TFTLCD显示实验

一.参考资料

  1. 战舰/精英STM32F1开发板
    《STM32F1开发指南-库函数版本》第十八章 TFTLCD显示实验
  2. miniSTM32F1开发板
    《STM32不完全手册-库函数版本》 第十六章 TFTLCD显示实验
  3. 探索者STM32F4开发板
    《STM32F4开发指南-库函数版本》第十八章 TFTLCD显示实验
  4. FSMC参考资料
    《STM32中文参考手册_V10》-第19章 灵活的静态存储器控制器(FSMC)

《STM32F4xx中文参考手册》-第32章 灵活的静态存储控制器(FSMC)

  1. TFTLCD屏参考资料：
    光盘：硬件资料液晶资料 ILI9341(ID9341) ILI9341_DS.pdf

二.TFTLCD驱动原理

1.TFTLCD简介

​ TFTLCD即薄膜晶体管液晶显示器。它与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。

​ TFTLCD具有：亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳等特点。是目前最主流的LCD显示器。广泛应用于电视、手机、电脑、平板等各种电子产品。

2.模块简介

ALIENTEK提供丰富的TFTLCD模块型号，供大家选择，目前有以下型号可选：
1，ATK-2.8寸 TFTLCD模块
分辨率：240*320，驱动IC：ILI9341，电阻触摸屏，16位并口驱动

2.8寸
2，ATK-3.5寸 TFTLCD模块
分辨率：320*480，驱动IC：NT35310，电阻触摸屏，16位并口驱动

3.5寸
3，ATK-4.3寸 TFTLCD模块
分辨率：480*800，驱动IC：NT35510，电容触摸屏，16位并口驱动

4.3寸
4，ATK-7寸 TFTLCD模块(V1版本)
分辨率：480*800，驱动IC：CPLD+SDRAM，电容触摸屏，16位并口驱动

7寸（1）
5，ATK-7寸 TFTLCD模块(V2版本)
分辨率：480*800，驱动IC：SSD1963，电容触摸屏，8/9/12/16位并口驱动

7寸（2）

3.2.8寸模块特点

  • 240*320分辨率
  • 16位真彩显示（65536色）
  • 自带电阻触摸屏
  • 自带背光电路

注意：模块是3.3V供电的，不支持5V电压的MCU，如果是5V MCU，必须在信号线串接120R电阻使用。

2.8寸

4.2.8寸 TFTLCD模块原理图

2.8寸 TFTLCD模块原理图

5.2.8寸 TFTLCD接口说明（16位80并口）

注意：DB1~DB8，DB10~DB17，总是按顺序连接MCU的D0~D15

  • LCD_CS：LCD片选信号
  • LCD_WR：LCD写信号
  • LCD_RD：LCD读信号
  • DB[17：1]：16位双向数据线。
  • LCD_RST：硬复位LCD信号

  • LCD_RS：命令/数据标志

            (0:命令,1:数据)
  • BL_CTR：背光控制信号
  • T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CLK，触摸屏接口信号

接口说明图

6.2.8寸 TFTLCD 16位80并口驱动简介

模块的8080并口读/写的过程为：
先根据要写入/读取的数据的类型，设置RS为高（数据）/低（命令），然后拉低片选，选中ILI9341，接着我们根据是读数据，还是要写数据置RD/WR为低，然后：
1.读数据：在RD的上升沿， 读取数据线上的数据（D[15:0]）;
2.写数据：在WR的上升沿，使数据写入到ILI9341里面

并口写时序图

并口读时序图

7.ILI9341 驱动时序

下图为：ILI9341 8080并口时序，详见：ILI9341_DS.pdf，232页

ILI9341 8080并口时序

重点时序：

  • 读ID低电平脉宽(trdl)
  • 读ID高电平脉宽(trdh)
  • 读FM低电平脉宽(trdlfm)
  • 读FM高电平脉宽(trdhfm)
  • 写控制低电平脉宽(twrl)
  • 写控制高电平脉宽(twrh)

