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在联盛德HLK-W806上玩转单色LCD：用ST7567自制一个极简天气站（附开源代码）

news 2026/6/8 3:05:53

用联盛德HLK-W806驱动ST7567 LCD打造迷你天气站

在物联网和嵌入式开发领域，能够将硬件驱动与实用功能结合的项目总是格外吸引人。今天我们要探讨的，是如何利用联盛德HLK-W806开发板，通过SPI接口驱动ST7567单色LCD屏幕，构建一个功能完整、外观精致的桌面天气显示设备。这个项目不仅涵盖了SPI通信、LCD驱动等基础技术，更重要的是展示了如何将这些技术整合成一个真正有用的产品。

1. 硬件准备与环境搭建

1.1 所需硬件组件

要完成这个天气站项目，我们需要以下硬件组件：

  • 联盛德HLK-W806开发板：作为主控制器，这款国产RISC-V芯片开发板性价比极高
  • ST7567 LCD模块：128x64分辨率的单色液晶屏，价格低廉且易于驱动
  • DHT11温湿度传感器：用于获取环境数据（可选）
  • 面包板和连接线：用于临时搭建电路
  • USB转TTL模块：用于程序烧录和调试

1.2 开发环境配置

联盛德W806支持多种开发环境，这里我们选择在Windows下使用CDK IDE进行开发：

  1. 下载并安装CDK集成开发环境
  2. 获取WM-SDK-W806开发包
  3. 配置工具链路径
  4. 新建项目并导入必要的库文件
# 示例：克隆WM-SDK-W806仓库 git clone https://github.com/winner-micro/wm-sdk-w806.git

1.3 硬件连接

ST7567 LCD与W806的连接方式如下表所示：

LCD引脚W806引脚功能说明
CSBPB14片选信号
RESETPB10复位信号
AOPB11命令/数据选择
SCLKPB15SPI时钟
SDAPB17SPI数据线
VDD3.3V电源正极
VSSGND电源地

提示：背光LED可以连接到一个GPIO引脚，方便程序控制亮度

2. ST7567 LCD驱动实现

2.1 SPI通信基础

ST7567支持4线SPI通信模式，我们需要在W806上配置SPI接口：

// SPI初始化代码示例 void SPI_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; // 配置SPI引脚 GPIO_InitStruct.Pin = ST7567_SCK_PIN | ST7567_MOSI_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(ST7567_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct); // 配置SPI参数 SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct = {0}; SPI_InitStruct.Mode = SPI_MODE_MASTER; SPI_InitStruct.Direction = SPI_DIRECTION_1LINE_TX; SPI_InitStruct.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; SPI_InitStruct.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; SPI_InitStruct.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; SPI_InitStruct.NSS = SPI_NSS_SOFT; SPI_InitStruct.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; HAL_SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct); }

2.2 LCD初始化序列

ST7567需要按照特定顺序发送初始化命令才能正常工作：

void ST7567_Init(void) { // 硬件复位 HAL_GPIO_WritePin(ST7567_RES_PORT, ST7567_RES_PIN, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(10); HAL_GPIO_WritePin(ST7567_RES_PORT, ST7567_RES_PIN, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(10); // 发送初始化命令序列 ST7567_WriteCommand(ST7567_DISPLAY_OFF); ST7567_WriteCommand(ST7567_SET_START_LINE | 0x00); ST7567_WriteCommand(ST7567_SEG_DIRECTION_REVERSE); ST7567_WriteCommand(ST7567_COM_DIRECTION_NORMAL); ST7567_WriteCommand(ST7567_BIAS_1_9); ST7567_WriteCommand(ST7567_POWER_CONTROL | 0x07); // 开启所有电源电路 ST7567_WriteCommand(ST7567_REGULATION_RATIO | ST7567_REGULATION_RATIO_5_0); ST7567_WriteCommand(ST7567_SET_EV); ST7567_WriteCommand(0x20); // 设置对比度 ST7567_WriteCommand(ST7567_DISPLAY_ON); ST7567_WriteCommand(ST7567_ALL_PIXEL_NORMAL); // 清屏 ST7567_Clear(); ST7567_UpdateScreen(); }

2.3 基本图形绘制函数

要实现天气显示，我们需要一些基本的图形绘制功能：

// 绘制像素点 void ST7567_DrawPixel(uint16_t x, uint16_t y, uint8_t color) { if(x >= ST7567_WIDTH || y >= ST7567_HEIGHT) return; if(color) { buffer[x + (y/8)*132] |= (1 << (y%8)); } else { buffer[x + (y/8)*132] &= ~(1 << (y%8)); } } // 绘制直线 void ST7567_DrawLine(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1, uint8_t color) { int dx = abs(x1-x0), sx = x0<x1 ? 1 : -1; int dy = abs(y1-y0), sy = y0<y1 ? 1 : -1; int err = (dx>dy ? dx : -dy)/2, e2; while(1){ ST7567_DrawPixel(x0,y0,color); if (x0==x1 && y0==y1) break; e2 = err; if (e2 >-dx) { err -= dy; x0 += sx; } if (e2 < dy) { err += dx; y0 += sy; } } } // 绘制字符 void ST7567_DrawChar(uint8_t x, uint8_t y, char ch, FontDef font, uint8_t color) { uint32_t i, b, j; for(i = 0; i < font.height; i++) { b = font.data[(ch - 32) * font.height + i]; for(j = 0; j < font.width; j++) { if((b << j) & 0x8000) { ST7567_DrawPixel(x+j, y+i, color); } } } }

