零知开源——STM32F4结合BMP581气压传感器实现ST7789中文显示教程

eefocus_4087784

?零知开源是一个真正属于国人自己的开源软硬件平台，在开发效率上超越了Arduino平台并且更加容易上手，大大降低了开发难度。零知开源在软件方面提供了完整的学习教程和丰富示例代码，让不懂程序的工程师也能非常轻而易举的搭建电路来创作产品，测试产品。快来动手试试吧！

?访问零知开源平台，获取更多实战项目和教程资源吧！
www.lingzhilab.com

（1）项目概述

  本教程将重点讲解如何在STM32F407VET6零知增强板上实现ST7789显示屏的中文显示功能，结合BMP581传感器数据展示。项目使用I2C通信读取传感器数据，通过SPI接口在TFT屏幕上显示中文界面。

（2）项目亮点
    >使用U8g2库实现高质量中文渲染
    >混合使用Adafruit_GFX和U8g2实现高效显示
    >实时显示温度、压力和高度数据
    >针对STM32F4系列优化内存使用

一、硬件系统设计1.1 硬件组成

组件	型号	接口	功能
主控板	STM32F407VET6零知增强板	-	核心控制器
气压传感器	BMP581	I2C	温度/气压数据采集
TFT显示屏	ST7789	SPI	数据可视化显示
接口扩展	零知扩展板	-	提供标准接口

1.2 接线方案

零知增强板(STM32F407VET6)	BMP581（I2C）	ST7789（SPI）	引脚功能说明
3.3V	VCC	VCC	电源
GND	GND	GND	接地
21/SCL	SCL	/	时钟线
20/SDA	SDA	/	数据线
53	/	CS	片选
2	/	DC	数据/命令选择
51	/	SDA	主出从入
52	/	SCL	时钟
4	/	RES	复位

1.3 连接硬件图

1.4 接线实物图

二、软件架构设计2.1 库依赖关系

• SparkFun_BMP581库：提供传感器初始化接口、封装数据读取函数、处理I2C通信协议
• Adafruit_ST7789+GFX库：实现屏幕底层驱动、提供图形绘制API、优化显示性能
• U8g2_for_Adafruit_GFX：添加中文字符支持、扩展文本渲染能力
  

2.2 初始化流程

1. // sketch_jun30d.ino
   
2. #include <Wire.h>
   
3. #include "SparkFun_BMP581_Arduino_Library.h"
   
4. #include <Adafruit_GFX.h>
   
5. #include <Adafruit_ST7789.h>
   
6. #include <SPI.h>
   
7. #include <U8g2_for_Adafruit_GFX.h>  // 添加U8g2库支持中文字体
   
8. 
   
9. // Screen pin configuration
   
10. #define TFT_CS 53
    
11. #define TFT_RST 4
    
12. #define TFT_DC 2
    
13. #define TFT_MOSI 51
    
14. #define TFT_SCLK 52
    
15. 
    
16. // Using hardware SPI
    
17. Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);
    
18. U8G2_FOR_ADAFRUIT_GFX u8g2_for_adafruit_gfx;  // 创建U8g2对象
    
19. 
    
20. // Create a new sensor object
    
21. BMP581 pressureSensor;
    
22. 
    
23. // I2C address selection
    
24. uint8_t i2cAddress = BMP581_I2C_ADDRESS_DEFAULT;  // 0x47
    
25. 
    
26. // Display configuration
    
27. #define SCREEN_WIDTH 240
    
28. #define SCREEN_HEIGHT 320
    
29. #define ST77xx_PURPLE 0x862F
    
30. #define VALUE_SIZE 3
    
31. #define LABEL_SIZE 1
    
32. 
    
33. // Color definitions
    
34. #define BACKGROUND ST77XX_BLACK
    
35. #define TEXT_COLOR ST77XX_WHITE
    
36. #define TEMP_COLOR ST77xx_PURPLE
    
37. #define PRESS_COLOR ST77XX_CYAN
    
38. #define ALT_COLOR ST77XX_GREEN
    
39. #define BOX_COLOR ST77XX_ORANGE
    
40. 
    
41. // 精简版中文字体定义
    
42. #define CN_FONT u8g2_font_unifont_t_chinese3  // 使用精简中文字体
    
43. 
    
44. void setup() {
    
45.   Serial.begin(115200);
    
46.   Serial.println("BMP581 Enhanced Text Display Example");
    
47. 
    
48.   // Initialize I2C library
    
49.   Wire.begin();
    
50. 
    
51.   // Initialize screen
    
52.   tft.init(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT);
    
53.   tft.setRotation(3);
    
54.   tft.fillScreen(BACKGROUND);
    
55.   tft.setTextColor(TEXT_COLOR);
    
56. 
    