注意：ID指LCD的ID号FM指帧缓存，即:GRAM

三.驱动流程

驱动流程

四.指令简介

1.RGB565格式说明

模块对外接口采用16位并口，颜色深度为16位，格式为RGB565，关系如下图：

RGB565

2.ILI9341指令格式说明

ILI9341所有的指令都是8位的（高8位无效），且参数除了读写GRAM的时候是16位，其他操作参数，都是8位的。

ILI9341的指令很多，这里不一一介绍，仅介绍几个重要的指令，他们是：0XD3，0X36，0X2A，0X2B，0X2C，0X2E等6条指令。

3.0XD3指令

该指令为读ID4指令，用于读取LCD控制器的ID 。因此，同一个代码，可以根据ID的不同，执行不同的LCD驱动初始化，以兼容不同的LCD屏幕。

0XD3指令

4.0X36指令

该指令为存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向，简单的说，就是在连续写GRAM的时候，可以控制GRAM指针的增长方向，从而控制显示方式（读GRAM也是一样）。

0X36指令（1）

0X36指令（2）

5.0X2A指令

该指令是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置横坐标（x坐标）

0X2A指令

在默认扫描方式时，该指令用于设置x坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SC和EC，即列地址的起始值和结束值，SC必须小于等于EC，且0≤SC/EC≤239。一般在设置x坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SC即可，因为如果EC没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。

6.0X2B指令

该指令是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置纵坐标（y坐标）

0X2B指令

7.0X2C指令

该指令是写GRAM指令，在发送该指令之后，我们便可以往LCD的GRAM里面写入颜色数据了，该指令支持连续写 (地址自动递增)

0X2C指令

在收到指令0X2C之后，数据有效位宽变为16位，我们可以连续写入LCD GRAM值，而GRAM的地址将根据MY/MX/MV设置的扫描方向进行自增。例如：假设设置的是从左到右，从上到下的扫描方式，那么设置好起始坐标（通过SC，SP设置）后，每写入一个颜色值，GRAM地址将会自动自增1（SC++），如果碰到EC，则回到SC，同时SP++，一直到坐标：EC，EP结束，其间无需再次设置的坐标，从而大大提高写入速度。

8.0X2E指令

该指令是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存（GRAM），同0X2C指令，该指令支持连续读 (地址自动递增)

0X2E指令

ILI9341在收到该指令后，第一次输出的是dummy数据（无效），第二次开始，读取到的才是有效的GRAM数据（从坐标：SC，SP开始），输出规律为：每个颜色分量占8个位，一次输出2个颜色分量。比如：第一次输出是R1G1，随后的规律为：B1R2G2B2R3G3B3R4G4B4R5G5... 以此类推

五.FSMC简介

1.FSMC介绍

FSMC，即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和16位PC存储器卡连接，STM32的FSMC接口支持包括SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH和PSRAM等存储器。FSMC的框图如下图所示：

FSMC

2.FSMC驱动LCD原理

FSMC驱动外部SRAM时，外部SRAM的控制一般有：地址线（如A0~A25）、数据线（如D0~D15）、写信号（WE，即WR）、读信号（OE，即RD）、片选信号（CS），如果SRAM支持字节控制，那么还有UB/LB信号。

​ 而TFTLCD的信号我们在前面介绍过，包括：RS、D0~D15、WR、RD、CS、RST和BL等，其中真正在操作LCD的时候需要用到的就只有：RS、D0~D15、WR、RD和CS。其操作时序和SRAM的控制完全类似，唯一不同就是TFTLCD有RS信号，但是没有地址信号。

​ TFTLCD通过RS信号来决定传送的数据是数据还是命令，本质上可以理解为一个地址信号，比如我们把RS接在A0上面，那么当FSMC控制器写地址0的时候，会使得A0变为0，对TFTLCD来说，就是写命令。而FSMC写地址1的时候，A0将会变为1，对TFTLCD来说，就是写数据了。这样，就把数据和命令区分开了，他们其实就是对应SRAM操作的两个连续地址。当然RS也可以接在其他地址线上，战舰V3和精英板开发板都是把RS连接在A10上面，而探索者STM32F4把RS接在A6上面。

