【花雕学编程】Arduino动手做（249）--GC9A01屏39个特色案例

代码说明

1、双螺线反向旋转：

使用 direction 参数控制螺线旋转方向，一条顺时针旋转，另一条逆时针旋转。

2、随机变色：

每帧为两条螺线随机选择颜色，增强动画的多样性和视觉冲击力。

3、动态极坐标更新：

极坐标公式 $r = a\theta$ 与旋转角度结合，使螺线保持平滑的动态扩展和旋转。

4、流畅动画：

每帧清屏并重新绘制两条螺线，旋转角度每次增加 ROTATION_SPEED，保证动画自然流畅。

5、效果描述

屏幕中央绘制两条动态旋转的阿基米德螺线，一条顺时针旋转，另一条逆时针旋转。

每帧螺线的颜色随机切换，展现五彩斑斓的效果。

整体视觉充满动感，适合作为数学几何或动态艺术的展示。

实验场景图  动态图

  【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百四十九：1.28寸圆形彩色TFT显示屏 高清IPS 模块 240*240 SPI接口GC9A01驱动
  项目实验之三十八：多彩动态旋转的多条对数螺

实验开源代码

/*
  【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百四十九：1.28寸圆形彩色TFT显示屏 高清IPS 模块 240*240 SPI接口GC9A01驱动
  项目实验之三十八：多彩动态旋转的多条对数螺
*/

//       GC9A01---------- ESP32
//       RST ------------ NC（复位引脚，此处未连接）
//       CS ------------- D4（片选引脚，连接到ESP32的D4引脚）
//       DC ------------- D2（数据/命令选择引脚，连接到ESP32的D2引脚）
//       SDA ------------ D23 (green)（主数据输出引脚，连接到ESP32的D23引脚，绿色线）
//       SCL ------------ D18 (yellow)（时钟信号引脚，连接到ESP32的D18引脚，黄色线）
//       GND ------------ GND（接地引脚，连接到ESP32的接地端）
//       VCC -------------3V3（电源引脚，连接到ESP32的3.3V电源）

#include "SPI.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_GC9A01A.h"

// 定义屏幕引脚
#define TFT_CS 4        // 片选引脚
#define TFT_DC 2        // 数据/命令引脚
#define TFT_RST -1      // 重置引脚（未使用时设置为 -1）

// 初始化屏幕对象
Adafruit_GC9A01A tft = Adafruit_GC9A01A(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// 定义对数螺线参数
#define CENTER_X 120        // 屏幕中心 X
#define CENTER_Y 120        // 屏幕中心 Y
#define MAX_RADIUS 120      // 最大半径
#define SPIRAL_COUNT 6      // 螺线数量
#define STEP 0.1            // 每次增加的角度步进（弧度）
#define ROTATION_SPEED 3    // 每帧旋转的角度（度）
#define GROWTH_FACTOR 1.1   // 对数螺线增长因子

// 定义颜色数组
uint16_t colors[] = {GC9A01A_RED, GC9A01A_GREEN, GC9A01A_BLUE, GC9A01A_YELLOW, GC9A01A_MAGENTA, GC9A01A_CYAN, GC9A01A_WHITE};
int numColors = sizeof(colors) / sizeof(colors[0]);

// 绘制一条对数螺线
void drawLogarithmicSpiral(float rotationAngle, float phase, uint16_t color) {
    float theta = 0;  // 初始化角度
    int prevX = CENTER_X, prevY = CENTER_Y; // 初始点

    while (theta < MAX_RADIUS / GROWTH_FACTOR) {
        // 计算极坐标 r 和笛卡尔坐标 (x, y)
        float r = GROWTH_FACTOR * exp(0.1 * theta);
        float adjustedTheta = theta + rotationAngle * 3.14159 / 180 + phase; // 添加旋转角度和相位偏移
        int x = CENTER_X + r * cos(adjustedTheta);
        int y = CENTER_Y + r * sin(adjustedTheta);

        // 连接当前点和前一个点
        tft.drawLine(prevX, prevY, x, y, color);

        // 更新前一个点和角度
        prevX = x;
        prevY = y;
        theta += STEP; // 增加角度
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);          // 初始化串口通信
    Serial.println("Multi Logarithmic Spirals with Dynamic Colors");

    tft.begin();                   // 初始化屏幕
    tft.setRotation(0);            // 设置屏幕方向
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK); // 设置黑色背景
}

void loop() {
    static float rotationAngle = 0; // 初始化旋转角度

    // 清屏
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK);