57.   // 初始化U8g2对象，设置中文显示
    
58.   u8g2_for_adafruit_gfx.begin(tft);                      // 将U8g2与Adafruit_GFX关联
    
59.   u8g2_for_adafruit_gfx.setFontMode(1);                  // 透明模式
    
60.   u8g2_for_adafruit_gfx.setFontDirection(0);             // 从左到右
    
61.   u8g2_for_adafruit_gfx.setForegroundColor(TEXT_COLOR);  // 设置前景色
    
62.   u8g2_for_adafruit_gfx.setFont(CN_FONT);                // 使用精简中文字体
    
63. 
    
64.   // Check sensor connection
    
65.   while (pressureSensor.beginI2C(i2cAddress) != BMP5_OK) {
    
66.     Serial.println("Error: BMP581 not connected, check wiring and I2C address!");
    
67. 
    
68.     // 显示错误信息
    
69.     u8g2_for_adafruit_gfx.setCursor(10, 30);
    
70.     u8g2_for_adafruit_gfx.print("传感器未找到!");
    
71.     u8g2_for_adafruit_gfx.setCursor(10, 60);
    
72.     u8g2_for_adafruit_gfx.print("请排查接线!");
    
73. 
    
74.     delay(1000);
    
75.     tft.fillScreen(BACKGROUND);
    
76.   }
    
77. 
    
78.   Serial.println("BMP581 connected!");
    
79.   drawStaticElements();
    
80. }

复制代码

2.3 数据读取机制

1. void loop() {
   
2.   // Get measurements from the sensor
   
3.   bmp5_sensor_data data = { 0, 0 };
   
4.   int8_t err = pressureSensor.getSensorData(&data);
   
5. 
   
6.   if (err == BMP5_OK) {
   
7.     // Convert pressure from Pa to hPa (1 hPa = 100 Pa)
   
8.     float pressure_hPa = data.pressure / 100.0;
   
9. 
   
10.     // Calculate altitude using simplified formula
    
11.     float altitude = (1013.25 - pressure_hPa) / 16.5 * 100;
    
12. 
    
13.     // Update text display
    
14.     updateTextDisplay(data.temperature, pressure_hPa, altitude);
    
15. 
    
16.     Serial.print("空气温度 (C): ");
    
17.     Serial.print(data.temperature);
    
18.     Serial.print("\t大气压强 (hPa): ");
    
19.     Serial.print(pressure_hPa);
    
20.     Serial.print("\t海拔高度 (m): ");
    
21.     Serial.println(altitude);
    
22.   } else {
    
23.     Serial.print("Error getting data from sensor! Error code: ");
    
24.     Serial.println(err);
    
25.   }
    
26. 
    
27.   delay(1000);  // Update every second
    
28. }
    

复制代码

2.4 中文文本渲染

1. void drawStaticElements() {
   
2.   tft.fillScreen(BACKGROUND);
   
3. 
   
4.   // 使用U8g2绘制中文标题
   
5.   u8g2_for_adafruit_gfx.setForegroundColor(ST77XX_YELLOW);
   
6.   u8g2_for_adafruit_gfx.setCursor(SCREEN_WIDTH / 2 + 95, 20);  // 居中位置
   
7.   u8g2_for_adafruit_gfx.print("BMP581传感器");                 // 中文标题
   
8. 
   
9.   // 绘制温度框和标签
   
10.   drawDataBox(30, 10, "热量", "(C)", TEMP_COLOR);
    
11. 
    
12.   // 绘制压力框和标签
    
13.   drawDataBox(30, 90, "大气压强", "(hPa)", PRESS_COLOR);
    
14. 
    
15.   // 绘制高度框和标签
    
16.   drawDataBox(30, 170, "距离海平面高度", "(m)", ALT_COLOR);
    
17. }
    
18. 
    
19. void drawDataBox(int x, int y, const char* label, const char* unit, uint16_t color) {
    
20.   // Draw box
    
21.   tft.drawRoundRect(x, y, SCREEN_WIDTH - 60, 60, 10, BOX_COLOR);
    
22. 
    
23.   // 使用U8g2绘制中文标签
    
24.   u8g2_for_adafruit_gfx.setForegroundColor(color);
    
25.   u8g2_for_adafruit_gfx.setCursor(x + 15, y + 20);  // 调整位置
    
26.   u8g2_for_adafruit_gfx.print(label);
    
27. 
    
28.   // Draw unit (smaller text)
    
29.   tft.setTextSize(LABEL_SIZE - 1);
    
30.   tft.setCursor(x + SCREEN_WIDTH - 60 - 40, y + 10);
    
31.   tft.print(unit);
    
32. }
    

复制代码

2.5 动态数据更新

1. void updateTextDisplay(float temp, float pressure, float altitude) {
   
2.   // Update temperature
   
3.   updateDataValue(30, 10, temp, 1, TEMP_COLOR);
   
4. 
   
