智能停车收费-------如何用stm32G431结合LCD的uC8230型液晶控制器的驱动程序显示动态二维码

在寒假准备蓝桥杯的过程中，STM32G431顺便做个项目。。。。。。

在STM32G431上使用uC8230液晶控制器显示动态二维码需要以下步骤，分为硬件连接、驱动开发、二维码生成和动态刷新四个主要部分：

一、硬件连接

STM32G431和uC8230之间需要正确的通信接口。通常，这类LCD控制器可能使用SPI或者8080并行接口。查一下uC8230的数据手册，确认接口类型和引脚配置。比如，如果使用SPI，需要连接SCK、MOSI、CS、DC、RST这些引脚，可能还有背光控制。然后确定STM32的GPIO引脚，配置成对应的功能模式，比如SPI的复用功能，或者普通GPIO用于控制信号。

接口选择：
- 确认uC8230支持的通信接口（通常为SPI或8080并行接口）。
- 示例SPI连接：
```
STM32G431   ->   uC8230
SPI_SCK     ->   SCK
SPI_MOSI    ->   SDI
GPIO        ->   CS (片选)
GPIO        ->   DC (数据/命令控制)
GPIO        ->   RST (复位)
```
  引脚配置：
- - 在STM32CubeMX中配置SPI和GPIO引脚，设置SPI模式（CPOL/CPHA）、时钟频率（≤10MHz）.

二、LCD驱动开发

接下来是软件部分。需要初始化LCD控制器，这包括发送初始化命令序列。可能需要参考uC8230的数据手册，找到正确的初始化命令，比如设置显示方向、像素格式等。然后，需要实现画点函数，这是基础，因为显示二维码本质上是在特定位置绘制黑白点。画点函数需要根据LCD的显存地址或者通过命令写入像素数据。

那就让我们一步一步通过查看uC8230的数据手册规格来写实现：

uC8230 驱动程序（C语言实现）

文件结构

Drivers/
├── LCD/
│   ├── uc8230.h     // 头文件（接口声明）
│   └── uc8230.c     // 驱动实现

1. 驱动实现 `uc8230.c`

#include "uc8230.h"
#include <string.h>

static SPI_HandleTypeDef *hspi_lcd;
static GPIO_TypeDef *CS_Port, *DC_Port, *RST_Port;
static uint16_t CS_Pin, DC_Pin, RST_Pin;
static uint8_t lcd_rotation = 0; // 屏幕旋转方向

// 私有函数声明
static void LCD_Reset(void);
static void LCD_SetWindow(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1);


==============================================
// 底层通信函数
// ==============================================

/**
  * @brief  硬件复位
  */
static void LCD_Reset(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(RST_Port, RST_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(100);
    HAL_GPIO_WritePin(RST_Port, RST_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(100);
}

/**
  * @brief  设置显存窗口
  */
static void LCD_SetWindow(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1) {
    LCD_WriteCommand(0x2A);  // 列地址设置
    LCD_WriteData(x0 >> 8); LCD_WriteData(x0 & 0xFF);
    LCD_WriteData(x1 >> 8); LCD_WriteData(x1 & 0xFF);
    
    LCD_WriteCommand(0x2B);  // 行地址设置
    LCD_WriteData(y0 >> 8); LCD_WriteData(y0 & 0xFF);
    LCD_WriteData(y1 >> 8); LCD_WriteData(y1 & 0xFF);
    
    LCD_WriteCommand(0x2C);  // 写入GRAM
}

void LCD_WriteCommand(uint8_t cmd) {
    HAL_GPIO_WritePin(DC_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 命令模式
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_Transmit(hspi_lcd, &cmd, 1, 100);
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

void LCD_WriteData(uint8_t data) {
    HAL_GPIO_WritePin(DC_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET);  // 数据模式
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_Transmit(hspi_lcd, &data, 1, 100);
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

void LCD_WriteMultipleData(uint8_t *data, uint32_t len) {
    HAL_GPIO_WritePin(DC_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_Transmit(hspi_lcd, data, len, 1000);
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
}








// ==============================================
// 公有函数实现
// ==============================================

/**
  * @brief  LCD初始化
  * @param  hspi: SPI句柄指针
  * @param  cs_port, cs_pin: 片选引脚
  * @param  dc_port, dc_pin: 数据/命令控制引脚
  * @param  rst_port, rst_pin: 复位引脚
  */
void LCD_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi, GPIO_TypeDef* cs_port, uint16_t cs_pin,
              GPIO_TypeDef* dc_port, uint16_t dc_pin, GPIO_TypeDef* rst_port, uint16_t rst_pin) {
    hspi_lcd = hspi;
    CS_Port = cs_port; CS_Pin = cs_pin;
    DC_Port = dc_port; DC_Pin = dc_pin;
    RST_Port = rst_port; RST_Pin = rst_pin;

