STM32L4单片机基础——使用SPI驱动LCD液晶屏

NB的老王 发表于 2019/12/13 17:18:14 2019/12/13
【摘要】 本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件SPI外设与ST7789通信,驱动16bit TFT-LCD 屏幕。0. 前言学习 SPI 外设驱动LCD屏幕没有必要手写驱动,学习这部分代码的目的是为了了解TFT-LCD的工作原理,每个像素点是如何显示的,不要花过多的精力在弄明白每个命令的意思,建议基于本驱动,学习一下打点,画线算法,画圆算法,画多边形算法等...

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件SPI外设与ST7789通信,驱动16bit TFT-LCD 屏幕。

0. 前言

学习 SPI 外设驱动LCD屏幕没有必要手写驱动,学习这部分代码的目的是为了了解TFT-LCD的工作原理,每个像素点是如何显示的,不要花过多的精力在弄明白每个命令的意思,建议基于本驱动,学习一下打点,画线算法,画圆算法,画多边形算法等等,还可以学习显示英文字符,中文字符,最后还可以移植STemwin显示界面等等好玩的东西~

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1. 准备工作

硬件准备

  • 开发板
    首先需要准备一个小熊派IoT开发板,并通过USB线与电脑连接。

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  • LCD屏幕
    小熊派开发板板载LCD屏幕大小1.3寸,分辨率240*240,色彩深度16bit,使用ST7789V2液晶控制器

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX,打开MCU选择器:
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搜索并选中芯片STM32L431RCT6:
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配置时钟源

  • 如果选择使用外部高速时钟(HSE),则需要在System Core中配置RCC;

  • 如果使用默认内部时钟(HSI),这一步可以略过;

这里我都使用外部时钟:

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配置LCD控制GPIO

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配置SPI2接口

查看小熊派LCD接口的原理图:

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引脚对应表如下:

LCD引脚MCU引脚
SPI2_MOSIPC3
SPI2_CLKPB13
LCD_WR_RSPC6
LCD_RESETPC7
LCD_POWERPB15

MCU只需要通过SPI向LCD控制器发送命令/数据即可,所以硬件上接 SPI2 的 SCK 和 MOSI 引脚,软件上将SPI2配置为发送主机模式,接下来开始配置SPI2接口:

参数设置如下:

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SPI2默认SCK引脚是PB10,和开发板不对应,所以重新修改引脚为PB13:

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配置时钟树

STM32L4的最高主频到80M,所以配置PLL,最后使HCLK = 80Mhz即可:
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生成工程设置

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代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件:
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生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程:
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3. 编写LCD驱动(ST7789)—— 封装宏和底层函数

3.1. 封装控制LCD控制引脚高低电平的宏

控制引脚宏定义已经包含在 main.h 中,如图:

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在编写驱动的过程中需要不断的控制这些控制引脚的电平,所以首先在 lcd_spi2_drv.h 头文件中编写控制这些引脚的宏:

#include "main.h"

#define    LCD_PWR(n)        (n?\HAL_GPIO_WritePin(LCD_PWR_GPIO_Port,LCD_PWR_Pin,GPIO_PIN_SET):\HAL_GPIO_WritePin(LCD_PWR_GPIO_Port,LCD_PWR_Pin,GPIO_PIN_RESET))
#define    LCD_WR_RS(n)     (n?\HAL_GPIO_WritePin(LCD_WR_RS_GPIO_Port,LCD_WR_RS_Pin,GPIO_PIN_SET):\HAL_GPIO_WritePin(LCD_WR_RS_GPIO_Port,LCD_WR_RS_Pin,GPIO_PIN_RESET))
#define    LCD_RST(n)        (n?\HAL_GPIO_WritePin(LCD_RST_GPIO_Port,LCD_RST_Pin,GPIO_PIN_SET):\HAL_GPIO_WritePin(LCD_RST_GPIO_Port,LCD_RST_Pin,GPIO_PIN_RESET))

3.2. 宏定义屏幕分辨率和颜色值

//LCD屏幕分辨率定义
#define LCD_Width   240
#define LCD_Height  240
//颜色定义
#define WHITE   0xFFFF    //白色
#define YELLOW  0xFFE0    //黄色
#define BRRED   0XFC07  //棕红色
#define PINK    0XF81F    //粉色
#define RED     0xF800    //红色
#define BROWN   0XBC40  //棕色
#define GRAY    0X8430  //灰色
#define GBLUE   0X07FF    //兰色
#define GREEN   0x07E0    //绿色
#define BLUE    0x001F  //蓝色
#define BLACK   0x0000    //黑色

