1
SPI（Serial Peripheral Interface）四线通信：
2

3
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
4
│                   SPI 总线信号                           │
5
├──────────────────┬──────────────────────────────────────┤
6
│ SCLK (时钟线)     │ 主机产生时钟信号，同步数据传输       │
7
│ MOSI (数据输出)   │ 主机输出 → 从机输入                 │
8
│ MISO (数据输入)   │ 从机输出 → 主机输入                 │
9
│ CS/SS (片选)      │ 选择通信的从机设备                  │
10
└──────────────────┴──────────────────────────────────────┘
11

12
ESP32-S3 SPI2 引脚配置：
13
- SCLK: GPIO_NUM_12
14
- MOSI: GPIO_NUM_11
15
- MISO: GPIO_NUM_13
16
- CS:   GPIO_NUM_48（LCD）

1
SPI Mode 0 时序（本项目采用）：
2

3
SCLK:  ───┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌───
4
          └─┘┘┘┘┘┘┘┘┘┘┘┘┘┘┘
5
          │←时钟周期→│
6

7
MOSI:  ────┬──D7──┬──D6──┬──D5──┬──...
8
          │      │      │      │
9
          └──────┘      └──────┘
10

11
CS:    ───┐                    ┌───
12
          │                    │
13
          └────────────────────┘
14
          │← 传输期间保持低电平 →│
15

16
特点：
17
- 时钟空闲低电平
18
- 上升沿采样数据
19
- 下降沿输出数据

1
LCD 模块控制引脚：
2

3
┌─────────────────────────────────────────────┐
4
│            LCD 控制信号                      │
5
├─────────────────┬───────────────────────────┤
6
│ CS (片选)       │ GPIO_NUM_48               │
7
│                 │ 选择 LCD 进行通信          │
8
├─────────────────┼───────────────────────────┤
9
│ DC/WR (数据/命令)│ GPIO_NUM_47              │
10
│                 │ 0: 发送命令               │
11
│                 │ 1: 发送数据               │
12
├─────────────────┼───────────────────────────┤
13
│ RST (复位)      │ GPIO_NUM_21               │
14
│                 │ 硬件复位 LCD              │
15
├─────────────────┼───────────────────────────┤
16
│ BL (背光)       │ GPIO_NUM_40               │
17
│                 │ 控制背光亮度              │
18
└─────────────────┴───────────────────────────┘

1
ST7789 LCD 控制器特性：
2

3
- 分辨率: 240x240 像素
4
- 颜色深度: 16-bit RGB565
5
- 接口: SPI
6
- 内置显存（GRAM）
7
- 支持部分区域更新
8

9
RGB565 颜色格式：
10
┌─────────────────────────────────────────────┐
11
│ Bit: 15 14 13 12 11 | 10 9 8 7 6 | 5 4 3 2 1 0 │
12
│      │←─ R (5bit) ─→│ │←─ G (6bit) ─→│ │←─ B (5bit) ─→│
13
└─────────────────────────────────────────────┘
14

15
颜色计算：
16
- RED = 0xF800 (11111 000000 00000)
17
- GREEN = 0x07E0 (00000 111111 00000)
18
- BLUE = 0x001F (00000 000000 11111)

1
┌─────────────────────────────────────────────┐
2
│                  app_main()                 │
3
│              (main/main.c)                  │
4
└───────────────────┬─────────────────────────┘
5
                    │
6
                    ▼
7
┌─────────────────────────────────────────────┐
8
│                 lcd_init()                  │
9
│           (components/LCD/lcd.c)            │
10
└───────────────────┬─────────────────────────┘
11
                    │
12
        ┌───────────┼───────────┐
13
        │                       │
14
        ▼                       ▼
15
┌───────────────┐       ┌───────────────┐
16
│  spi2_init()  │       │ GPIO 控制引脚 │
17
│ (components/  │       │ DC/RST/BL     │
18
│   SPI/spi.c)  │       │               │
19
└───────┬───────┘       └───────────────┘
20
        │
21
        ▼
22
┌─────────────────────────────────────────────┐
23
│           ESP-IDF SPI 驱动                  │
24
│    spi_bus_initialize()                     │
25
│    spi_bus_add_device()                     │
26
└─────────────────────────────────────────────┘

1
lcd_show_char()      显示单个字符
2
    │
3
    ├── lcd_set_window()  设置显示区域
4
    │       │
5
    │       ├── lcd_write_cmd(0x2A)  列地址命令
6
    │       ├── lcd_write_data16()   列地址数据
7
    │       ├── lcd_write_cmd(0x2B)  行地址命令
8
    │       └── lcd_write_data16()   行地址数据
9
    │
10
    └── lcd_write_data16()  写入像素颜色
11
            │
12
            ├── LCD_DC(1)  设置数据模式
13
            └── spi2_write_data()  SPI 发送
14

15
lcd_show_string()    显示字符串
16
    │
17
    └── 循环调用 lcd_show_char()
18

19
lcd_show_num()       显示数字
20
    │
21
    ├── lcd_pow()    计算幂次
22
    └── lcd_show_char() 逐位显示
23

24
lcd_clear()          清屏
25
    │
26
    ├── lcd_set_window(0,0,239,239)  全屏区域
27
    └── lcd_write_datan()  批量写入背景色