​ 因此，可以把TFTLCD当成一个SRAM来用，只不过这个SRAM有2个地址，这就是FSMC可以驱动LCD的原理。

3.NOR PSRAM外设接口

STM32的FSMC支持8/16/32位数据宽度，我们这里用到的LCD是16位宽度的，所以在设置的时候，选择16位宽就OK了。FSMC的外部设备地址映像，STM32的FSMC将外部存储器划分为固定大小为256M字节的四个存储块

存储块

4.存储块1 操作简介

​ STM32的FSMC存储块1（Bank1）用于驱动NOR FLASH/SRAM/PSRAM，被分为4个区，每个区管理64M字节空间，每个区都有独立的寄存器对所连接的存储器进行配置。Bank1的256M字节空间由28根地址线（HADDR[27:0]）寻址。
​ 这里HADDR，是内部AHB地址总线，其中，HADDR[25:0]来自外部存储器地址FSMC_A[25:0]，而HADDR[26:27]对4个区进行寻址。如下表所示：

HADDR

当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：HADDR[25:1] to FSMC_A[24:0]
当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：HADDR[25:0] to FSMC_A[25:0]

不论外部接8位/16位宽设备，FSMC_A[0]永远接在外部设备地址A[0]

STM32的FSMC存储块1 支持的异步突发访问模式包括：模式1、模式A~D等多种时序模型，驱动SRAM时一般使用模式1或者模式 A，这里我们使用模式A来驱动LCD（当SRAM用），其他模式说明详见：STM32中文参考手册-FSMC章节。

模式A读时序图

模式A写时序图

模式A支持读写时序分开设置！ 对STM32F4仅写时序DATAST需要+1

5.寄存器介绍

对于NOR FLASH/PSRAM控制器(存储块1)，通过FSMC_BCRx、FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx寄存器设置（其中x=1~4，对应4个区）。通过这3个寄存器，可以设置FSMC访问外部存储器的时序参数，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。

SRAM/NOR闪存片选控制寄存器（FSMC_BCRx）

FSMC_BCRx

EXTMOD：扩展模式使能位，控制是否允许读写不同的时序，需设置为1
WREN：写使能位。我们需要向TFTLCD写数据，故该位必须设置为1
MWID[1:0]：存储器数据总线宽度。00，表示8位数据模式；01表示16位数据模式；10和11保留。我们的TFTLCD是16位数据线，所以设置WMID[1:0]=01。
MTYP[1:0]：存储器类型。00表示SRAM、ROM；01表示PSRAM；10表示NOR FLASH;11保留。我们把LCD当成SRAM用，所以需要设置MTYP[1:0]=00。
MBKEN：存储块使能位。需设置为1

SRAM/NOR闪存片选时序寄存器（FSMC_BTRx）

FSMC_BTRx

​ ACCMOD[1:0]：访问模式。00:模式A；01:模式B；10:模式C；11:模式D。
DATAST[7:0]：数据保持时间，等于: DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。对ILI9341来说，其实就是RD低电平持续时间，最大为355ns。对STM32F1，一个HCLK=13.8ns (1/72M)，设置为15；对STM32F4，一个HCLK=6ns(1/168M) ，设置为60。
​ ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示：ADDSET (+1)个HCLK周期，ADDSET最大为15。对ILI9341来说，这里相当于RD高电平持续时间，为90ns。STM32F1的FSMC性能存在问题，即便设置为0，RD也有190ns的高电平，我们这里设置为1。而对STM32F4，则设置为15。

如果未设置EXTMOD位，则读写共用这个时序寄存器！

SRAM/NOR闪存写时序寄存器（FSMC_BWTRx）

FSMC_BWTRx

ACCMOD[1:0]：访问模式。00:模式A；01:模式B；10:模式C；11:模式D。
DATAST[7:0]：数据保持时间，等于: DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。对ILI9341来说，其实就是WR低电平持续时间，为15ns，不过ILI9320等则需要50ns。考虑兼容性，对STM32F1，一个HCLK=13.8ns (1/72M)，设置为3；对STM32F4，一个HCLK=6ns(1/168M) ，设置为9。
ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示：ADDSET+1个HCLK周期，ADDSET最大为15。对ILI9341来说，这里相当于WR高电平持续时间，为15ns。同样考虑兼容ILI9320，对STM32F1，这里即便设置为1，WR也有100ns的高电平，我们这里设置为1。而对STM32F4，则设置为8。