接下来开始在 lcd_spi2_drv.c 编写驱动程序~

3.3. 封装LCD控制引脚初始化函数

首先包含必要的头文件:

#include "lcd_spi2_drv.h"
#include "gpio.h"
#include "spi.h"

这个函数只能在本文件内由LCD初始化函数调用,所以使用static修饰为静态的:

/**
 *@brief    LCD控制引脚和通信接口初始化
 *@param    none
 *@retval   none
*/
static void LCD_GPIO_Init(void)
{
    /* 初始化引脚 */
    MX_GPIO_Init();

    /* 复位LCD */
    LCD_PWR(0);
    LCD_RST(0);
    HAL_Delay(100);
    LCD_RST(1);

    /* 初始化SPI2接口 */
    MX_SPI2_Init();
}

3.4. 封装LCD发送数据和发送命令函数

数据都是由 SPI2 的MOSI发送,由 LCD_WR_RS 引脚指明该数据是命令还是数据。

首先在 spi.c 的最后调用HAL库封装一个函数,供驱动程序调用:

/* USER CODE BEGIN 1 */
/**
 * @brief    SPI 发送字节函数
 * @param    TxData    要发送的数据
 * @param    size    发送数据的字节大小
 * @return  0:写入成功,其他:写入失败
 */
uint8_t SPI_WriteByte(uint8_t *TxData,uint16_t size)
{
    return HAL_SPI_Transmit(&hspi2,TxData,size,1000);
}
/* USER CODE END 1 */

>不要忘了在spi.h中声明该函数! 然后基于spi发送字节函数,在**驱动文件中**继续封装一个向LCD发送数据的函数,一个向LCD发送命令的函数:

/**
 * @brief   写命令到LCD
 * @param   cmd —— 需要发送的命令
 * @return  none
 */
static void LCD_Write_Cmd(uint8_t cmd)
{
    LCD_WR_RS(0);
    SPI_WriteByte(&cmd, 1);
}

/**
 * @brief   写数据到LCD
 * @param   dat —— 需要发送的数据
 * @return  none
 */
static void LCD_Write_Data(uint8_t dat)
{
    LCD_WR_RS(1);
    SPI_WriteByte(&dat, 1);
}

4. 编写LCD驱动(ST7789)—— 对照datasheet编程

4.1. 打开/关闭背光函数

这两个函数比较简单,直接调用控制LCD背光的引脚控制宏即可:

/**
 * @breif   打开LCD显示背光
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_DisplayOn(void)
{
    LCD_PWR(1);
}
/**
 * @brief   关闭LCD显示背光
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_DisplayOff(void)
{
    LCD_PWR(0);
}

4.2. 指定显示RAM操作地址

根据数据手册,当要改变某个区域像素点的颜色时,首先应该确定X方向起始地址和X方向结束地址:

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然后确定Y方向起始地址和Y方向结束地址:

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最后再确定该区域内每个像素点的值(16bit):

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综上,我们每次操作的时候都需要指定操作区域,所以编写该函数:

/**
 * @brief   设置数据写入LCD显存区域
 * @param   x1,y1    —— 起点坐标
 * @param   x2,y2    —— 终点坐标
 * @return  none
 */
void LCD_Address_Set(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2)
{
    /* 指定X方向操作区域 */
    LCD_Write_Cmd(0x2a);
    LCD_Write_Data(x1 >> 8);
    LCD_Write_Data(x1);
    LCD_Write_Data(x2 >> 8);
    LCD_Write_Data(x2);

    /* 指定Y方向操作区域 */
    LCD_Write_Cmd(0x2b);
    LCD_Write_Data(y1 >> 8);
    LCD_Write_Data(y1);
    LCD_Write_Data(y2 >> 8);
    LCD_Write_Data(y2);

    /* 发送该命令,LCD开始等待接收显存数据 */
    LCD_Write_Cmd(0x2C);
}

## 4.3. 清屏函数 编写完指定显存操作区域后,趁热打铁,编写清屏函数就很简单啦,直接调用上面编写的函数,指定操作地址为全屏幕,然后循环发送颜色值即可:

#define LCD_TOTAL_BUF_SIZE    (240*240*2)
#define LCD_Buf_Size 1152
static uint8_t lcd_buf[LCD_Buf_Size];
/**
 * @brief   以一种颜色清空LCD屏
 * @param   color —— 清屏颜色(16bit)
 * @return  none
 */
void LCD_Clear(uint16_t color)
{
    uint16_t i, j;
    uint8_t data[2] = {0};  //color是16bit的,每个像素点需要两个字节的显存

