嵌入式知識篇---32GUI

要理解 32 位單片機的 GUI，咱們先從 “基礎概念” 入手，再拆成 “為什么能跑 GUI”“核心組成”“怎么實現”“常用工具”“實際用途” 這幾步講，全程不用復雜術語，像聊日常用品一樣說清楚。

一、先搞懂 2 個基礎概念

在講 “32 位單片機 GUI” 前，得先明確兩個核心詞 ——32 位單片機和GUI，不然后面容易懵。

1. 什么是 32 位單片機？

單片機可以理解成 “微型電腦”，但比電腦簡單得多，主要用來控制小設備（比如家電、傳感器、小型儀器）。
“32 位” 是指它的核心算力：比如 8 位單片機（像 51 單片機）只能一次處理 8 個二進制數，就像 “一次只能搬 8 塊磚”；而 32 位單片機（像 STM32、GD32）一次能處理 32 個二進制數，“一次能搬 32 塊磚”—— 算力更強、能處理更復雜的任務（比如同時算數據、控制屏幕、讀傳感器）。
更關鍵的是，32 位單片機的內存（RAM）和存儲（Flash）更大：比如常見的 STM32F103，有 64KB~512KB 的 Flash（存程序和圖片）、20KB~64KB 的 RAM（臨時存數據），這是跑 GUI 的 “硬件基礎”（8 位單片機內存太小，裝不下 GUI 的代碼和圖片）。

2. 什么是 GUI？

GUI 全稱是 “圖形用戶界面”，咱們每天都在用：手機上的圖標、按鈕、天氣預報界面，電腦上的窗口、菜單，甚至家里空調遙控器的顯示屏（顯示溫度、模式），都屬于 GUI。
簡單說，單片機的 GUI 就是 “給單片機配一個可視化的操作界面”—— 比如讓單片機控制的顯示屏上顯示 “開關按鈕”，按一下按鈕（或觸摸），單片機就執行 “開燈”“升溫” 等操作；再比如顯示傳感器的溫度曲線、設備狀態圖標，比純文字（比如只顯示 “25℃”）更直觀、更好用。

二、為什么 32 位單片機才能跑 GUI？

不是所有單片機都能跑 GUI，8 位單片機就很難，核心原因是GUI 對 “資源” 有要求，而 32 位單片機剛好滿足：

需求點	8 位單片機（比如 51）的問題	32 位單片機（比如 STM32）的優勢
算力	處理速度慢，畫一個按鈕要卡半天	速度快，能實時刷新界面（比如動畫、滑動）
內存（RAM）	通常只有幾百字節，存不下界面數據	幾 KB~ 幾百 KB，能臨時存按鈕狀態、圖片緩存
存儲（Flash）	通常只有幾 KB，裝不下 GUI 代碼 + 圖片	幾十 KB~ 幾 MB，能裝下 GUI 庫、界面程序和圖標
外設支持	難直接驅動彩色屏幕、觸摸屏	自帶屏幕接口（如 SPI、RGB）、觸摸接口，直接連硬件

舉個例子：要在屏幕上顯示一個 100x100 像素的彩色按鈕，需要存儲這個按鈕的 “顏色數據”（每個像素占 2 字節的話，就是 1001002=20000 字節 = 20KB）——8 位單片機的 RAM 可能只有 512 字節，根本存不下；而 32 位單片機的 RAM 有 20KB 以上，輕松搞定。

三、32 位單片機 GUI 的核心組成：硬件 + 軟件

就像 “手機要顯示界面，需要屏幕 + 安卓系統” 一樣，單片機 GUI 也需要 “硬件搭架子，軟件填內容”，兩者配合才能工作。

1. 硬件部分：3 個關鍵組件

硬件是 “看得見、摸得著” 的部分，缺一不可：

核心：32 位單片機
相當于 GUI 的 “大腦”，負責運行 GUI 程序、處理用戶操作（比如按按鈕）、控制其他設備（比如根據界面指令開電機）。
常見的型號：STM32（意法半導體，最常用）、GD32（國產，性價比高）、ESP32（帶 WiFi，適合物聯網界面）。
顯示設備：屏幕
GUI 的 “臉”，用來顯示按鈕、文字、圖片。常見的有兩類：
- TFT 彩屏：彩色、畫質好（像手機屏幕縮小版），支持顯示圖片、曲線，是 GUI 的主流選擇（比如 2.4 英寸、3.5 英寸 TFT）；
- OLED 屏：黑白 / 單色、功耗低，但色彩少，適合簡單界面（比如只顯示文字 + 小圖標）。
  屏幕要和單片機連起來，靠的是 “接口”：比如 SPI（簡單、速度中等）、RGB（速度快，適合高清屏），單片機通過這些接口給屏幕發 “顯示指令”（比如 “在 (10,20) 位置畫一個紅色按鈕”）。
交互設備：輸入模塊
用來 “操作” GUI，比如按按鈕、滑動界面。常見的有：
- 物理按鍵：簡單，比如屏幕旁邊放 2 個按鍵，控制 “確認”“返回”；
- 觸摸屏：方便，像手機一樣直接點屏幕上的按鈕（分電阻屏：要按下去；電容屏：手指碰就行，體驗更好）；
- 編碼器：旋轉 + 按壓，適合調節數值（比如旋轉調溫度，按壓確認）。

