LCD顯示錯亂？硬件引腳變更后的軟件修復指南

原創 TopSemic嵌入式 2025-12-12 08:00

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小編兜兜轉轉，又做回了FAE（現場應用工程師）好幾年。雖然有時也會煩躁，尤其是當各種客戶問題集中爆發的時候，但總體上還算喜歡這份工作。原因有兩點：一是不用像銷售那樣直接承擔業績壓力，尤其是在當前整體行情不佳的時期；二是不用像研發工程師那樣，整天悶在辦公室里，甚至有時還需要強制性加班。FAE的工作相對更自由和豐富一點，能不斷接觸新的人和事，當然也會遇到源源不斷的新問題。

從這篇文章開始，我計劃將實際客戶支持過程中遇到的案例、問題，以及接觸客戶時的部分有趣見聞和大家分享，希望能對一些人有所幫助。

本次案例分享

工程師C是一名嵌入式軟件工程師，在開發一個新項目。新項目相比老項目，硬件上段碼屏的引腳順序發生了部分變化，導致顯示錯亂。該工程師向我咨詢軟件上的解決方案。

這其實是一個非常典型的問題，之前也有人詢問過類似的問題，比如：

要解決這個問題，首先需要了解段碼式LCD的控制機制

控制原理詳解

1.基礎控制方式

比如下面這個4COM的 LCD

假設MCU的COM0-COM3對應連接LCD的COM0-COM3，SEG也是按照順序對應連接。

如果我們想控制1號數字顯示“1”，只需要將其對應的段1C和1B設置為1即可。

1C段對應MCU的COM1和SEG1，1B段對應MCU的COM3和SEG1，只需要設置MCU對應的LCD_RAM1和LCD_RAM3寄存器相應位即可。

LCD->RAM[1] = 0x00000002;
LCD->RAM[3] = 0x00000002;

上面這種寫法簡單粗暴，但實際項目中一般不這么用，因為直接賦值會覆蓋整個寄存器，影響其它段的顯示。更穩妥的做法是使用位操作，在寫入新數據時不破壞原有顯示。

2.改進的位操作函數

例如要控制2號數字顯示“2”

可以調用以下函數來實現：

std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER0,~(LCD_SEG2 | LCD_SEG3), 0x02<<2);
std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER1,~(LCD_SEG2 | LCD_SEG3), 0x01<<2);
std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER2,~(LCD_SEG2 | LCD_SEG3), 0x02<<2);
std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER3,~(LCD_SEG2 | LCD_SEG3), 0x03<<2);

函數的第一個參數對應COMx，第二個參數是掩碼（指定要操作的SEG段，例如這里的SEG2和SEG3），最后一個參數是寫入的數值，比如第一行的0x02對應段2D為1，第二行的0x01對應段2E為1。其實0x02<<2 寫成0x00<<2|0x01<<3 更容易理解。

std_lcd_write（）函數實現如下：

__STATIC_INLINE void std_lcd_write(uint32_t lcd_ram_index, uint32_t lcd_ram_mask, uint32_t pixel)
{
   MODIFY_REG(LCD->RAM[lcd_ram_index], ~(lcd_ram_mask), pixel);
}

/* bit operations */
#define MODIFY_REG(REG, CLEARMASK, SETMASK) ((REG) = (((REG) & (~(CLEARMASK))) | (SETMASK)))

這個宏定義是嵌入式開發中一個非常經典和實用的位操作，用于安全地修改寄存器或變量的特定位。

如果硬件連接發生變化，例如LCD的SEG2實際連接到了MCU的SEG9引腳上，我們只需要在調用函數時修改掩碼和數值的移位操作即可適應，無需改動底層驅動：

std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER0,~(LCD_SEG9 | LCD_SEG3), 0x00<<9|0x01<<3);
std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER1,~(LCD_SEG9 | LCD_SEG3), 0x01<<9|0x00<<3);
std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER2,~(LCD_SEG9 | LCD_SEG3), 0x00<<9|0x01<<3);
std_lcd_write(LCD_RAM_REGISTER3,~(LCD_SEG9 | LCD_SEG3), 0x01<<9|0x01<<3);

