專為創(chuàng)客社區(qū)設(shè)計(jì)的微處理器板不僅吸引了渴望進(jìn)入電子領(lǐng)域的發(fā)明家們的目光，也吸引了專業(yè)工程師們的目光。獨(dú)立顧問、新創(chuàng)公司和大型工程組織內(nèi)的團(tuán)隊(duì)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，都面臨著巨大的時(shí)間和成本壓力。通過使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的開發(fā)板、擴(kuò)展模塊以及創(chuàng)客社區(qū)中不斷完善的代碼示例，可以化解這些壓力。

利用現(xiàn)成的硬件可以快速配置試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)像無(wú)線連接這樣的基本功能。通過消除讓射頻電路正常工作或編寫底層驅(qū)動(dòng)程序等挑戰(zhàn)性的工作，工程師可以快速將他們的注意力轉(zhuǎn)移到為其應(yīng)用開發(fā)更高層次的差異化功能上。

市面上有眾多廠商提供各種各樣的擴(kuò)展板，可以利用像Arduino這樣的既有生態(tài)系統(tǒng)，以一種簡(jiǎn)單的方法添加特殊功能，例如運(yùn)動(dòng)或環(huán)境感應(yīng)、人體檢測(cè)、接近感應(yīng)、MEMS 麥克風(fēng)、GPS 接收器或其他功能。這些資源可幫助工程師加快概念驗(yàn)證的建立和運(yùn)行速度。

創(chuàng)建專業(yè)的用戶界面

典型的創(chuàng)客方式是構(gòu)建基于試驗(yàn)板的簡(jiǎn)單項(xiàng)目，使用機(jī)械開關(guān)和 LED 演示主要功能。要獲得外觀更專業(yè)的用戶界面，可設(shè)計(jì)導(dǎo)入 LCD 模塊或圖形 TFT 顯示屏設(shè)計(jì)，并結(jié)合按鈕、小鍵盤或觸摸屏傳感器。

有多種彩色圖形 TFT-LCD 適合與流行的創(chuàng)客板搭配使用。根據(jù)具體型號(hào)，它們可能是使用單獨(dú)的電線連接的分線板，也可能設(shè)計(jì)為直接插入主板的擴(kuò)展針座。有多個(gè)品牌提供了合適的顯示屏，其中包括像Adafruit、DFRobot和Mikroelektronika這樣的創(chuàng)客們非常熟悉的品牌，以及像FTDI這樣的可能在專業(yè)工程師的圈內(nèi)更為熟悉的品牌。常見的產(chǎn)品包括尺寸小于 1 英寸的微型彩色 TFT，到類似2.8 英寸 Adafruit 1770這樣的觸摸屏，以及 5 英寸以上的更大觸摸屏。這些顯示屏通常還提供 SD 卡插槽，適用于存儲(chǔ)將在屏幕上顯示的位圖圖像。

將板和屏幕組裝到一起

顯示屏可能設(shè)計(jì)成與單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器板配合使用，這會(huì)帶來復(fù)雜的連接挑戰(zhàn)。如果無(wú)法將顯示屏直接插入驅(qū)動(dòng)器，則可能需要適配器。另一方面，如果驅(qū)動(dòng)器已集成到顯示屏中，則可免除用戶的接線任務(wù)。

有些顯示屏（例如 DFRobotDFR0387）設(shè)計(jì)成直接插入常用開發(fā)板的擴(kuò)展針座，從而構(gòu)建出可以輕松內(nèi)置到前面板或便攜式外殼的簡(jiǎn)潔組件。這種 3.5 英寸觸摸屏顯示屏具有 320 x 480 像素的分辨率，并附帶三個(gè)串行接口、一個(gè) I2C 端口，以及一個(gè)可選擇 5 V 或 3.3 V 輸出的 5 V 電源，可與 ArduinoDUE 板一起使用。

正確連接硬件后，顯示屏很快便可以正常運(yùn)行。通?？赏ㄟ^調(diào)整配套軟件庫(kù)附帶的代碼示例，來自定義包含按鈕或滑塊的 GUI，確定按鈕或滑塊的屏幕位置，選擇顏色，以及定義觸摸坐標(biāo)。還有一種替代方法，即使用圖形工具來設(shè)計(jì) GUI，然后使用開源工具或?qū)Ｓ泄ぞ邉?chuàng)建相應(yīng)的代碼，以簡(jiǎn)化該任務(wù)。

方法 1.GUI 編碼

要在屏幕上實(shí)現(xiàn)一些基本的觸摸感應(yīng)按鈕，設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮按鈕的形狀、大小和位置、顏色，以及向用戶確認(rèn)已檢測(cè)到觸摸操作的可見響應(yīng)。合適的響應(yīng)可能包括短時(shí)或永久更改按鈕的顏色，將按鈕周邊更改為其他顏色，隱藏按鈕，或在屏幕上展示其他用戶界面或圖像。觸摸屏區(qū)域需要映射到相同的總體顯示屏區(qū)域，并且需要編寫代碼來檢測(cè)這些按鈕區(qū)域內(nèi)的觸摸操作，以及生成相應(yīng)的響應(yīng)。