    // 硬件复位
    LCD_Reset();

    // 初始化命令序列
    LCD_WriteCommand(0x11);   // Sleep Out
    HAL_Delay(120);
    
    LCD_WriteCommand(0x36);   // Memory Access Control
    LCD_WriteData(0x48);      // RGB顺序设置
    
    LCD_WriteCommand(0x3A);   // Interface Pixel Format
    LCD_WriteData(0x55);      // 16bits/pixel (RGB565)
    
    LCD_WriteCommand(0xB1);   // Frame Rate Control
    LCD_WriteData(0x00); 
    LCD_WriteData(0x1B);      // 70Hz
    
    LCD_WriteCommand(0x29);   // Display On
}

/**
  * @brief  设置屏幕旋转方向
  * @param  rotation: 0-3
  */
void LCD_SetRotation(uint8_t rotation) {
    lcd_rotation = rotation % 4;
    LCD_WriteCommand(0x36);
    switch(lcd_rotation) {
        case 0:
            LCD_WriteData(0x48);  // 默认方向
            break;
        case 1:
            LCD_WriteData(0x28);  // 顺时针90度
            break;
        case 2:
            LCD_WriteData(0x88);  // 180度
            break;
        case 3:
            LCD_WriteData(0xE8);  // 逆时针90度
            break;
    }
}

/**
  * @brief  全屏填充颜色
  */
void LCD_FillScreen(uint16_t color) {
    LCD_FillRect(0, 0, LCD_WIDTH, LCD_HEIGHT, color);
}

/**
  * @brief  绘制单个像素
  */
void LCD_DrawPixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) {
    if(x >= LCD_WIDTH || y >= LCD_HEIGHT) return;
    LCD_SetWindow(x, y, x, y);
    LCD_WriteMultipleData((uint8_t*)&color, 2);
}

/**
  * @brief  填充矩形区域
  */
void LCD_FillRect(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t w, uint16_t h, uint16_t color) {
    if(x + w > LCD_WIDTH || y + h > LCD_HEIGHT) return;
    
    LCD_SetWindow(x, y, x + w - 1, y + h - 1);
    uint32_t total = w * h;
    uint8_t colorBuf[2] = {color >> 8, color & 0xFF};
    
    // 使用DMA传输优化
    HAL_GPIO_WritePin(DC_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    
    for(uint32_t i=0; i<total; i++) {
        HAL_SPI_Transmit(hspi_lcd, colorBuf, 2, 10);
    }
    
    HAL_GPIO_WritePin(CS_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

2. 头文件 `uc8230.h`

#ifndef UC8230_H
#define UC8230_H

#include "stm32g4xx_hal.h"

// 颜色定义 (RGB565格式)
#define LCD_WHITE    0xFFFF
#define LCD_BLACK    0x0000
#define LCD_RED      0xF800
#define LCD_GREEN    0x07E0
#define LCD_BLUE     0x001F

// LCD尺寸定义
#define LCD_WIDTH    240
#define LCD_HEIGHT   320

// 函数声明
void LCD_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi, GPIO_TypeDef* cs_port, uint16_t cs_pin,
              GPIO_TypeDef* dc_port, uint16_t dc_pin, GPIO_TypeDef* rst_port, uint16_t rst_pin);
void LCD_SetRotation(uint8_t rotation);
void LCD_FillScreen(uint16_t color);
void LCD_DrawPixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color);
void LCD_FillRect(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t w, uint16_t h, uint16_t color);
void LCD_WriteString(uint16_t x, uint16_t y, const char* str, uint16_t color, uint16_t bg_color);

// 底层通信函数（供内部使用）
void LCD_WriteCommand(uint8_t cmd);
void LCD_WriteData(uint8_t data);
void LCD_WriteMultipleData(uint8_t *data, uint32_t len);

#endif

三、二维码生成

1、选择二维码库：使用轻量级库 qrcodegen。

// 下载库：https://github.com/nayuki/QR-Code-generator
// 将以下文件添加到工程：
//   qrcodegen.c
//   qrcodegen.h

我做的时候遇到的问题：

1、二维码生成后的显示不正确。

2、性能问题导致刷新不够快。

2. 二维码生成与显示代码

2.1 生成二维码并绘制到LCD

#include "qrcodegen.h"

