專為創(chuàng)客社區(qū)設(shè)計的微處理器板不僅吸引了渴望進入電子領(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。獨立顧問、新創(chuàng)公司和大型工程組織內(nèi)的團隊在開發(fā)新產(chǎn)品時，都面臨著巨大的時間和成本壓力。通過使用經(jīng)濟實惠的開發(fā)板、擴展模塊以及創(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臺，實現(xiàn)像無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展板，可以利用像Arduino這樣的既有生態(tài)系統(tǒng)，以一種簡單的方法添加特殊功能，例如運動或環(huán)境感應(yīng)、人體檢測、接近感應(yīng)、MEMS 麥克風、GPS 接收器或其他功能。這些資源可幫助工程師加快概念驗證的建立和運行速度。

創(chuàng)建專業(yè)的用戶界面

典型的創(chuàng)客方式是構(gòu)建基于試驗板的簡單項目，使用機械開關(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)計導入 LCD 模塊或圖形 TFT 顯示屏設(shè)計，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，它們可能是使用單獨的電線連接的分線板，也可能設(shè)計為直接插入主板的擴展針座。有多個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)計成與單獨的驅(qū)動器板配合使用，這會帶來復雜的連接挑戰(zhàn)。如果無法將顯示屏直接插入驅(qū)動器，則可能需要適配器。另一方面，如果驅(qū)動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)計成直接插入常用開發(fā)板的擴展針座，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，并附帶三個串行接口、一個 I2C 端口，以及一個可選擇 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行。通常可通過調(diào)整配套軟件庫附帶的代碼示例，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。還有一種替代方法，即使用圖形工具來設(shè)計 GUI，然后使用開源工具或?qū)Ｓ泄ぞ邉?chuàng)建相應(yīng)的代碼，以簡化該任務(wù)。

方法 1.GUI 編碼

要在屏幕上實現(xiàn)一些基本的觸摸感應(yīng)按鈕，設(shè)計應(yīng)該考慮按鈕的形狀、大小和位置、顏色，以及向用戶確認已檢測到觸摸操作的可見響應(yīng)。合適的響應(yīng)可能包括短時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)。

通常可通過檢查創(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、圓形和文本等對象。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、用于激活 SD 卡控制器或 TFT 驅(qū)動器 IC 的正確片選引腳編號，等等。

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

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觸摸點。圖 2 中的代碼摘錄描述了觸摸檢測如何更改選定顏色的按鈕。

圖 2：通過檢測觸摸點來控制按鈕。

開源代碼有許多優(yōu)勢，其中一點是，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，然后就可以比較輕松地強化特性，例如通過添加文本來描述每個按鈕的功能（例如開始/停止、前進、倒退或菜單選擇）等。

另一種方法可用于創(chuàng)建功能更強大的控制面板，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。可以在控制器板存儲器（例如 Arduino 板載閃存或 SD 卡）中存儲一個或多個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。

可使用多個示例來演示如何從存儲器檢索 .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。可在線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)計方法與編程混合使用，幫助創(chuàng)建復雜的用戶界面。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。EMACS 可以自動生成代碼，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：矢量圖形編輯器這類應(yīng)用使用 24 位色，而一些創(chuàng)客板不支持標準的 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 RGB 5:6:5 計算器，針對任意所需顏色，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 板為一個簡單家庭自動化系統(tǒng)開發(fā)菜單型用戶界面時，也解決了8:8:8 到 5:6:5 的顏色轉(zhuǎn)換問題。此演示包含多個不同的屏幕，以便家庭自動化用戶能夠控制房屋內(nèi)的各種系統(tǒng)，并且允許調(diào)整亮度和休眠時間等主要用戶界面偏好。設(shè)置休眠時間，在保持非活動狀態(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)測電池電壓來構(gòu)建作為充電狀態(tài)指標器的電池電量計。當電壓跌至閾值水平時，填充電池圖標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 的板載閃存中存儲的而不是在顯示屏模塊的 SD 卡中存儲的圖像，且基于Adafruit_ILI9341庫中的示例。

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，例如攝像機輸入接口和 I2S 及 CAN 總線接口。

自動生成代碼

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，無需任何花費便可開始開發(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)計人員提供了一種低成本的方法，通過向項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、時鐘、標簽、動畫或其他物件。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 自動完成編碼，并且可在編譯器 IDE 中對代碼進行任何修改。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項目的寶貴資源。除了提供建立快速概念驗證的部件之外，還有機會創(chuàng)建外觀和風格均與最終產(chǎn)品預(yù)期非常接近的復雜原型。

市場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單的功能代碼，或使用免費的在線圖形工具或 Visual TFT 這類專有環(huán)境來構(gòu)建定制 GUI。許多可靠的社區(qū)項目都提供在線訪問服務(wù)，通過這些項目可幫助專業(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。