寄存器组合说明

在ST官方库提供的的寄存器定义里面，并没有定义FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等这个单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合。规律如下：

FSMC_BCRx和FSMC_BTRx，组合成BTCR[8]寄存器组，他们的对应关系如下：
BTCR[0]对应FSMC_BCR1，BTCR[1]对应FSMC_BTR1
BTCR[2]对应FSMC_BCR2，BTCR[3]对应FSMC_BTR2
BTCR[4]对应FSMC_BCR3，BTCR[5]对应FSMC_BTR3
BTCR[6]对应FSMC_BCR4，BTCR[7]对应FSMC_BTR4

FSMC_BWTRx则组合成BWTR[7]，他们的对应关系如下：
BWTR[0]对应FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应FSMC_BWTR2，
BWTR[4]对应FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应FSMC_BWTR4，
BWTR[1]、BWTR[3]和BWTR[5]保留，没有用到。

六.源码讲解

1.LCD结构体

//LCD地址结构体
typedef struct
{
        vu16 LCD_REG;
        vu16 LCD_RAM;
} LCD_TypeDef;
//使用NOR/SRAM的 Bank1.sector4,地址位HADDR[27,26]=11 A10作为数据命令区分线 
//注意设置时STM32内部会右移一位对其!                 
#define LCD_BASE        ((u32)(0x6C000000 | 0x0000007E))
#define LCD             ((LCD_TypeDef *) LCD_BASE)

LCD_BASE，须根据外部电路的连接来确定，如Bank1.sector4就是从地址0X6C000000开
始，而0X000007FE，则是A10的偏移量。以A10为例，7FE换成二进制为：111 1111 1110
，而16位数据时，地址右移一位对齐，对应到地址引脚，就是：A10:A0=011 1111 1111，
此时A10是0，但是如果16位地址再加1（对应到8位地址是加2，即7FE+0X02），那么：
A10:A0=100 0000 0000，此时A10就是1了，即实现了对RS的0和1的控制。

我们将LCD_TypeDef *这个地址强制转换为LCD_TypeDef结构体地址，那么可以得到LCD->LCD_REG的
地址就是0X6C00,07FE，对应A10的状态为0(即RS=0)，而LCD-> LCD_RAM的地址就是
0X6C00,0800（结构体地址自增），对应A10的状态为1（即RS=1），从而实现对RS的控
制。

2.lcddev结构体

//LCD重要参数集
typedef struct  
{            
        u16 width;        //LCD 宽度
        u16 height;        //LCD 高度
        u16 id;        //LCD ID
        u8  dir;        //横屏还是竖屏控制：0，竖屏；1，横屏。    
        u16    wramcmd;    //开始写gram指令
        u16  setxcmd;        //设置x坐标指令
        u16  setycmd;        //设置y坐标指令 
}_lcd_dev;     
//LCD参数
extern _lcd_dev lcddev;    //管理LCD重要参数

lcddev结构体参数的赋值，基本上都是在LCD_Display_Dir函数完成

3.底层接口函数

7个底层接口函数：

  1. 写寄存器值函数 ：void LCD_WR_REG(u16 regval)
  2. 写数据函数：void LCD_WR_DATA(u16 data)
  3. 读数据函数：u16 LCD_RD_DATA(void)
  4. 写寄存器内容函数： void LCD_WriteReg(u16 LCD_Reg, u16 LCD_RegValue)
  5. 读寄存器内容函数： u16 LCD_ReadReg(u16 LCD_Reg)
  6. 开始写GRAM函数： void LCD_WriteRAM_Prepare(void)
  7. 写GRAM函数： void LCD_WriteRAM(u16 RGB_Code)