3. 應用層封裝與硬件適配優化

我們已經了解如何顯示一個數字，但這在應用層仍不方便。我們需要一個函數能直接顯示一串數字，例如：

bsp_lcd_display_string((uint8_t*)"1234");

實現4個數字的任意顯示

該函數具體實現如下：

/**
* @brief  LCD顯示字符串
* @param  ptr 字符串指針  
* @retval 無
*/

void bsp_lcd_display_string(uint8_t* ptr)
{
    digit_position_t position = LCD_DIGIT_POSITION_1;
    while ((*ptr != 0) & (position <= LCD_DIGIT_POSITION_MAX))
    {
        bsp_lcd_display_char(ptr, position);
        ptr++;
        position++;
    }
}

/**
* @brief LCD數字顯示的位置
*/
typedef enum
{
    LCD_DIGIT_POSITION_1 = 1,
    LCD_DIGIT_POSITION_2 = 2,
    LCD_DIGIT_POSITION_3 = 3,
    LCD_DIGIT_POSITION_4 = 4,
    LCD_DIGIT_POSITION_MAX = 4,
}digit_position_t;

bsp_lcd_display_char()函數實現如下：

/**
* @brief  LCD顯示字符
* @param  pixel 字符指針        
* @param  position 字符顯示位置
*            @arg LCD_DIGIT_POSITION_1
*            @arg LCD_DIGIT_POSITION_2
*            @arg LCD_DIGIT_POSITION_3
*            @arg LCD_DIGIT_POSITION_4
* @retval 無
*/
void bsp_lcd_display_char(uint8_t* pixel, digit_position_t position)
{
    uint32_t number[4];
    uint32_t position_mask_list[4] = {LCD_DIGIT_POSITION1_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION2_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION3_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION4_MASK};
    
    convert(pixel);
    
    number[0] = ((pixel_digit_table[0] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[0] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
    number[1] = ((pixel_digit_table[1] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[1] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));            
    number[2] = ((pixel_digit_table[2] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[2] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
    number[3] = ((pixel_digit_table[3] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[3] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
    
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM0, position_mask_list[position-1], number[0]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM1, position_mask_list[position-1], number[1]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM2, position_mask_list[position-1], number[2]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM3, position_mask_list[position-1], number[3]);
}

#define LCD_DIGIT_POSITION1_MASK      ~(LCD_SEG0 | LCD_SEG1)
#define LCD_DIGIT_POSITION2_MASK      ~(LCD_SEG2 | LCD_SEG3)
#define LCD_DIGIT_POSITION3_MASK      ~(LCD_SEG4 | LCD_SEG5)
#define LCD_DIGIT_POSITION4_MASK      ~(LCD_SEG6 | LCD_SEG7)

convert()函數實現如下：

/*-------------------------------------------functions------------------------------------------*/
/**
* @brief  LCD屏數字字符轉換
* @param  pixel 字符串指針
* @note   根據LCD的真值表轉換成對應的數字字符表，再轉換成字符
* @retval 無
*/
static void convert(uint8_t* pixel)
{
    uint16_t ch = 0;
    uint8_t loop = 0, index = 0;
    if((*pixel <= '9') && ( *pixel >= '0'))
    {
        ch = digit_map[*pixel - '0'];
    }  
    /* pixel_digit_table[0] 表示LCD_RAM0
       pixel_digit_table[1] 表示LCD_RAM1
       pixel_digit_table[2] 表示LCD_RAM2
       pixel_digit_table[3] 表示LCD_RAM3
    */
    for (loop = 12, index=0; index < 4; loop -= 4, index++)
    {
        pixel_digit_table[index] = (ch >> loop) & 0x0f;
    }
}

以下是digit_map定義

/**

================================================================================

                              SEGMENT LCD MAPPING

================================================================================

LCD segment mapping:

               -------------------------------------------

                               ----A----

                               |       |

                               F       B  

                               |       |  

                               ----G----

                               |       |  

                               E       C  

                               |       |  

                               ----D----  

An LCD character coding is based on the following matrix:

COM                          0   1   2   3

SEG(2 * n)                 {   , E,  F,  A  }

SEG(2 * n + 1)             { D , C , G , B  }

n is the position of the character on the LCD screen, n = 0, 1, 2, 3.

