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[项目] 【花雕学编程】Arduino动手做（249）---GC9A01倾斜20度立方

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【花雕学编程】Arduino动手做（249）---GC9A01倾斜20度立方图2

【花雕学编程】Arduino动手做（249）---GC9A01倾斜20度立方图1

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【花雕学编程】Arduino动手做（249）---GC9A01倾斜20度立方

  【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
  项目之六十一：GC9A01园屏之通过调整旋转轴立方体倾斜 20 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
  项目之六十一：GC9A01园屏之通过调整旋转轴立方体倾斜 20 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"                      // 引入 SPI 库，用于 TFT 屏幕通信
#include "Adafruit_GFX.h"             // 引入 Adafruit GFX 图形库，支持图形绘制
#include "Adafruit_GC9A01A.h"         // 引入 GC9A01A 屏幕驱动库

#define TFT_CS 4                      // 定义 TFT 屏幕片选引脚
#define TFT_DC 2                      // 定义 TFT 屏幕数据/命令选择引脚
#define TFT_RST -1                    // 屏幕复位引脚（-1 表示未使用）

// **创建 TFT 屏幕对象**
Adafruit_GC9A01A tft = Adafruit_GC9A01A(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// **屏幕参数**
#define SCREEN_WIDTH 240               // 屏幕宽度
#define SCREEN_HEIGHT 240              // 屏幕高度
#define CENTER_X SCREEN_WIDTH / 2      // 计算屏幕中心 X 坐标
#define CENTER_Y SCREEN_HEIGHT / 2     // 计算屏幕中心 Y 坐标
#define CUBE_SIZE 40                   // 立方体的大小
#define ROTATION_SPEED 0.05            // 旋转速度（每次更新旋转角度）

float angle = 0;                       // 立方体旋转角度（初始为 0）
float tiltAngle = 20 * M_PI / 180;      // **定义倾斜角度（20°转换为弧度）**

// **定义立方体的 3D 顶点**
float cubeVertices[8][3] = {
    {-CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},  // 顶点 0
    { CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},  // 顶点 1
    { CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},  // 顶点 2
    {-CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},  // 顶点 3
    {-CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE},  // 顶点 4
    { CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE},  // 顶点 5
    { CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE},  // 顶点 6
    {-CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE}   // 顶点 7
};

// **绘制立方体边**
void drawEdge(int i, int j, float transformedVertices[8][2], uint16_t color) {
    tft.drawLine(transformedVertices[i][0], transformedVertices[i][1],
                 transformedVertices[j][0], transformedVertices[j][1], color);
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);               // 初始化串口，方便调试
    tft.begin();                        // 初始化 TFT 屏幕
    tft.setRotation(1);                 // 设置屏幕方向（横屏）
    tft.fillScreen(tft.color565(0, 0, 0));  // 设定黑色背景
}

void loop() {
    tft.fillScreen(tft.color565(0, 0, 0));  // 清屏，避免残影

    float transformedVertices[8][2];  // **存储 2D 投影坐标**

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        float x = cubeVertices[i][0];  // 获取 X 坐标
        float y = cubeVertices[i][1];  // 获取 Y 坐标
        float z = cubeVertices[i][2];  // 获取 Z 坐标

        // **绕 X 轴倾斜 20°**
        float tiltedY = y * cos(tiltAngle) - z * sin(tiltAngle);
        float tiltedZ = y * sin(tiltAngle) + z * cos(tiltAngle);

        // **绕 Y 轴旋转**
        float rotatedX = x * cos(angle) - tiltedZ * sin(angle);
        float rotatedZ = x * sin(angle) + tiltedZ * cos(angle);

        // **投影到 2D 屏幕**
        transformedVertices[i][0] = CENTER_X + rotatedX;  // 映射 X 轴
        transformedVertices[i][1] = CENTER_Y + tiltedY;   // 映射 Y 轴
    }

    // **绘制立方体的 12 条边**
    uint16_t color = tft.color565(255, 255, 255);  // 设定立方体颜色（白色）
    int edges[12][2] = {
        {0, 1}, {1, 2}, {2, 3}, {3, 0},  // 前面四条边
        {4, 5}, {5, 6}, {6, 7}, {7, 4},  // 背面四条边
        {0, 4}, {1, 5}, {2, 6}, {3, 7}   // 连接前后面的四条边
    };

    for (int i = 0; i < 12; i++) {
        drawEdge(edges[i][0], edges[i][1], transformedVertices, color);
    }

    angle += ROTATION_SPEED;  // **更新旋转角度**
    delay(50);  // **控制动画速度**
}
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【花雕学编程】Arduino动手做（249）---GC9A01倾斜20度立方

代码解读

1. 头文件包含

#include "SPI.h"

#include "Adafruit_GFX.h"

#include "Adafruit_GC9A01A.h"

#include "math.h"
复制代码

SPI.h：引入了 Arduino 的 SPI（串行外设接口）库，用于与外部设备进行高速串行通信，在这个项目中，可能用于与显示屏进行通信。
Adafruit_GFX.h：Adafruit 图形库，提供了一系列用于绘制图形的基本函数，如绘制线条、矩形、圆形等。
Adafruit_GC9A01A.h：针对 GC9A01A 显示屏的驱动库，使得 Arduino 能够控制该显示屏进行图形显示。
math.h：C/C++ 的数学库，提供了许多数学函数，如 cos、sin 等，在这个项目中用于进行旋转变换。