1
void spi2_init(void)
2
{
3
    spi_bus_config_t  spibus_structure = {
4
        .flags = SPICOMMON_BUSFLAG_MASTER,     // 主机模式标志
5
        .isr_cpu_id = INTR_CPU_ID_AUTO,        // 中断 CPU 自动分配
6
        .max_transfer_sz = 240 * 240 * 2,      // 最大传输大小（像素数据）
7
        .miso_io_num = GPIO_NUM_13,            // MISO 引脚
8
        .mosi_io_num = GPIO_NUM_11,            // MOSI 引脚
9
        .sclk_io_num = GPIO_NUM_12,            // SCLK 引脚
10
        .quadhd_io_num = -1,                   // 不使用 Quad SPI
11
        .quadwp_io_num = -1,                   // 不使用 Quad SPI
12
    };
13
    spi_bus_initialize(SPI2_HOST,              // SPI2 主机
14
                       &spibus_structure,
15
                       SPI_DMA_CH_AUTO);       // DMA 通道自动分配
16
}

1
LCD 显示区域 (240x240)：
2

3
     0              xstar            xend            239
4
     │                │                │              │
5
  0  ├────────────────┼────────────────┼──────────────┤
6
     │                │                │              │
7
ystar├────────────────┼────────────────┼──────────────┤
8
     │                │┌───────────────┐│              │
9
     │                ││               ││              │
10
     │                ││  显示窗口     ││              │
11
     │                ││               ││              │
12
yend ├────────────────┼───────────────┼──────────────┤
13
     │                │                │              │
14
239  ├────────────────┼────────────────┼──────────────┤
15

16
设置窗口后，写入的数据仅显示在该区域

1
void lcd_show_char(uint8_t line,uint8_t column,uint8_t chr,uint16_t fontcolor,uint16_t backgroundcolor)
2
{
3
    uint8_t i , j = 0 ;
4
    uint8_t chr_index = 0 ;
5
    uint8_t chr_temp = 0 ;
6

7
    // 设置字符显示区域（16x32 像素）
8
    lcd_set_window( (column - 1) * 16 , (line - 1) * 32 + 8 ,column * 16 - 1 , line * 32 + 7 );
9

10
    // 遍历字模数据（64字节，每字节8位）
11
    for( i = 0 ; i < 64 ; i++ )
12
    {
13
        chr_temp = ascii_3216[chr - ' '][i];  // 取字模数据
14

15
        for( j = 0 ; j < 8 ; j++ )
16
        {
17
            if( chr_temp & ( 0x01 << j ) )    // 位为1：显示字体颜色
18
            {
19
                lcd_write_data16(fontcolor);
20
            }
21
            else                               // 位为0：显示背景颜色
22
            {
23
                lcd_write_data16(backgroundcolor);
24
            }
25
            chr_index++;
26
            if( chr_index == 16 )              // 每行16像素，换行
27
            {
28
                chr_index = 0 ;
29
                break;
30
            }
31
        }
32
    }
33
}

1
ASCII 字符 'A' 的字模（32x16 点阵）：
2

3
每个字符占 64 字节（32行 × 16列 / 8位）
4

5
┌─────────────────┐
6
│     ██████      │  ← 字模数据按位表示像素
7
│    ██    ██     │    1: 字体颜色
8
│    ██    ██     │    0: 背景颜色
9
│    ████████     │
10
│    ██    ██     │
11
│    ██    ██     │
12
│    ██    ██     │
13
└─────────────────┘
14

15
存储格式：每行2字节（16位）
16
共32行 × 2字节 = 64字节

1
// LCD 初始化序列（ST7789 控制器）
2

3
lcd_write_cmd(0x11);     // Sleep Out（退出睡眠）
4
vTaskDelay(120);         // 必须延时
5

6
lcd_write_cmd(0xB2);     // Porch Setting（门控设置）
7
lcd_write_data(0x0C);    // Back porch
8
lcd_write_data(0x0C);    // Front porch
9
...
10

11
lcd_write_cmd(0x36);     // Memory Data Access Control（显示方向）
12
lcd_write_data(0x70);    // 横屏/竖屏设置
13

14
lcd_write_cmd(0x3A);     // Color Format（颜色格式）
15
lcd_write_data(0x05);    // 16-bit RGB565
16

17
lcd_write_cmd(0x21);     // Display Inversion On（反转显示）
18
lcd_write_cmd(0x29);     // Display On（开启显示）
19
lcd_write_cmd(0x2C);     // Memory Write（开始写显存）

1
lcd_init() 执行流程：
2

3
┌─────────────────┐
4
│  spi2_init()    │ ◄── SPI 总线初始化
5
└───────┬─────────┘
6
        │
7
        ▼
8
┌─────────────────┐
9
│ 添加 SPI 设备   │ ◄── spi_bus_add_device()
10
│ (CS=GPIO48)     │
11
└───────┬─────────┘
12
        │
13
        ▼
14
┌─────────────────┐
15
│ 配置 GPIO 控制  │ ◄── DC, BL, RST 引脚
16
│ (GPIO 47,40,21) │
17
└───────┬─────────┘
18
        │
19
        ▼
20
┌─────────────────┐
21
│ lcd_hard_reset()│ ◄── 硬件复位
22
└───────┬─────────┘
23
        │
24
        ▼
25
┌─────────────────┐
26
│   lcd_on()      │ ◄── 开启背光
27
└───────┬─────────┘
28
        │
29
        ▼
30
┌─────────────────┐
31
│ 发送初始化命令  │ ◄── 配置显示参数
32
│ (0x11,0xB2...)  │
33
└───────┬─────────┘
34
        │
35
        ▼
36
┌─────────────────┐
37
│   lcd_clear()   │ ◄── 清屏
38
└─────────────────┘