// 定义二维码参数
#define QR_VERSION  10      // 版本号（1~40，版本越高数据容量越大）
#define QR_ECC       qrcodegen_Ecc_MEDIUM  // 容错级别（LOW/MEDIUM/HIGH）
#define QR_MODULE_SIZE 2    // 每个二维码模块的像素大小（根据LCD分辨率调整）

void DisplayQRCode(const char* text, uint16_t offsetX, uint16_t offsetY) {
    uint8_t qrData[qrcodegen_BUFFER_LEN_MAX];
    uint8_t tempBuffer[qrcodegen_BUFFER_LEN_MAX];
    
    // 生成二维码数据
    bool success = qrcodegen_encodeText(text, tempBuffer, qrData, QR_ECC,
                                        qrcodegen_VERSION_MIN, QR_VERSION,
                                        qrcodegen_Mask_AUTO, true);
    
    if (success) {
        int size = qrcodegen_getSize(qrData);
        
        // 遍历每个模块并绘制
        for (int y = 0; y < size; y++) {
            for (int x = 0; x < size; x++) {
                if (qrcodegen_getModule(qrData, x, y)) {
                    // 绘制黑色模块（放大QR_MODULE_SIZE倍）
                    LCD_FillRect(
                        offsetX + x * QR_MODULE_SIZE,
                        offsetY + y * QR_MODULE_SIZE,
                        QR_MODULE_SIZE,
                        QR_MODULE_SIZE,
                        COLOR_BLACK
                    );
                } else {
                    // 绘制白色模块
                    LCD_FillRect(
                        offsetX + x * QR_MODULE_SIZE,
                        offsetY + y * QR_MODULE_SIZE,
                        QR_MODULE_SIZE,
                        QR_MODULE_SIZE,
                        COLOR_WHITE
                    );
                }
            }
        }
    }
}

2.2 优化绘制函数

直接使用FillRect替代单点绘制，减少通信开销，这样大大解决了问题出现：

// 在LCD驱动中实现矩形填充函数
void LCD_FillRect(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t w, uint16_t h, uint16_t color) {
    LCD_SetWindow(x, y, x + w - 1, y + h - 1);
    uint32_t total = w * h;
    LCD_WriteMultipleData((uint8_t*)&color, total * 2); // RGB565需2字节/像素
}

// 实现连续数据写入（SPI+DMA优化）
void LCD_WriteMultipleData(uint8_t* data, uint32_t len) {
    HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, data, len); // 使用DMA传输
    while (HAL_SPI_GetState(&hspi1) != HAL_SPI_STATE_READY); // 等待传输完成
}

3. 动态刷新实现

3.1 定时更新内容

// 在main.c中配置定时器（例如1Hz刷新）
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 启动TIM3

// 定时器中断回调
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM3) {
        static uint32_t counter = 0;
        char dynamicText[32];
        sprintf(dynamicText, "COUNT:%lu", counter++);
        DisplayQRCode(dynamicText, 20, 20); // 在(20,20)位置显示
    }
}

3.2 防闪烁优化

使用双缓冲机制：

在内存中创建两个帧缓冲区frameBuffer[0]和frameBuffer[1]。
在后台生成完整二维码到非当前显示的缓冲区。
生成完成后，通过DMA快速切换显示。

4. 常见问题解决

4.1 显示模糊或错位

原因：坐标计算错误或模块大小不匹配。

解决：

// 检查LCD_SetWindow函数是否按uC8230的地址格式配置
// 确认QR_MODULE_SIZE与LCD分辨率适配（例如320x240屏，版本10的二维码大小约57模块，57*2=114像素）

4.2 内存不足

现象：程序崩溃或二维码生成失败。
解决：
- 减少二维码版本（降低QR_VERSION）。
- 启用STM32G431的CCM内存（高速RAM）：
```
// 在链接脚本中分配qrcodegen缓冲区到CCM
uint8_t qrData[qrcodegen_BUFFER_LEN_MAX] __attribute__((section(".ccmram")));
```
  4.3 刷新速度慢
- 优化策略：
  - 使用硬件SPI+DMA（而非软件SPI）。
  - 降低颜色深度（如从RGB565改为灰度）。

5. 完整示例代码结构

工程目录/
├── Drivers/
│   ├── STM32G4xx_HAL_Driver/
│   └── LCD/
│       ├── uC8230.c    // LCD驱动
│       └── uC8230.h
├── Middlewares/
│   └── qrcodegen/      // 二维码库
├── Core/
│   ├── Src/
│   │   ├── main.c      // 主循环和定时器配置
│   │   └── qr_display.c// 二维码显示逻辑
│   └── Inc/
│       └── qr_display.h
└── STM32G431RETX_FLASH.ld // 链接脚本（扩展CCM内存分配）

通过上述步骤，就可以在STM32G431和uC8230液晶屏上高效显示动态二维码。