通?？赏ㄟ^檢查創(chuàng)客模塊附帶的示例應(yīng)用來化解編碼挑戰(zhàn)。其中一個(gè)示例應(yīng)用是 Adafruit 的 graphicstest，該應(yīng)用可在顯示屏上繪制線條、圓點(diǎn)、圓形和文本等對(duì)象。通過檢查這些示例的源代碼，可以獲得關(guān)于如何創(chuàng)建用于展示圖形或圖像的自定義應(yīng)用的基本信息，例如控制硬件所需的庫(kù)、用于激活 SD 卡控制器或 TFT 驅(qū)動(dòng)器 IC 的正確片選引腳編號(hào)，等等。

用于電容式觸摸顯示屏的 Adafruit FT6206 庫(kù)包含示例程序 CapTouchPaint，該程序會(huì)創(chuàng)建五個(gè)觸摸感應(yīng)按鈕，供用戶選擇使用紅色、黃色、綠色、青色、藍(lán)色或品紅色進(jìn)行著色。屏幕的剩余部分可用于著色，并在觸摸后會(huì)呈現(xiàn)所選顏色的圓點(diǎn)或線條。

CapTouchPaint 源代碼顯示了如何在指定的位置創(chuàng)建一組具有指定大小、形狀和顏色的觸摸感應(yīng)按鈕。圖 1 中的代碼顯示了如何在屏幕上繪制彩色選擇框。默認(rèn)選擇設(shè)為紅色，并指示為方框周圍的白色邊沿。

圖 1：用于在 TFT 顯示屏上繪制彩色選擇框的 Adafruit 演示代碼。

CapTouchPaint 示例還顯示了如何檢測(cè)觸摸點(diǎn)。圖 2 中的代碼摘錄描述了觸摸檢測(cè)如何更改選定顏色的按鈕。

圖 2：通過檢測(cè)觸摸點(diǎn)來控制按鈕。

開源代碼有許多優(yōu)勢(shì)，其中一點(diǎn)是，用戶可以自由地使用和調(diào)整自己程序內(nèi)的代碼。使用開源代碼可以占得先機(jī)，然后就可以比較輕松地強(qiáng)化特性，例如通過添加文本來描述每個(gè)按鈕的功能（例如開始/停止、前進(jìn)、倒退或菜單選擇）等。

另一種方法可用于創(chuàng)建功能更強(qiáng)大的控制面板，即，以圖形方式將用戶界面描述為將要寫入到顯示屏的位圖?？梢栽?a target="_blank">控制器板存儲(chǔ)器（例如 Arduino 板載閃存或 SD 卡）中存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)描述各種用戶界面屏幕的 .bmp 圖像文件。圖 3 顯示了如何通過將 SD 卡中的 .h 庫(kù)文件添加到“include”列表中，使代碼能夠檢索卡中的數(shù)據(jù)。

圖 3：使應(yīng)用能夠與 SD 卡通信。

可使用多個(gè)示例來演示如何從存儲(chǔ)器檢索 .bmp 文件，并在顯示屏中展示該圖像。圖 4 顯示了 Adafruit spitftbitmap 示例中的一段代碼摘錄，該代碼專為1.44 英寸 2088和其他類似尺寸 Adafruit TFT 顯示屏中使用的控制器而編寫?？稍诰€獲取許多替代位圖查看器程序。

圖 4：用于顯示位圖文件的 TFT 控制器代碼。

方法 2.使用圖形設(shè)計(jì)工具

Memory Imprint Studio 發(fā)表的一篇博客中建議了如何將圖形設(shè)計(jì)方法與編程混合使用，幫助創(chuàng)建復(fù)雜的用戶界面。該博客建議使用開源的 Inkscape 編輯器等矢量圖形編輯器來創(chuàng)建表示為圖形 SVG 文件的用戶界面的外觀和風(fēng)格。將畫板大小設(shè)為與所選 TFT LCD 相同的大小，這將確保在顯示屏上精確地復(fù)制按鈕、滑塊或其他物件的位置。

該博客還建議使用 EMACS 開源文檔操作工具，從 SVG 文件提取坐標(biāo)。EMACS 可以自動(dòng)生成代碼，描述圖形布局，然后將其上傳到 Arduino。此處描述的方法還參考了以下事實(shí)：矢量圖形編輯器這類應(yīng)用使用 24 位色，而一些創(chuàng)客板不支持標(biāo)準(zhǔn)的 24 位色，但可能支持 16 位或 18 位色深。為幫助開發(fā)人員確保以所需的顏色渲染屏幕上的圖形，Memory Imprint Studio 提供了一個(gè) RGB 5:6:5 計(jì)算器，針對(duì)任意所需顏色，以兼容 Arduino 的 5:6:5 格式生成正確的等效十六進(jìn)制代碼。