5.   // Update pressure
   
6.   updateDataValue(30, 90, pressure, 1, PRESS_COLOR);
   
7. 
   
8.   // Update altitude
   
9.   updateDataValue(30, 170, altitude, 1, ALT_COLOR);
   
10. }
    
11. 
    
12. void updateDataValue(int x, int y, float value, int decimals, uint16_t color) {
    
13.   // Clear previous value
    
14.   tft.fillRect(x + 10, y + 30, SCREEN_WIDTH - 80, 25, BACKGROUND);
    
15. 
    
16.   // Draw new value
    
17.   tft.setTextSize(VALUE_SIZE);
    
18.   tft.setTextColor(color);
    
19.   tft.setCursor(x + 15, y + 30);
    
20.   tft.print(value, decimals);
    
21. }
    

复制代码

三、功能展示 3.1 显示效果

标题：蓝色中文"BMP581传感器"右对齐显示
数据框：
    蓝色圆角矩形边框、中文标签（灰色/红色/紫色）、单位符号（小字号英文）
数据值：
    大字号显示（字号3）、每秒更新一次、刷新时无闪烁（局部刷新优化）

3.2 系统工作流程

3.3 视频演示效果
https://live.csdn.net/v/484270
将通过传感器获取到的气压值与下面的app海拔仪气压值进行对比

3.4 串口监视器数据串口监视器将同时每秒输出一次数据：

3.5 性能指标

项目	指标	说明
采样频率	1Hz	每秒更新一次数据
温度精度	±0.5℃	符合BMP581规格
压强精度	±0.5hPa	符合BMP581规格
显示延迟	<100ms	从采集到显示时间
功耗	15mA @3.3V	不含背光功耗

四、海拔计算与精度说明 代码中使用简化的海拔计算公式：

float altitude = (1013.25 - pressure_hPa) / 12 * 100;

计算原理
   1013.25 hPa：标准海平面气压
   气压梯度：每下降12 hPa，海拔升高约100米

精度考虑 ，实际测量中可能存在10-50米的误差，主要因素包括：

• 当地气象条件变化
• 温度对气压的影响
• 传感器本身的测量误差
• 公式本身的近似性
  

五、常见问题解答Q1：为什么中文显示为方框或乱码？A：原因及解决方案
1.字体未正确设置：

1. // 确保正确定义中文字体
   
2. #define CN_FONT u8g2_font_unifont_t_chinese3
   
3. u8g2_for_adafruit_gfx.setFont(CN_FONT);

复制代码

2.库版本问题：

1. # 推荐安装的库版本
   
2. Adafruit ST7735 and ST7789 Library v1.9.3
   
3. U8g2_for_Adafruit_GFX v1.7.0

复制代码

Q2：编译时出现内存不足错误怎么办？A：优化策略

禁用不必要的库文件
减少全局变量使用

如果仍不足，可更换更小字体：

// 替代字体（约30KB）
#define CN_FONT u8g2_font_wqy12_t_gb2312

Q3：如何添加更多中文内容？A：扩展方法
1.在drawStaticElements()中添加新元素
2.确保使用的字符在字体库中存在：

1. // 添加新标签
   
2. drawDataBox(30, 250, "湿度", "%", HUMIDITY_COLOR);

复制代码

3.如需生僻字，需自定义字体子集（本教程未包含）

注意：u8g2_font_unifont_t_chinese3包含GB2312一级字库（3755个常用汉字），满足大多数应用需求。

Q4：传感器初始化失败怎么办？A：排查步骤
1.检查I2C接线：SDA/SCL是否反接
2.确认I2C地址：使用I2C扫描工具检测

1. void scanI2C() {
   
2.   for(uint8_t addr=1; addr<127; addr++) {
   
3.     Wire.beginTransmission(addr);
   
4.     if(Wire.endTransmission() == 0) {
   
5.       Serial.print("Found device at 0x");
   
6.       Serial.println(addr, HEX);
   
7.     }
   
8.   }
   
9. }

复制代码

3.检查电源：确保3.3V供电稳定

六、结论

1. 本教程详细讲解了在STM32F407VET6零知增强板上实现ST7789显示屏中文显示的技术方案。通过使用U8g2_for_Adafruit_GFX库，我们能够：

复制代码

• 高效渲染中文字符
• 保持与Adafruit_GFX的兼容性
• 实现中英文混合显示
• 在有限的硬件资源下优化性能
  

项目资源：
完整代码链接: https://pan.baidu.com/s/1EPrOlbQ2wHjGa691qyf71Q?pwd=2kj7
大气压强传感器：BMP581数据手册
主控芯片：STM32F4参考手册

通过本教程，开发者可以快速构建稳定可靠的环境监测系统，点击了解更多零知开发教程：

https://www.lingzhilab.com/freesources.html