    // 绘制多条螺线
    for (int i = 0; i < SPIRAL_COUNT; i++) {
        // 随机颜色
        uint16_t color = colors[random(0, numColors)];

        // 添加相位偏移，使每条螺线有不同起点
        float phase = i * (2 * 3.14159 / SPIRAL_COUNT);

        // 绘制螺线
        drawLogarithmicSpiral(rotationAngle, phase, color);
    }

    // 更新旋转角度
    rotationAngle += ROTATION_SPEED;
    if (rotationAngle >= 360) {
        rotationAngle = 0; // 重置角度
    }

    delay(100); // 控制帧速率
}
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代码说明

1、多螺线动态旋转：

同时绘制 SPIRAL_COUNT 条对数螺线，每条螺线具有不同的相位偏移，形成复杂的几何图案。

2、随机颜色切换：

每帧为螺线随机分配颜色，使动画充满多样性。

3、对数螺线生成：

采用对数公式 $r = a e^{b\theta}$，实现平滑扩展的螺线形状。

4、平滑动画：

旋转角度 rotationAngle 每帧更新，动态变化自然，延迟 100ms 控制帧速率。

5、效果描述

屏幕中央显示多条对数螺线，旋转时螺线的颜色动态变化，视觉效果华丽。

每条螺线的初始角度不同，图案具有对称性和层次感。

动态旋转螺线形成复杂的几何艺术，非常适合圆形屏幕展示。

实验场景图  动态图

  【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百四十九：1.28寸圆形彩色TFT显示屏 高清IPS 模块 240*240 SPI接口GC9A01驱动
  项目实验之三十九：模拟手表时钟指针、数字时间显示、日期窗口和装饰性刻度

实验开源代码

/*
  【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百四十九：1.28寸圆形彩色TFT显示屏 高清IPS 模块 240*240 SPI接口GC9A01驱动
  项目实验之三十九：模拟手表时钟指针、数字时间显示、日期窗口和装饰性刻度
*/

//       GC9A01---------- ESP32
//       RST ------------ NC（复位引脚，此处未连接）
//       CS ------------- D4（片选引脚，连接到ESP32的D4引脚）
//       DC ------------- D2（数据/命令选择引脚，连接到ESP32的D2引脚）
//       SDA ------------ D23 (green)（主数据输出引脚，连接到ESP32的D23引脚，绿色线）
//       SCL ------------ D18 (yellow)（时钟信号引脚，连接到ESP32的D18引脚，黄色线）
//       GND ------------ GND（接地引脚，连接到ESP32的接地端）
//       VCC -------------3V3（电源引脚，连接到ESP32的3.3V电源）

#include "SPI.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_GC9A01A.h"

// 定义屏幕引脚
#define TFT_CS 4        // 片选引脚
#define TFT_DC 2        // 数据/命令引脚
#define TFT_RST -1      // 重置引脚（未使用时设置为 -1）

// 初始化屏幕对象
Adafruit_GC9A01A tft = Adafruit_GC9A01A(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// 定义屏幕中心
#define SCREEN_CENTER_X 120
#define SCREEN_CENTER_Y 120
#define CLOCK_RADIUS 100
#define HAND_COLOR GC9A01A_WHITE // 指针颜色

// 初始化时间变量
int hours = 01, minutes = 42, seconds = 00; // 初始化时间为 01:42:00

void drawClockFace() {
    // 绘制表盘外圈
    tft.drawCircle(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, CLOCK_RADIUS, GC9A01A_WHITE);
    tft.drawCircle(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, CLOCK_RADIUS - 5, GC9A01A_CYAN);

    // 绘制小时刻度
    for (int i = 0; i < 12; i++) {
        float angle = i * 30 * 3.14159 / 180;
        int x1 = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 10) * cos(angle);
        int y1 = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 10) * sin(angle);
        int x2 = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 20) * cos(angle);
        int y2 = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 20) * sin(angle);
        tft.drawLine(x1, y1, x2, y2, GC9A01A_WHITE);
    }

