新手自学嵌入式 | 学习日记：LCD显示原理、PWM控制、电容触摸屏（GT9147）驱动开发与项目实战

今天的学习进入了人机交互（HMI）的核心领域------显示与触摸。从LCD屏幕的显存映射、底层硬件信号线，到PWM控制背光/蜂鸣器，再到GT9147电容触摸屏的驱动编写，最后结合之前学的LM75温度传感器，完成了一个能在屏幕上显示温度的实战小项目。信息量极大，整理一下核心笔记。

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一、 LCD显示原理与显存映射

要想在屏幕上画画，首先要搞懂屏幕是怎么显示图像的。

1. 分辨率与显存计算

• 屏幕分辨率 ：横向像素点个数 * 纵向像素点个数（如 800 * 480）。

• 显存（Frame Buffer）：专门存放图像数据的内存空间。

  • 假设每个像素点占4个字节（ARGB格式），一块 800*480 的屏幕，需要的显存大小为：800 * 480 * 4 = 1.5MB。

  • 结合之前的内存映射知识，IMX6ULL分配给LCD控制器的显存起始地址通常在 0x89000000。

2. 像素颜色格式

• RGB888 ：每个像素点占3个字节，8bit面板，能显示 1670万色。

• RGB565：每个像素点占2个字节（红色5位，绿色6位，蓝色5位），节省内存。

• ARGB：每个像素点占4个字节，多了一个Alpha通道（透明度）。

3. 显存指针操作（核心代码）

如果我们将显存首地址 0x89000000 强制转换为 unsigned int *p，那么屏幕上第 y 行、第 x 列的像素点怎么表示？

c

// 公式：*(p + 屏幕宽度 * y + x) = 颜色值;
*(p + 800 * y + x) = col;

(注：如果屏幕是 800480，那么这里的宽度就是 800)*

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二、 LCD硬件信号线详解

结合硬件框图，LCD接口线比较多，主要分为以下几类：

Q2: LCD有哪几根线？

1. 数据线 ：R0-R7 (红色)、G0-G7 (绿色)、B0-B7 (蓝色)，共24根（RGB888模式）。如果只接16根（如R0-R4, G0-G5, B0-B4），则为RGB565模式。

2. 时钟信号线 ：PCLK。

3. 同步信号线 ：HSYNC、VSYNC。

4. 使能信号线 ：DE。

5. 其他：电源线、地线、背光控制线。

Q3: PCLK、HSYNC、VSYNC、DE 信号线作用？

• PCLK (Pixel Clock，像素时钟)：同步像素点发送的时间间隔。每来一个PCLK脉冲，RGB数据线上就传输一个像素点的数据。

• HSYNC (Horizontal Sync，水平/行同步)：同步每一行发送的时间间隔。告诉屏幕"这一行发完了，准备从下一行的开头开始发"。

• VSYNC (Vertical Sync，垂直/帧同步)：同步每一帧图像的时间间隔。告诉屏幕"这一帧画面发完了，准备从第一行开始重新发下一帧"。

• DE (Data Enable，数据使能)：有效数据区域指示。DE为高电平时，表示当前传输的RGB数据是有效像素；DE为低电平时，表示传输的是消隐区（Blank）数据，屏幕不显示。