4.LCD初始化函数

LCD初始化函数伪代码：

//LCD初始化
void LCD_Init(void)
{
    初始化GPIO;
    初始化FSMC;                         //Mini板不需要
    读取LCD ID;    
    printf(“LCD ID:%x\r\n”,lcddev.id);//打印LCD ID，用到了串口1
                                        //所以必须初始化串口1，否则黑屏    
    根据不同的ID执行LCD初始化代码;
    LCD_Display_Dir(0);             //默认为竖屏
    LCD_LED=1;                 //点亮背光
    LCD_Clear(WHITE);            //清屏
}

5.LCD坐标设置函数

//设置光标位置
//Xpos:横坐标
//Ypos:纵坐标
void LCD_SetCursor(u16 Xpos, u16 Ypos)
{     
     if(lcddev.id==0X9341||lcddev.id==0X5310)
     {            
          LCD_WR_REG(lcddev.setxcmd); 
          LCD_WR_DATA(Xpos>>8);
          LCD_WR_DATA(Xpos&0XFF);  
          LCD_WR_REG(lcddev.setycmd); 
     LCD_WR_DATA(Ypos>>8);
     LCD_WR_DATA(Ypos&0XFF); 
     }else if(lcddev.id==XXXX)    //根据不同的LCD型号，执行不同的代码
     { 
     ……//省略部分代码
     }
}

6.LCD画点函数

//画点
//x,y:坐标
//POINT_COLOR:此点的颜色
void LCD_DrawPoint(u16 x,u16 y)
{
    LCD_SetCursor(x,y);        //设置光标位置 
    LCD_WriteRAM_Prepare();    //开始写入GRAM
    LCD->LCD_RAM=POINT_COLOR;     //非Mini板的操作方式   
}

7.LCD读点函数

LCD读点函数：u16 LCD_ReadPoint(u16 x,u16 y)

1，非Mini板的读点函数代码(FSMC方式，适合战舰、精英、探索者F4板)

2，Mini板的读点函数代码(GPIO方式，适合Mini板)

8.LCD字符显示函数

//在指定位置显示一个字符
//x,y:起始坐标
//num:要显示的字符:" "--->"~"
//size:字体大小 12/16/24
//mode:叠加方式(1)还是非叠加方式(0)
void LCD_ShowChar(u16 x,u16 y,u8 num,u8 size,u8 mode)
{                                
       u8 temp,t1,t;
       u16 y0=y;
       u8 csize=(size/8+((size%8)?1:0))*(size/2);    //得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数    
       num=num-' ';    //得到偏移后的值（ASCII字库是从空格开始取模，所以-' '就是对应字符的字库）
       for(t=0;t<csize;t++)
       {  
if(size==12)temp=asc2_1206[num][t];         //调用1206字体
             else if(size==16)temp=asc2_1608[num][t];    //调用1608字体
             else if(size==24)temp=asc2_2412[num][t];    //调用2412字体
             else return;            //没有的字库
             for(t1=0;t1<8;t1++)
             {                
      if(temp&0x80)LCD_Fast_DrawPoint(x,y,POINT_COLOR);
      else if(mode==0)LCD_Fast_DrawPoint(x,y,BACK_COLOR);
                    temp<<=1;
                    y++;
                    if(y>=lcddev.height)return;        //超区域了
                    if((y-y0)==size)
                    {
    y=y0;
    x++;
    if(x>=lcddev.width)return;        //超区域了
    break;
                     }
              }       
        }                            
}

9.字符码表

const unsigned char oled_asc2_1206[95][12]={
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*" ",0*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"!",1*/
……
{0x40,0x00,0x80,0x00,0x40,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x40,0x00},/*"~",94*/
};
const unsigned char oled_asc2_1608[95][16]={
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*" ",0*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0xCC,0x00,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"!",1*/
……
{0x00,0x00,0x60,0x00,0x80,0x00,0x80,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00},/*"~",94*/
}
const unsigned char oled_asc2_2412[95][36]={ 
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*" ",0*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x80,0x38,0x0F,0xFE,0x38,0x0F,0x80,0x38,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"!",1*/
……
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最后修改：2020 年 02 月 07 日 08 : 42 PM
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