    // 绘制分钟刻度
    for (int i = 0; i < 60; i++) {
        if (i % 5 != 0) { // 避开小时刻度
            float angle = i * 6 * 3.14159 / 180;
            int x1 = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 10) * cos(angle);
            int y1 = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 10) * sin(angle);
            tft.drawPixel(x1, y1, GC9A01A_YELLOW);
        }
    }
}

void drawHands() {
    // 计算时针位置
    float hourAngle = (hours % 12 + minutes / 60.0) * 30 * 3.14159 / 180;
    int hourX = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 50) * cos(hourAngle);
    int hourY = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 50) * sin(hourAngle);
    tft.drawLine(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, hourX, hourY, HAND_COLOR);

    // 计算分针位置
    float minuteAngle = (minutes + seconds / 60.0) * 6 * 3.14159 / 180;
    int minuteX = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 30) * cos(minuteAngle);
    int minuteY = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 30) * sin(minuteAngle);
    tft.drawLine(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, minuteX, minuteY, GC9A01A_GREEN);

    // 计算秒针位置
    float secondAngle = seconds * 6 * 3.14159 / 180;
    int secondX = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 20) * cos(secondAngle);
    int secondY = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 20) * sin(secondAngle);
    tft.drawLine(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, secondX, secondY, GC9A01A_RED);
}

void displayDigitalTime() {
    // 绘制数字时间
    tft.setTextSize(2);
    tft.setTextColor(GC9A01A_WHITE, GC9A01A_BLACK); // 白色文字，黑色背景
    tft.setCursor(73, 160);
    tft.printf("%02d:%02d:%02d", hours, minutes, seconds);

    // 显示日期窗口
    tft.setTextSize(2);
    tft.setCursor(62, 180);
    tft.printf("2025/03/28");
}

void updateClock() {
    seconds++;
    if (seconds >= 60) {
        seconds = 0;
        minutes++;
    }
    if (minutes >= 60) {
        minutes = 0;
        hours++;
    }
    if (hours >= 24) {
        hours = 0;
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);           // 初始化串口通信
    Serial.println("Complex Watch Face");

    tft.begin();                    // 初始化屏幕
    tft.setRotation(2);             // 设置屏幕方向
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK);  // 清屏设置为黑色背景

    drawClockFace();                // 绘制表盘
}

void loop() {
    // 清除上一帧的指针和数字区域
    tft.fillCircle(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, CLOCK_RADIUS - 5, GC9A01A_BLACK);

    // 更新动态内容
    drawClockFace();
    drawHands();
    displayDigitalTime();
    updateClock();

    delay(1000); // 每秒刷新一次
}
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代码说明

1、复杂表盘设计：

多层刻度：包括小时刻度和分钟刻度。

双功能显示：模拟指针显示和数字时间显示同时存在。

2、动态时间更新：

时间每秒更新，分针和时针会根据当前时间调整位置。

3、多色指针：

不同颜色用于区分秒针（红色）、分针（绿色）和时针（白色）。

4、装饰性圆圈：

表盘边缘绘制多层圆圈，增强设计美感。

5、时间和日期显示：

在表盘底部显示当前时间和固定的日期信息。

6、效果描述

表盘中央模拟指针式时钟，刻度和指针分明，色彩丰富。

底部数字显示当前时间和固定日期信息，结合现代和经典设计。

动态更新的时间显示，让表盘实时变化。

代码解读

1、屏幕初始化

#include "SPI.h"

#include "Adafruit_GFX.h"

#include "Adafruit_GC9A01A.h"
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引入 SPI 和 Adafruit_GFX 库，用于图形绘制功能。

引入 Adafruit_GC9A01A 库，专用于驱动 GC9A01A 圆形屏幕，提供绘制圆形、线条、文字等能力。

2、屏幕硬件配置

#define TFT_CS 4

#define TFT_DC 2

#define TFT_RST -1

Adafruit_GC9A01A tft = Adafruit_GC9A01A(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
复制代码

TFT_CS、TFT_DC 和 TFT_RST 是屏幕的引脚定义。

TFT_RST 为 -1，表示未使用复位引脚。

使用 Adafruit_GC9A01A 初始化屏幕对象 tft。

3、 屏幕中心和表盘参数

#define SCREEN_CENTER_X 120

#define SCREEN_CENTER_Y 120

#define CLOCK_RADIUS 100

#define HAND_COLOR GC9A01A_WHITE
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定义屏幕中心 (120, 120)，适配 GC9A01A 的圆形屏幕（分辨率 240x240 像素）。

