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*/
……
{0x00,0x00,0x00,0x18,0x00,0x00,0x60,0x00,0x00,0x40,0x00,0x00,0x40,0x00,0x00,0x20,0x00,0x00,0x10,0x00,0x00,0x08,0x00,0x00,0x04,0x00,0x00,0x04,0x00,0x00,0x0C,0x00,0x00,0x10,0x00,0x00},/*"~",94*/
}

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最后修改:2020 年 02 月 07 日 08 : 42 PM
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