSpiInit.u32MasterSlave SPI_MASTER; // 主机模式 stcSpiInit.u32ModeFaultDetect SPI_MD_FAULT_DETECT_DISABLE; // 关闭模式错误检测 stcSpiInit.u32SuspendMode SPI_COM_SUSP_FUNC_OFF; // 通信暂停功能关闭 stcSpiInit.u32Parity SPI_PARITY_INVD; // 无奇偶校验 stcSpiInit.u32SpiMode SPI_MD_0; // SPI模式0 (CPOL0, CPHA0) stcSpiInit.u32BaudRatePrescaler SPI_BR_CLK_DIV16; // 波特率预分频决定通信速度 stcSpiInit.u32DataBits SPI_DATA_SIZE_8BIT; // 数据位宽8位 stcSpiInit.u32FirstBit SPI_FIRST_MSB; // 高位先发送 (void)SPI_Init(BSP_SPI, stcSpiInit); /* 配置SPI时序延迟参数根据屏幕驱动芯片要求调整 */ stcSpiDelayCfg.u32IntervalDelay SPI_INTERVAL_TIME_8SCK; // 两次数据传输间隔 stcSpiDelayCfg.u32ReleaseDelay SPI_RELEASE_TIME_8SCK; // 片选无效到时钟停止时间 stcSpiDelayCfg.u32SetupDelay SPI_SETUP_TIME_1SCK; // 片选有效到时钟开始时间 (void)SPI_DelayTimeConfig(BSP_SPI, stcSpiDelayCfg); /* 使能SPI外设 */ SPI_Cmd(BSP_SPI, ENABLE); // 片选拉高不选中屏幕 LCD_CS_Set(); }这段代码的配置是关键特别是SPI_MD_0和波特率分频需要和屏幕驱动芯片GC9A01的时序要求匹配。3.3 修改数据发送函数硬件SPI下数据发送不再需要手动控制时钟翻转而是调用库函数。因此需要修改lcd_init.c中的LCD_Writ_Bus(u8 dat)函数。void LCD_Writ_Bus(u8 dat) { uint8_t RecvData 0; // 接收变量本例只发不收可忽略 LCD_CS_Clr(); // 片选拉低开始通信 // 等待发送缓冲区为空确保可以发送新数据 while( RESET SPI_GetStatus(BSP_SPI, SPI_FLAG_TX_BUF_EMPTY) ); // 调用SPI收发函数发送一个字节数据 int ret SPI_TransReceive(BSP_SPI, dat, RecvData, 1, HCLK_VALUE); if(ret LL_ERR_TIMEOUT) { printf(SPI 超时!!\r\n); // 可添加调试信息 return; } LCD_CS_Set(); // 片选拉高结束本次通信 }同时因为SCL和SDA引脚现在由硬件SPI外设控制之前为它们定义的软件控制宏就没用了需要在lcd_init.h中注释掉避免冲突。// 注释掉软件SPI的时钟和数据线控制宏 //#define LCD_SCLK_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT,LCD_SCL_PIN) //#define LCD_SCLK_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT,LCD_SCL_PIN) //#define LCD_MOSI_Clr() GPIO_ResetPins(LCD_GPIO_PORT,LCD_SDA_PIN) //#define LCD_MOSI_Set() GPIO_SetPins(LCD_GPIO_PORT,LCD_SDA_PIN) // 其他控制引脚的宏保留不变...4. 功能验证与测试移植完成后必须写个简单的测试程序来验证屏幕是否正常工作。在main.c中调用LCD的初始化函数并显示一些内容。#include board.h #include bsp_uart.h #include stdio.h #include lcd.h #include lcd_init.h int32_t main(void) { board_init(); // 系统时钟、外设初始化 uart1_init(115200U); // 初始化串口用于打印调试信息可选 LCD_Init(); // LCD初始化会调用我们修改过的函数 LCD_Fill(0,0,LCD_W,LCD_H,BLACK); // 清屏为黑色 float t 0; while(1) { // 在屏幕上显示屏幕宽度和高度 LCD_ShowString(60, 64, (uint8_t *)LCD_W:, WHITE, BLACK, 16, 0); LCD_ShowIntNum(120, 64, LCD_W, 3, WHITE, BLACK, 16); LCD_ShowString(60, 80, (uint8_t *)LCD_H:, WHITE, BLACK, 16, 0); LCD_ShowIntNum(120, 80, LCD_H, 3, WHITE, BLACK, 16); // 显示一个递增的浮点数测试刷新 LCD_ShowString(76, 96, (uint8_t *)Num:, WHITE, BLACK, 16, 0); LCD_ShowFloatNum1(120, 96, t, 4, WHITE, BLACK, 16); t 0.11f; delay_ms(1000); // 延时1秒 } }将程序编译下载到开发板上电后你应该能看到圆形屏幕被点亮并在指定位置显示宽度、高度和一个不断变化的数字。如果显示正常那么恭喜你从软件SPI到硬件SPI的完整移植就大功告成了最后的小建议硬件SPI的波特率SPI_BR_CLK_DIV16可以根据实际情况调整。如果屏幕出现花屏或数据错误可以尝试增大分频系数如SPI_BR_CLK_DIV32降低通信速度试试。调试阶段串口打印printf(“SPI 超时!!\r\n”)这样的信息能帮你快速定位通信失败的问题。