STM32图形显示技术：12个应用案例，从原理到实战演练

# 1. STM32图形显示技术概述

STM32图形显示技术是利用STM32微控制器实现图形显示功能的一系列技术。它主要包括图形显示理论基础、STM32图形显示硬件架构、STM32图形显示软件开发、STM32图形显示应用案例等内容。

STM32图形显示技术在仪表盘显示、图形用户界面、人机交互等领域有着广泛的应用。它具有高性能、低功耗、易于开发等优点，是嵌入式系统图形显示的首选方案。

# 2. 图形显示理论基础

### 2.1 图形显示原理

#### 2.1.1 显示器类型和工作原理

显示器是将图像信号转换成可见光信号的设备。根据工作原理，显示器主要分为两类：

- **CRT（阴极射线管）显示器：**利用电子束轰击荧光屏，产生可见光。CRT显示器具有高亮度、高对比度和宽视角的优点，但体积较大、功耗较高。
- **LCD（液晶显示器）显示器：**利用液晶分子在电场作用下的光学特性变化，控制光线透过率，从而显示图像。LCD显示器具有体积小、功耗低、无辐射的优点，但亮度和对比度不如CRT显示器。

#### 2.1.2 图像格式和颜色模型

图像格式定义了图像数据的存储和组织方式。常见的图像格式包括：

- **BMP（位图）：**一种无损图像格式，每个像素使用一个或多个字节表示颜色。
- **JPEG（联合图像专家组）：**一种有损图像格式，通过压缩算法减少文件大小，但会损失部分图像细节。
- **PNG（便携式网络图形）：**一种无损图像格式，支持透明度和色彩管理。

颜色模型定义了图像中颜色的表示方式。常见的颜色模型包括：

- **RGB（红绿蓝）：**使用红、绿、蓝三种原色混合生成颜色。
- **CMYK（青品黄黑）：**使用青、品、黄、黑四种油墨混合生成颜色，主要用于印刷。
- **HSB（色相、饱和度、亮度）：**根据色相、饱和度和亮度三个参数定义颜色。

### 2.2 图形显示算法

图形显示算法是用于生成和处理图像数据的算法。

#### 2.2.1 图形绘制算法

图形绘制算法用于生成基本图形元素，如线段、圆形和多边形。常用的图形绘制算法包括：

- **Bresenham算法：**用于绘制直线，通过逐点计算像素位置来实现。
- **中点圆算法：**用于绘制圆形，通过计算圆上的像素位置来实现。
- **多边形填充算法：**用于填充多边形，通过扫描线或种子填充等算法实现。

#### 2.2.2 图像处理算法

图像处理算法用于对图像进行各种操作，如滤波、增强和变换。常用的图像处理算法包括：

- **卷积：**通过与卷积核进行卷积运算，实现图像滤波、锐化和边缘检测等操作。
- **直方图均衡化：**通过调整图像直方图，增强图像对比度和亮度。
- **图像变换：**通过几何变换（如平移、旋转、缩放）和颜色变换（如色调调整、饱和度调整）等操作，对图像进行变换。

# 3.1 图形显示控制器

图形显示控制器是图形显示系统中的核心部件，负责管理和控制图形显示数据的处理和输出。STM32微控制器中集成了多种图形显示控制器，包括LCD控制器和GPU。

#### 3.1.1 LCD控制器

LCD控制器（Liquid Crystal Display Controller）负责控制液晶显示器（LCD）的显示内容和刷新。LCD控制器通过接收来自CPU或其他外设的图形数据，将其转换为LCD驱动信号，驱动LCD显示屏上的液晶分子，从而实现图像的显示。

STM32微控制器中的LCD控制器通常支持多种LCD接口，如并行接口和串行接口，并提供丰富的配置选项，如分辨率、颜色深度、刷新率等。

#### 3.1.2 GPU

GPU（Graphics Processing Unit）是一种专门用于处理图形数据的处理器。它可以显著提高图形处理效率，减轻CPU的负担。STM32微控制器中集成的GPU通常支持多种图形加速功能，如2D图形绘制、3D图形渲染、图像处理等。

GPU通过并行处理大量图形数据，可以实现流畅的图形显示和复杂的图形效果。它广泛应用于需要高性能图形处理的应用中，如游戏、视频播放、虚拟现实等。

### 3.2 图形显示接口

图形显示接口是图形显示控制器与外部显示设备（如LCD显示屏）连接的通道。STM32微控制器支持多种图形显示接口，包括并行接口和串行接口。

#### 3.2.1 并行接口

并行接口是一种将数据位并行传输的接口。它通常使用多个数据线同时传输数据，具有较高的传输速度。STM32微控制器中的并行接口通常支持16位或32位数据总线，可以连接到LCD显示屏或其他并行显示设备。

#### 3.2.2 串行接口

串行接口是一种将数据位串行传输的接口。它使用单条数据线逐位传输数据，具有较低的引脚占用率和较高的抗干扰能力。STM32微控制器中的串行接口通常支持多种串行协议，如SPI、I2C、MIPI-DSI等，可以连接到LCD显示屏或其他串行显示设备。

### 3.2.3 接口选择

并行接口和串行接口各有优缺点。并行接口具有较高的传输速度，但引脚占用率较高，对PCB布线和信号完整性要求较高。串行接口具有较低的引脚占用率和较高的抗干扰能力，但传输速度较慢。

在选择图形显示接口时，需要考虑以下因素：

- **分辨率和颜色深度：**高分辨率和高颜色深度需要更高的传输速度，因此更适合使用并行接口。
- **PCB布线和信号完整性：**并行接口需要更多的PCB走线和更高的信号完整性，因此更适合于短距离连接。