表盘半径设置为 100 像素，指针颜色设为白色。

4、时间变量初始化

int hours = 01, minutes = 42, seconds = 00;
复制代码

时间初始化为 01:42:00。

5、绘制表盘的功能
5.1 绘制表盘外圈

tft.drawCircle(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, CLOCK_RADIUS, GC9A01A_WHITE);

tft.drawCircle(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, CLOCK_RADIUS - 5, GC9A01A_CYAN);
复制代码

绘制两个同心圆，形成表盘外圈，分别使用白色和青色，增加美感。

5.2 绘制小时刻度

for (int i = 0; i < 12; i++) {

    float angle = i * 30 * 3.14159 / 180;

    int x1 = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 10) * cos(angle);

    int y1 = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 10) * sin(angle);

    int x2 = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 20) * cos(angle);

    int y2 = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 20) * sin(angle);

    tft.drawLine(x1, y1, x2, y2, GC9A01A_WHITE);

}
复制代码

使用 cos 和 sin 函数计算小时刻度位置（角度每小时增加 30°）。

两点 (x1, y1) 和 (x2, y2) 通过 drawLine 绘制刻度线。

5.3 绘制分钟刻度

for (int i = 0; i < 60; i++) {

    if (i % 5 != 0) { // 避开小时刻度

        float angle = i * 6 * 3.14159 / 180;

        int x1 = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 10) * cos(angle);

        int y1 = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 10) * sin(angle);

        tft.drawPixel(x1, y1, GC9A01A_YELLOW);

    }

}
复制代码

使用 cos 和 sin 函数计算分钟刻度位置（角度每分钟增加 6°）。

每 5 分钟避开小时刻度，仅绘制点刻度。

6、绘制指针的功能
6.1 时针

float hourAngle = (hours % 12 + minutes / 60.0) * 30 * 3.14159 / 180;

int hourX = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 50) * cos(hourAngle);

int hourY = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 50) * sin(hourAngle);

tft.drawLine(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, hourX, hourY, HAND_COLOR);
复制代码

根据当前时间计算时针角度：

每小时角度增量为 30°，并加入分钟的偏移。

时针长度为半径减 50 像素。

6.2 分针

float minuteAngle = (minutes + seconds / 60.0) * 6 * 3.14159 / 180;

int minuteX = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 30) * cos(minuteAngle);

int minuteY = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 30) * sin(minuteAngle);

tft.drawLine(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, minuteX, minuteY, GC9A01A_GREEN);
复制代码

分针角度每分钟增加 6°，同时加入秒数偏移。

分针长度为半径减 30 像素。

6.3 秒针

float secondAngle = seconds * 6 * 3.14159 / 180;

int secondX = SCREEN_CENTER_X + (CLOCK_RADIUS - 20) * cos(secondAngle);

int secondY = SCREEN_CENTER_Y + (CLOCK_RADIUS - 20) * sin(secondAngle);

tft.drawLine(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, secondX, secondY, GC9A01A_RED);
复制代码

秒针角度每秒增加 6°。

秒针长度为半径减 20 像素。

7、显示数字时间

tft.setTextSize(2);

tft.setTextColor(GC9A01A_WHITE, GC9A01A_BLACK); // 白色文字，黑色背景

tft.setCursor(73, 160);

tft.printf("%02d:%02d:%02d", hours, minutes, seconds);
复制代码

显示数字时间，格式为 01:42:00，居中显示在表盘下方。

8、更新时间

seconds++;

if (seconds >= 60) {

    seconds = 0;

    minutes++;

}

if (minutes >= 60) {

    minutes = 0;

    hours++;

}

if (hours >= 24) {

    hours = 0;

}
复制代码

每秒更新时间变量，并递归处理分钟和小时的变化。

9、主循环

tft.fillCircle(SCREEN_CENTER_X, SCREEN_CENTER_Y, CLOCK_RADIUS - 5, GC9A01A_BLACK);

drawClockFace();

drawHands();

displayDigitalTime();

updateClock();

delay(1000);
复制代码

清除上一帧内容，绘制表盘、指针和数字时间，并更新时间。

以每秒 (delay(1000)) 的速率刷新表盘内容。

实验场景图  动态图

实验记录视频（1分钟35秒）

【【花雕学编程】Arduino动手做（249）---ESP32驱动1.28寸 TFT GC9A01圆屏之39个特色小项目#单片机开发 #电子爱好者 #嵌入式】


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