3. 天气数据获取与处理

3.1 本地传感器数据采集

如果使用DHT11等本地传感器获取环境数据，可以参考以下代码：

#include "dht11.h" void ReadSensorData(void) { DHT11_Data data; if(DHT11_ReadData(&data) == DHT11_OK) { currentTemp = data.temperature; currentHumidity = data.humidity; } }

3.2 网络API获取天气数据

对于更全面的天气信息，我们可以从网络API获取：

void GetWeatherFromAPI(void) { // 创建HTTP请求 char request[256]; snprintf(request, sizeof(request), "GET /data/2.5/weather?q=%s&appid=%s HTTP/1.1\r\n" "Host: api.openweathermap.org\r\n" "Connection: close\r\n\r\n", CITY_NAME, API_KEY); // 发送请求并处理响应 if(W806_HTTP_Request("api.openweathermap.org", 80, request, responseBuffer)) { ParseWeatherJSON(responseBuffer); } }

3.3 数据解析与存储

从API获取的JSON数据需要解析并存储：

void ParseWeatherJSON(char *json) { cJSON *root = cJSON_Parse(json); if(root) { cJSON *main = cJSON_GetObjectItem(root, "main"); if(main) { currentTemp = cJSON_GetObjectItem(main, "temp")->valuedouble; currentHumidity = cJSON_GetObjectItem(main, "humidity")->valuedouble; } cJSON *weather = cJSON_GetArrayItem(cJSON_GetObjectItem(root, "weather"), 0); if(weather) { strncpy(weatherDescription, cJSON_GetObjectItem(weather, "description")->valuestring, sizeof(weatherDescription)-1); } cJSON_Delete(root); } }

4. 用户界面设计与实现

4.1 界面布局设计

一个简洁有效的天气站界面可以包含以下元素：

  • 顶部：当前日期和时间
  • 中部：主要天气信息（温度、湿度、天气图标）
  • 底部：天气预报摘要和空气质量指数

4.2 天气图标绘制

我们可以为不同天气条件设计简单的图标：

void DrawWeatherIcon(uint8_t x, uint8_t y, WeatherType type) { switch(type) { case SUNNY: // 绘制太阳 ST7567_DrawCircle(x+8, y+8, 6, 1); for(int i=0; i<8; i++) { ST7567_DrawLine(x+8, y+8, x+8 + 10*cos(i*M_PI/4), y+8 + 10*sin(i*M_PI/4), 1); } break; case CLOUDY: // 绘制云朵 ST7567_DrawCircle(x+5, y+8, 4, 1); ST7567_DrawCircle(x+10, y+8, 5, 1); ST7567_DrawCircle(x+15, y+8, 4, 1); break; // 其他天气类型... } }

4.3 完整界面刷新逻辑

主循环中的界面刷新需要考虑性能优化：

void MainLoop(void) { uint32_t lastUpdate = 0; uint32_t lastSensorRead = 0; while(1) { uint32_t now = HAL_GetTick(); // 每30秒读取一次传感器 if(now - lastSensorRead > 30000) { ReadSensorData(); lastSensorRead = now; } // 每小时获取一次网络天气 if(now - lastWeatherUpdate > 3600000) { GetWeatherFromAPI(); lastWeatherUpdate = now; } // 每秒刷新一次时间显示 if(now - lastUpdate > 1000) { UpdateTimeDisplay(); lastUpdate = now; } // 根据变化决定是否重绘界面 if(displayNeedsRefresh) { ST7567_Clear(); DrawMainInterface(); ST7567_UpdateScreen(); displayNeedsRefresh = 0; } HAL_Delay(100); } }

5. 项目优化与扩展

5.1 低功耗优化

对于电池供电的应用，我们可以采取以下措施降低功耗：

  1. 降低MCU工作频率
  2. 使用睡眠模式
  3. 减少屏幕刷新频率
  4. 关闭背光或使用PWM调光
void EnterLowPowerMode(void) { // 设置CPU频率 HAL_CMU_SetSysClockFreq(CMU_SYS_CLK_32M); // 配置SPI时钟分频 SPI_InitStruct.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8; HAL_SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct); // 关闭背光 ST7567_BackLight_Off(); }

5.2 外壳设计与3D打印

为了让天气站更加美观，可以设计一个3D打印外壳：

  • 前面板开孔适配LCD尺寸
  • 侧面设计通风孔用于传感器
  • 底部预留电源接口和复位按钮位置
  • 考虑壁挂和桌面两种摆放方式

5.3 功能扩展思路

这个基础项目可以进一步扩展：

  1. 添加更多传感器（气压、空气质量）
  2. 实现多城市天气切换
  3. 增加历史数据记录功能
  4. 开发手机APP进行远程查看
  5. 添加语音播报功能

6. 常见问题解决

在实际开发过程中，可能会遇到以下典型问题：

LCD显示异常

  • 检查所有连接线是否牢固
  • 确认初始化序列是否正确
  • 调整对比度设置（EV值）
  • 检查电源电压是否稳定

SPI通信失败

  • 确认时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)设置
  • 检查片选信号是否正确控制
  • 使用逻辑分析仪抓取SPI波形

天气数据获取失败

  • 检查网络连接状态
  • 确认API密钥和城市名称正确
  • 解析JSON时检查内存边界

显示刷新缓慢

  • 优化绘图算法，减少不必要的重绘
  • 使用局部刷新代替全屏刷新
  • 考虑使用双缓冲技术

这个项目最有趣的部分在于看到硬件驱动、数据获取和用户界面如何完美结合，最终创造出一个真正有用的设备。在实际制作过程中，当第一个天气图标成功显示在屏幕上时，那种成就感是难以言表的。

http://www.jsqmd.com/news/971968/

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