最近完成鸿蒙 LiteOS 环境下的二维码生成实验，基于 STM32L431 主控，移植 libqrencode 编码库，通过 SPI 总线驱动 TFT‑LCD 屏幕，直接在硬件屏幕上生成并打印 QR 二维码。踩过屏幕黑屏、二维码扫码识别失败的坑，把原理、代码逻辑、排坑经验整理分享出来。

项目概述

本实验在华为 LiteOS 实时操作系统上完成，把字符串xxx编码成标准 QR‑Code 二维码，在 SPI 接口的 TFT 液晶屏上渲染输出；串口同步输出原始字符串，手机扫描屏幕二维码可以还原出原始文本，完成 “软件编码‑硬件显示‑手机解码” 完整闭环。

硬件环境

• 主控芯片：STM32L431VCT6
• 显示设备：SPI 接口 TFT‑LCD 屏幕
• 通信外设：SPI1（主机模式），USART1 串口
• 系统框架：华为 LiteOS RTOS，Keil MDK 开发
• 编码库：移植 libqrencode 二维码编码库

整体信号链路： 待编码字符串 → LiteOS 显示任务调用编码库生成二维码模块矩阵 → SPI1 总线把像素数据写入 LCD 显存 → 屏幕输出二维码；同时串口打印原始内容；手机摄像头扫码反向解析出原始字符串。

核心原理学习

1.QR 二维码编码原理

QR Code 是矩阵式二维码，依靠黑白方块存储数据，具备大容量、高速识别、容错纠错的特点。 完整编码流程：

1. 将原始字符串转为二进制位流，包含模式指示符、字符计数、原始数据；
2. 根据数据长度自动匹配二维码版本，版本 1 对应 21×21 模块矩阵；
3. 添加终止符、填充码补齐数据长度；
4. 数据分块，使用Reed‑Solomon（RS）算法生成纠错码字，做数据交织；
5. 叠加定位角标、校正图形、格式掩码，生成最终模块矩阵； 手机扫码就是以上流程反向执行：定位图案定位二维码位置，读取模块，纠错还原原始信息。

本实验纠错等级为 L 级，输入字符串xxx共 8 个字符，使用版本 1 二维码。

2.SPI 驱动 LCD 屏幕

LCD 与 STM32 使用SPI1同步串行通信，STM32 作为 SPI 主机。 引脚分配：

• SCK：PE13 串行时钟
• MOSI：PE15 主机发送数据
• MISO：PE14 主机接收数据 额外控制线：CS 片选、DC (RS) 命令 / 数据选择脚、RESET 复位脚、背光控制脚。

SPI 配置模式 0：CPOL=0，CPHA=0，8bit 数据，高位先行。 关键逻辑：

• RS=0：发送寄存器命令
• RS=1：发送屏幕像素数据 拉低 CS 选中屏幕设备，SPI 逐字节发送，写完拉高 CS 释放总线。LCD_Fill 填充函数就是反复调用写命令、写数据，把二维码黑白方块绘制到屏幕上。

程序架构解读

项目基于 LiteOS 多任务，系统启动后创建两个任务：

1. view_task（优先级 1）显示任务：二维码编码、屏幕绘制、按键扫描，本实验核心业务任务。
2. control_task（优先级 0）控制任务：LED 控制、NB‑IoT 模块、物联网协议处理，本实验仅保留框架。

main.c 系统入口

硬件、系统时钟初始化完成，初始化 LCD 屏幕与外设；打印串口提示信息；初始化 LiteOS 内核，创建view_task显示任务，最后启动任务调度器，进入多任务运行。

view_task.c 二维码业务任务

任务循环内定义待编码字符串xxx，调用QR_CODE_Display()函数，完成编码 + 屏幕绘制；执行按键扫描；调用LOS_TaskDelay(10)延时让出 CPU，保证其他任务可以并行执行。

重点：creat_view_task()创建任务的时候，printf 打印待编码字符串，串口输出xxx，用于后期校验。

GUI.c：二维码绘制函数 QR_CODE_Display()