Jeremy Saglimbeni 是許多 Adafruit 用戶熟悉的一位創(chuàng)客，他在使用 Adafruit 彩色 TFT 顯示屏和 Arduino 板為一個(gè)簡(jiǎn)單家庭自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)菜單型用戶界面時(shí)，也解決了8:8:8 到 5:6:5 的顏色轉(zhuǎn)換問題。此演示包含多個(gè)不同的屏幕，以便家庭自動(dòng)化用戶能夠控制房屋內(nèi)的各種系統(tǒng)，并且允許調(diào)整亮度和休眠時(shí)間等主要用戶界面偏好。設(shè)置休眠時(shí)間，在保持非活動(dòng)狀態(tài)幾秒鐘后關(guān)閉顯示屏背光，這有助于節(jié)省電池供電型應(yīng)用的電能。它還顯示了如何通過定期監(jiān)測(cè)電池電壓來構(gòu)建作為充電狀態(tài)指標(biāo)器的電池電量計(jì)。當(dāng)電壓跌至閾值水平時(shí)，填充電池圖標(biāo)的剩余像素的顏色將變?yōu)榧t色，以向查看者發(fā)出可視化警告。

在 Instructables 這樣的創(chuàng)意分享網(wǎng)站可找到在受 ILI9341 芯片控制的 TFT 顯示屏（如Adafruit 1770和其他顯示屏）上繪制圖形的更多幫助。此示例顯示了如何顯示在 Arduino 的板載閃存中存儲(chǔ)的而不是在顯示屏模塊的 SD 卡中存儲(chǔ)的圖像，且基于Adafruit_ILI9341庫(kù)中的示例。

FTDI 通過在其網(wǎng)站提供演示程序，為類似的開發(fā)方法提供支持。這些程序可以與CleO50A等 FTDI 顯示屏配合使用，該顯示屏還提供了其他硬件接口，例如攝像機(jī)輸入接口和 I2S 及 CAN 總線接口。

自動(dòng)生成代碼

由于開源軟件可以自由地使用和修改，因此可通過利用現(xiàn)有的代碼示例和其他創(chuàng)客分享的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)需任何花費(fèi)便可開始開發(fā)圖形用戶界面。

圖 5：MikroElektronika Visual TFT 幫助創(chuàng)客使用拖放操作創(chuàng)建復(fù)雜的 GUI。

如果開發(fā)預(yù)算中可以騰出一些工具預(yù)算，則可采用類似Mikroelektronika Visual TFT（圖 5）這樣的環(huán)境，它為設(shè)計(jì)人員提供了一種低成本的方法，通過向項(xiàng)目中拖放所需的可視化元素來創(chuàng)建 GUI。這些元素可能是按鈕、滑塊、時(shí)鐘、標(biāo)簽、動(dòng)畫或其他物件。用戶可以同使用矢量圖形編輯器一樣創(chuàng)建圖層、組合組件，以及定義驅(qū)動(dòng)底層嵌入式系統(tǒng)的事件。作為統(tǒng)一工作流的一部分，GUI 以 mikroC、mikroBasic 或 mikroPascal 自動(dòng)完成編碼，并且可在編譯器 IDE 中對(duì)代碼進(jìn)行任何修改。Visual TFT 本身支持所有 Mikroelektronika 板和控制器，以及 FTDI 的 EVE GUI 平臺(tái)和圖形控制器。Visual TFT 最近還集成了編譯器，從而允許用戶順利完成以圖形方式構(gòu)思創(chuàng)意到最終完成 GUI 代碼的完整過程。

總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)上存在廣泛的創(chuàng)客硬件及相關(guān)開源代碼選擇，為專業(yè)工程師提供了快速啟動(dòng)項(xiàng)目的寶貴資源。除了提供建立快速概念驗(yàn)證的部件之外，還有機(jī)會(huì)創(chuàng)建外觀和風(fēng)格均與最終產(chǎn)品預(yù)期非常接近的復(fù)雜原型。

市場(chǎng)上有眾多廠商在提供觸摸感應(yīng)彩色圖形顯示屏，都能讓工程師快速實(shí)現(xiàn)具有專業(yè)外觀的用戶界面。具體可操作的方法很多，如利用示例程序直接編寫簡(jiǎn)單的功能代碼，或使用免費(fèi)的在線圖形工具或 Visual TFT 這類專有環(huán)境來構(gòu)建定制 GUI。許多可靠的社區(qū)項(xiàng)目都提供在線訪問服務(wù)，通過這些項(xiàng)目可幫助專業(yè)工程師們與創(chuàng)客社區(qū)建立聯(lián)系，并為社區(qū)的持續(xù)成功做出貢獻(xiàn)。