2. 軟件部分：3 層結構，像 “蓋房子”

軟件是 GUI 的 “靈魂”，負責把 “大腦的指令” 變成 “屏幕上的界面”，還能處理用戶的操作（比如點按鈕后執行命令）。通常分 3 層，從上到下層層依賴：

軟件層級	作用（通俗解釋）	舉個例子
應用層（你寫的）	定義 “界面長什么樣、點了按鈕干什么”	1. 畫一個 “溫度顯示區”+“刷新按鈕”；2. 點 “刷新” 就讀取傳感器數據，顯示到屏幕上
GUI 核心層（現成庫）	幫你 “畫界面” 的 “工具包”，不用自己寫復雜代碼	你說 “畫按鈕”，它就自動處理 “按鈕的形狀、顏色、按下時的變化”，不用你算每個像素
驅動層（底層代碼）	單片機和硬件的 “翻譯官”，讓單片機能控制屏幕 / 觸摸屏	比如 “屏幕驅動”：告訴單片機 “怎么給 TFT 屏發指令”；“觸摸驅動”：告訴單片機 “用戶點了屏幕的哪個位置”

四、實際開發：怎么做出一個單片機 GUI？

不用從零寫代碼（太復雜），現在都用 “GUI 庫”（現成的工具包），步驟很固定，像 “拼樂高”：

步驟 1：選硬件

先確定 “用什么單片機、什么屏幕、什么輸入方式”。
比如做一個 “智能家居溫控面板”：

單片機：STM32F407（算力夠，支持大內存）；
屏幕：3.5 英寸 TFT 彩屏（SPI 接口，彩色顯示溫度曲線）；
輸入：電容觸摸屏（直接點屏幕調溫度）。

步驟 2：搭環境、裝驅動

先給單片機裝 “開發環境”：比如 STM32 用 “STM32CubeIDE”，相當于 “寫代碼的記事本 + 編譯工具”；
再裝 “驅動”：比如給屏幕裝 TFT 驅動（讓單片機認屏幕），給觸摸屏裝觸摸驅動（讓單片機知道用戶點了哪）。
現在很多屏幕廠商會直接提供驅動代碼，不用自己寫，直接 “復制粘貼” 到項目里就行。

步驟 3：選一個 GUI 庫，“移植” 到單片機上

“移植” 就是 “把別人寫好的 GUI 庫，改成適合你自己硬件的版本”（比如告訴 GUI 庫 “你的屏幕是 240x320 像素，用的是 SPI 接口”）。
主流的 GUI 庫都有 “移植教程”，新手也能搞定。常見的 GUI 庫有這些（各有特點，選一個就行）：

GUI 庫名稱	特點（通俗版）	適合場景
LVGL（現在叫 LVGL 9）	開源免費、功能強（支持動畫、滑動、主題）、新手友好	大部分場景（智能家居、工業設備、消費電子），是現在的主流
emWin	功能全、穩定（很多單片機廠商自帶），但部分版本收費	工業設備（對穩定性要求高），比如變頻器、醫療儀器
TouchGFX	動畫流暢、支持 GPU（如果單片機有 GPU），適合高清屏	高端設備（比如帶高清屏的家電、車載小屏）
GuiLite	輕量級、代碼少、功耗低	資源少的單片機（比如 STM32F103），簡單界面

比如用 LVGL：下載 LVGL 的代碼，復制到 STM32 項目里，改幾行配置（比如屏幕分辨率、接口類型），再調用 LVGL 的函數（比如lv_btn_create()—— 創建按鈕），就能快速出界面。

步驟 4：寫應用代碼，實現功能

這一步是 “定制你的界面”，用 GUI 庫的函數來寫：
比如 “溫控面板” 的代碼邏輯：

初始化界面：用 LVGL 畫一個 “溫度顯示框”（顯示當前 25℃）、一個 “+/- 按鈕”（調溫度）、一個 “開關按鈕”（控制 heater 開 / 關）；
綁定操作：給 “+ 按鈕” 加一個 “點擊事件”—— 點一下，溫度 + 1℃，同時更新顯示框；給 “開關按鈕” 加事件 —— 點一下，單片機控制 heater 通電 / 斷電；
實時更新：每隔 1 秒讀取溫度傳感器的數據，更新到屏幕的 “溫度顯示框” 里。