The character '2'for example is:

                    ---------------------------------

SEG(2 * n)                 { 0,  1,  0,  1  }

SEG(2 * n + 1)             { 1,  0,  1,  1  }

                    ---------------------------------

                      '2' =  2   1   2   3

*/

/* 數字字符表 '0' --> '9' */

const uint16_t digit_map[10] =

{

    /* 0       1         2        3         4        5        6        7        8        9  */

    0x2313,  0x0202,  0x2123,  0x2223,   0x0232,  0x2231,  0x2331,  0x0203,  0x2333,  0x2233

};

上述代碼來源于MCU廠商的SDK例程，需要花點時間去理解一下，不然換了一個LCD屏幕或者引腳循序發生了變化，將無從下手去修改。

1）首先要理解digit_map數組的含義，注釋里其實已經解釋的很清楚了，就是將數字0-9基于LCD的真值表進行編碼。不同的LCD ABCDEF的位置可能會有不同，需要確認和修改。

2）convert()函數實現的是將digit_map數組中的數轉換到pixel_digit_table[4]數組中，比如數字0對應0x2123，轉換后pixel_digit_table[4]的4個值分別為0x02,0x01,0x02,0x03。

3）position_mask_list[4]對應的要顯示的4個數字分別對應的SEG組合。

4）bsp_lcd_display_char(uint8_t* pixel, digit_position_t position)函數中有以下4行代碼

number[0] = ((pixel_digit_table[0] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[0] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
number[1] = ((pixel_digit_table[1] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[1] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
number[2] = ((pixel_digit_table[2] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[2] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
number[3] = ((pixel_digit_table[3] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[3] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));

實現的是將pixel_digit_table[4]的4個值轉換到std_lcd_write()函數需要的第三個參數值。但是這種寫法的前提是：MCU的SEG必須完全按照SEG0、SEG1、SEG2… 順序使用，并且和LCD的SEG一一對應連接。如果SEG的連接順序發生了變化，這么用就有問題了。

所以應當對其進行優化，優化的方案是引入一個映射表number_seg_list，將邏輯段與實際物理SEG引腳號解耦。

void bsp_lcd_display_char(uint8_t* pixel, digit_position_t position)

{

    uint32_t number[4];
    uint32_t position_mask_list[4] = {LCD_DIGIT_POSITION1_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION2_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION3_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION4_MASK};
    uint32_t number_seg_list[4][2] ={{0,1},
                                     {2,3},
                                     {4,5},
                                     {6,7},                              
                                    };                                 
    convert(pixel);
    //number[0] = ((pixel_digit_table[0] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[0] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
    //number[1] = ((pixel_digit_table[1] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[1] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));            
    //number[2] = ((pixel_digit_table[2] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[2] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));
    //number[3] = ((pixel_digit_table[3] & 0x1) << ((position-1)*2)) | (((pixel_digit_table[3] & 0x2) >> 1) << ((position-1)*2 + 1));

    number[0] = ((pixel_digit_table[0] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[0] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));
    number[1] = ((pixel_digit_table[1] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[1] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));        
    number[2] = ((pixel_digit_table[2] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[2] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));
    number[3] = ((pixel_digit_table[3] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[3] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));  
    
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM0, position_mask_list[position-1], number[0]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM1, position_mask_list[position-1], number[1]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM2, position_mask_list[position-1], number[2]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM3, position_mask_list[position-1], number[3]);
}