2. 引脚定义与对象创建

#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、TFT_RST：分别定义了显示屏的片选（Chip Select）、数据 / 命令选择（Data/Command）和复位（Reset）引脚。TFT_RST 为 -1 表示不使用复位引脚。
Adafruit_GC9A01A tft：创建了一个 Adafruit_GC9A01A 类的对象 tft，用于控制显示屏。

3. 常量定义

#define SCREEN_WIDTH 240

#define SCREEN_HEIGHT 240

#define CENTER_X SCREEN_WIDTH / 2

#define CENTER_Y SCREEN_HEIGHT / 2

#define CUBE_SIZE 40  // **立方体大小**

#define ROTATION_SPEED 0.05  // **旋转速度**
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SCREEN_WIDTH 和 SCREEN_HEIGHT：定义了显示屏的宽度和高度，这里是 240x240 像素。
CENTER_X 和 CENTER_Y：计算出显示屏的中心点坐标。
CUBE_SIZE：定义了立方体的大小。
ROTATION_SPEED：定义了立方体的旋转速度。

4. 全局变量

float angle = 0;
复制代码

angle：用于记录立方体的旋转角度，初始值为 0。

5. 立方体顶点坐标

float cubeVertices[8][3] = {

    {-CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},

    { CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},

    { CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},

    {-CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE},

    {-CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE},

    { CUBE_SIZE, -CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE},

    { CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE},

    {-CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE,  CUBE_SIZE}

};
复制代码

cubeVertices：一个二维数组，存储了立方体的 8 个顶点的三维坐标。

6. 绘制边的函数

void drawEdge(int i, int j, float transformedVertices[8][2], uint16_t color) {

    tft.drawLine(transformedVertices[i][0], transformedVertices[i][1],

                 transformedVertices[j][0], transformedVertices[j][1], color);

}
复制代码

drawEdge：该函数用于绘制立方体的边，接收两个顶点的索引 i 和 j、存储变换后二维坐标的数组 transformedVertices 以及线条颜色 color 作为参数，使用 tft.drawLine 函数在显示屏上绘制一条直线。

7. setup 函数

void setup() {

    Serial.begin(115200);

    tft.begin();

    tft.setRotation(1);

    tft.fillScreen(tft.color565(0, 0, 0));  // **黑色背景**

}
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Serial.begin(115200)：初始化串口通信，波特率为 115200。
tft.begin()：初始化显示屏。
tft.setRotation(1)：设置显示屏的旋转角度为 1（通常为顺时针旋转 90 度）。
tft.fillScreen(tft.color565(0, 0, 0))：将显示屏的背景填充为黑色。

8. loop 函数

void loop() {

    tft.fillScreen(tft.color565(0, 0, 0));  // **清屏**

    

    float transformedVertices[8][2];  // **存储 2D 坐标**



    for (int i = 0; i < 8; i++) {

        float x = cubeVertices[i][0];

        float y = cubeVertices[i][1];

        float z = cubeVertices[i][2];



        // **旋转变换（绕 Y 轴旋转）**

        float rotatedX = x * cos(angle) - z * sin(angle);

        float rotatedZ = x * sin(angle) + z * cos(angle);



        // **投影到 2D 屏幕**

        transformedVertices[i][0] = CENTER_X + rotatedX;

        transformedVertices[i][1] = CENTER_Y + y;

    }



    // **绘制立方体的 12 条边**

    uint16_t color = tft.color565(255, 255, 255);  // **白色立方体**

    int edges[12][2] = {

        {0, 1}, {1, 2}, {2, 3}, {3, 0},

        {4, 5}, {5, 6}, {6, 7}, {7, 4},

        {0, 4}, {1, 5}, {2, 6}, {3, 7}

    };



    for (int i = 0; i < 12; i++) {

        drawEdge(edges[i][0], edges[i][1], transformedVertices, color);

    }



    angle += ROTATION_SPEED;  // **更新旋转角度**

    delay(50);  // **控制动画速度**

}
复制代码

tft.fillScreen(tft.color565(0, 0, 0))：每次循环开始时，将显示屏清屏，为绘制新的立方体做准备。
transformedVertices：用于存储经过旋转变换和投影后的二维坐标。
for 循环：对立方体的 8 个顶点进行旋转变换（绕 Y 轴旋转），并将变换后的三维坐标投影到二维屏幕上。
edges：一个二维数组，存储了立方体的 12 条边的顶点索引。
另一个 for 循环：遍历 edges 数组，调用 drawEdge 函数绘制立方体的 12 条边。
angle += ROTATION_SPEED：更新旋转角度，使立方体不断旋转。
delay(50)：延迟 50 毫秒，控制动画的速度。

9. 总结
这段代码通过使用 Adafruit_GC9A01A 显示屏和相关的图形库，在 Arduino 设备上实现了一个旋转立方体的动画效果。主要步骤包括初始化显示屏、定义立方体的顶点坐标、进行旋转变换和投影、绘制立方体的边，并通过不断更新旋转角度和延迟来实现动画效果。

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