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三、 PWM控制原理（背光与占空比）

PWM（脉冲宽度调制）在屏幕背光调节、电机控速中极其常用。

• 基本概念 ：假设计数器时钟是 1MHz（周期 1us），PWM频率设为 1KHz（周期 1ms），那么计数值到 1000 就是一个周期。

• 周期与占空比：

  • PWM周期：由"周期寄存器"决定。

  • PWM占空比：由"采样寄存器"（即比较点）决定。

• 引脚极性：

  • 引脚默认高电平 ：采样寄存器中的值越大 ，高电平时间越长，占空比越大。

  • 引脚默认低电平 ：采样寄存器中的值越大 ，低电平时间越长，占空比越小。

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四、 电容触摸屏（GT9147）驱动开发

现代屏幕不仅用来显示，还能触摸。传统的电阻屏需要校准，而电容屏靠感应电压变化工作，无需校准。

1. 触摸芯片（GT9147）

• I2C设备地址 ：0x5D。

• 核心寄存器：

  • 0x8140：芯片ID（读取为 "9147"）。

  • 0x804D / 0x8056：中断触发方式配置（如 01 表示下降沿触发）。

  • 0x8158 - 0x815B：触控坐标寄存器（存放X、Y坐标）。

2. GT9147 驱动初始化流程

根据流程图，驱动步骤如下：

1. 引脚配置 ：配置 RST 和 INT 引脚的复用功能及电气属性。

2. 硬件复位 ：拉低 RST 引脚，将触摸芯片复位。

3. I2C初始化：初始化I2C控制器，准备与芯片通信。

4. 编写读写函数 ：封装 gt9147_read 和 gt9147_write 基于I2C的函数。

5. 读取芯片ID ：读取 0x8140，校验是否为 "9147"。

6. 配置中断触发 ：向 0x804D/0x8056 写入 01（下降沿触发）。

7. 使能INT中断：配置GPIO为输入，并使能GPIO引脚中断。

8. GIC注册中断：在GIC中断控制器中注册中断号，设置优先级，使能该IRQ通道。

9. 中断服务函数（ISR） ：当手指按下（INT下降沿），触发中断。进入ISR后，读取 0x8158-0x815B 获取X、Y坐标及按下点数，处理完后清除中断标志。

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五、 实战：LCD显示LM75传感器采集的温

结合之前学的I2C读取LM75温度，加上今天的LCD度显示，就能做一个智能温度计了！

Q1: LCD显示LM75传感器采集的温度（上传运行结果）

这里写一下代码实现的逻辑框架

c

// 1. 获取温度函数（基于之前的LM75 I2C代码）
float get_lm75_temperature(void) {
    // 读寄存器、拼接数据、转换
    return temperature_value; 
}

// 2. LCD显示数字与字符（需要字库支持）
void lcd_show_string(int x, int y, char *str, unsigned int color, unsigned int size) {
    // 遍历字符串，调用lcd_show_char在指定位置画点
}

void main() {
    // 初始化
    lcd_init();          // 初始化LCD
    lm75_init();         // 初始化LM75传感器
    lcd_clear(0xFFFFFF); // 刷白屏

    while (1) {
        float temp = get_lm75_temperature();
        
        // 将浮点温度转为字符串，例如 "Temp: 25.5 C"
        char buf[32];
        sprintf(buf, "Temp: %.1f C", temp);
        
        // 在屏幕坐标 (100, 100) 处显示白色字符串
        lcd_show_string(100, 100, buf, 0x000000, 24); // 黑色字体
        
        // 延时，避免刷新过快
        delay(500); 
    }
}

实现步骤说明：

1. 确保移植或编写了基本的LCD画点函数（操作显存 0x89000000）。

2. 准备常用的ASCII字库，实现字符显示函数。

3. 通过I2C定时读取LM75传感器的温度值。

4. 使用 sprintf 将数值格式化，调用LCD字符显示函数进行刷新。

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今日总结与反思

1. LCD的显存操作 ：其实显示的本质就是往内存里填颜色，*(p + 800*y + x) = col 这个公式非常精辟，底层画图全指望它。

2. 信号线的协同：PCLK、HSYNC、VSYNC、DE 构成了屏幕刷新的"交通信号灯"，少一个信号，屏幕就会花屏或撕裂。

3. 触摸屏中断：电容屏不像电阻屏需要一直轮询ADC，它通过INT引脚在按下时主动触发中断，极大地节省了CPU资源。GT9147的驱动流程非常标准：复位 -> 验ID -> 配中断 -> 注册GIC -> 读坐标。

踩坑心得：调试LCD时如果发现花屏，首先检查显存地址和像素格式（RGB565还是RGB888）；调试触摸屏时，如果坐标不对，可能是X、Y轴被交换了，或者屏幕方向（横屏/竖屏）没有做坐标映射转换。