1. 设置画笔黑白颜色，定义二维码在屏幕上的位置、整体像素大小；
2. 调用EncodeData()，输入字符串，生成二维码模块矩阵；
3. 双重循环遍历矩阵，把每一个黑白模块放大为多个像素方块，调用LCD_Fill()填充屏幕显存；
4. 在屏幕底部打印提示文字 “欢迎来到万物互联的智能世界”。

QR_Encode.c：核心编码函数 EncodeData ()

这是 libqrencode 移植后的核心编码逻辑：

• 计算输入字符串长度，自动选择二维码版本；
• 生成数据位流，添加终止符、填充码字；
• 数据分块，RS 算法生成纠错码字，数据交织；
• 生成定位图案、掩码，输出模块矩阵，交给 GUI 绘制。

lcd.c SPI 底层驱动

封装LCD_WR_REG()写命令、LCD_WR_DATA()写数据两个底层函数，完成 SPI 时序，上层 GUI 直接调用，不需要关心 SPI 底层时序细节。

完整数据流： 字符串xxx → EncodeData 编码生成模块矩阵 → QR_CODE_Display 遍历矩阵 → SPI 写屏输出图像；同时串口打印原字符串；手机扫码解析得到原字符串。

实验现象

1. 串口输出（波特率 115200） 串口调试助手依次打印：实验标题、开始实验提示、创建二维码显示任务、待编码内容xxx，串口输出和代码内 printf 语句完全对应，串口链路工作正常。
2. LCD 屏幕显示效果 屏幕顶部展示实验标题，中间渲染生成完整黑白 QR 二维码，屏幕底部输出欢迎提示语句，二维码图案完整无破损。
3. 手机扫码验证 手机直接扫描屏幕上的二维码，解码结果输出xxx，和程序内待编码的原始内容完全一致。串口打印、屏幕图像、手机扫码三者结果匹配，实验验证闭环完成。

踩坑记录与问题排查

1. 烧录程序后 LCD 屏幕无任何显示 一开始怀疑是 SPI 配置代码出错，核对 SPI 模式、引脚复用配置没有问题。回头检查 LCD 初始化复位时序，RESET 引脚需要拉低再拉高维持规定时间。最后定位为屏幕排线松动，重新压紧排线、复位设备之后屏幕正常点亮。

小经验：显示类实验，优先排查硬件接线、复位时序，再去怀疑软件配置。

1. 二维码图案存在，但是手机扫码识别失败 屏幕可以正常画出二维码，但是手机很难扫出来。观察发现二维码模块尺寸偏小，加上屏幕反光干扰识别。修改绘制函数，增大二维码模块放大倍数，保证黑白色块对比度，重新编译下载后扫码识别稳定。

QR 码识别对图案尺寸、完整度、对比度都有要求。

学习收获

通过本次实验，弄懂 QR 二维码整套编码流程，理解 RS 纠错算法在二维码里面的作用；熟悉 STM32 SPI 主机通信的配置与时序，明白 RS 引脚区分命令和数据的设计意义。 同时加深对 LiteOS 实时操作系统任务创建、任务优先级、延时调度的理解；学会串口 + 屏幕 + 外部设备扫码，多维度交叉校验程序输出结果，能够快速缩小 bug 排查范围。从原始字符串，到编码矩阵，再经过 SPI 外设输出到屏幕，完整走完软件算法到硬件输出的开发链路。

拓展思考：项目可以如何升级

1. 动态刷新二维码：借助 RTC 实时时钟或者按键触发，定时更新二维码存储内容，可以用作动态验证码、一次性票据场景，提升安全性。
2. 扫码事件上云：利用板载 BC35G NB‑IoT 模块，把扫码时间、识别到的内容上传物联网云平台，可以实现巡检打卡、简单考勤、物品溯源 demo。
3. 优化编码能力：切换更高纠错等级 M/Q/H，提升二维码抗污损能力；拓展支持中文 UTF‑8 字符，承载更多业务信息。
4. UI 美化改造：实现彩色二维码，中间嵌入简易 logo；
5. 低功耗改造：平时 LCD 休眠，按键唤醒屏幕展示二维码，一段时间之后自动熄屏，适配电池供电的便携设备。