這樣不管SEG怎么連接，只需要修改position_mask_list和number_seg_lis中的定義即可。

如果COM的順序發生了變化有沒有問題呢？當然是可以的，COM變了只需要把上述函數的第一個參數調整一下即可。我之前還聽到一位工程師非常確信的告訴另外一位工程師，MCU的COM必須按照順序一一對應接LCD屏的COM口，這顯然是錯誤的。并不要求MCU的COM0一定要接LCD的COM0，只要COM接到COM，SEG接到SEG，不是COM接到SEG上就可以。

4. 實際適配案例

以上如果都搞清楚的話，以后再換個屏換個連接方式，就能輕松去控制了。

比如我們要控制下面這個屏：

MCU的SEG0-13 依次連接LCD的SEG1-14，SEG15-19連接LCD的SEG15-19，MCU的SEG14沒有用。

此外這個屏的排列方式有點非主流，數字1/2和數字3/4/5 ABCDEFG的排序方式竟然是反著的。

解決方法如下：

1）為兩種不同的段碼排列順序定義不同的digit_map（digit_map和digit_map2）。

2）根據顯示位置（position）決定使用哪個映射表進行轉換（convert或convert2）。

3）在number_seg_list中正確配置每個數字位置實際使用的物理SEG引腳號。

數字1/2對應的digit_map如下

/**

================================================================================

                              SEGMENT LCD MAPPING

================================================================================

LCD segment mapping:

               -------------------------------------------

                               ----A----

                               |       |

                               F       B  

                               |       |  

                               ----G----

                               |       |  

                               E       C  

                               |       |  

                               ----D----  

An LCD character coding is based on the following matrix:

COM                          0   1   2   3

SEG(2 * n)                 { A , F,  E,  D  }

SEG(2 * n + 1)             { B , G , C ,   }

n is the position of the character on the LCD screen, n = 0, 1, 2, 3.

The character '2'for example is:

                    ---------------------------------

SEG(2 * n)                 { 1,  0,  1,  1  }

SEG(2 * n + 1)             { 1,  1,  0,  0  }

                    ---------------------------------

                      '2' =  3   2   1   1

*/

/* 數字字符表 '0' --> '9' */

const uint16_t digit_map[10] =

{

    /* 0       1         2        3         4        5        6        7        8        9  */

    0x3131,  0x2020,  0x3211,  0x3221,   0x2320,  0x1321,  0x1331,  0x3020,  0x3331,  0x3321

};

數字3/4/5對應的digit_map如下

/**

An LCD character coding is based on the following matrix:

COM                          0   1   2   3

SEG(2 * n)                 { B , G,  C,    }

SEG(2 * n + 1)             { A , F , E , D  }

*/

/* 數字字符表 '0' --> '9' */

const uint16_t digit_map2[10] =

{

    /* 0       1         2        3         4        5        6        7        8        9  */

    0x3232,  0x1010,  0x3122,  0x3112,   0x1310,  0x2312,  0x2332,  0x3010,  0x3332,  0x3312

};

void bsp_lcd_display_char(uint8_t* pixel, digit_position_t position)

{
    uint32_t number[4];
    uint32_t position_mask_list[5] = {LCD_DIGIT_POSITION1_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION2_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION3_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION4_MASK,
                                      LCD_DIGIT_POSITION5_MASK};

    uint32_t number_seg_list[5][2] ={
                                    {2,3},
                                    {4,5},
                                    {18,19},
                                    {16,17},
                                    {13,15}                                
                                     };                                

    if(position<LCD_DIGIT_POSITION_3)                                
        convert(pixel);
    else
        convert2(pixel);
   
    number[0] = ((pixel_digit_table[0] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[0] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));
    number[1] = ((pixel_digit_table[1] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[1] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));            
    number[2] = ((pixel_digit_table[2] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[2] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));
    number[3] = ((pixel_digit_table[3] & 0x1) << (number_seg_list[position-1][0])) | (((pixel_digit_table[3] & 0x2) >> 1) << (number_seg_list[position-1][1]));                                  
    
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM0, position_mask_list[position-1], number[0]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM1, position_mask_list[position-1], number[1]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM2, position_mask_list[position-1], number[2]);
    std_lcd_write(LCD_DIGIT_RAM3, position_mask_list[position-1], number[3]);
}