    /* 将16bit的color值分开为两个单独的字节 */
    data[0] = color >> 8;
    data[1] = color;

    /* 显存的值需要逐字节写入 */
    for(j = 0; j < LCD_Buf_Size / 2; j++)
    {
        lcd_buf[j * 2] =  data[0];
        lcd_buf[j * 2 + 1] =  data[1];
    }
    /* 指定显存操作地址为全屏幕 */
    LCD_Address_Set(0, 0, LCD_Width - 1, LCD_Height - 1);
    /* 指定接下来的数据为数据 */
    LCD_WR_RS(1);
    /* 将显存缓冲区的数据全部写入缓冲区 */
    for(i = 0; i < (LCD_TOTAL_BUF_SIZE / LCD_Buf_Size); i++)
    {
        SPI_WriteByte(lcd_buf, (uint16_t)LCD_Buf_Size);
    }
}

4.4. LCD初始化函数

至此,LCD的一些操作函数全部编写完成,最后编写初始化LCD模式的函数:

/**
 * @brief   LCD初始化
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_Init(void)
{
    /* 初始化和LCD通信的引脚 */
    LCD_GPIO_Init();
    HAL_Delay(120);

    /* 关闭睡眠模式 */
    LCD_Write_Cmd(0x11);
    HAL_Delay(120);

    /* 开始设置显存扫描模式,数据格式等 */
    LCD_Write_Cmd(0x36);
    LCD_Write_Data(0x00);
    /* RGB 5-6-5-bit格式  */
    LCD_Write_Cmd(0x3A);
    LCD_Write_Data(0x65);
    /* porch 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xB2);
    LCD_Write_Data(0x0C);
    LCD_Write_Data(0x0C);
    LCD_Write_Data(0x00);
    LCD_Write_Data(0x33);
    LCD_Write_Data(0x33);
    /* VGH设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xB7);
    LCD_Write_Data(0x72);
    /* VCOM 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xBB);
    LCD_Write_Data(0x3D);
    /* LCM 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC0);
    LCD_Write_Data(0x2C);
    /* VDV and VRH 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC2);
    LCD_Write_Data(0x01);
    /* VRH 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC3);
    LCD_Write_Data(0x19);
    /* VDV 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC4);
    LCD_Write_Data(0x20);
    /* 普通模式下显存速率设置 60Mhz */
    LCD_Write_Cmd(0xC6);
    LCD_Write_Data(0x0F);
    /* 电源控制 */
    LCD_Write_Cmd(0xD0);
    LCD_Write_Data(0xA4);
    LCD_Write_Data(0xA1);
    /* 电压设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xE0);
    LCD_Write_Data(0xD0);
    LCD_Write_Data(0x04);
    LCD_Write_Data(0x0D);
    LCD_Write_Data(0x11);
    LCD_Write_Data(0x13);
    LCD_Write_Data(0x2B);
    LCD_Write_Data(0x3F);
    LCD_Write_Data(0x54);
    LCD_Write_Data(0x4C);
    LCD_Write_Data(0x18);
    LCD_Write_Data(0x0D);
    LCD_Write_Data(0x0B);
    LCD_Write_Data(0x1F);
    LCD_Write_Data(0x23);
    /* 电压设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xE1);
    LCD_Write_Data(0xD0);
    LCD_Write_Data(0x04);
    LCD_Write_Data(0x0C);
    LCD_Write_Data(0x11);
    LCD_Write_Data(0x13);
    LCD_Write_Data(0x2C);
    LCD_Write_Data(0x3F);
    LCD_Write_Data(0x44);
    LCD_Write_Data(0x51);
    LCD_Write_Data(0x2F);
    LCD_Write_Data(0x1F);
    LCD_Write_Data(0x1F);
    LCD_Write_Data(0x20);
    LCD_Write_Data(0x23);
    /* 显示开 */
    LCD_Write_Cmd(0x21);
    LCD_Write_Cmd(0x29);

    /* 清屏为白色 */
    LCD_Clear(WHITE);

    /*打开显示*/
    LCD_PWR(1);
}

至此,驱动编写完成。

5. 测试驱动程序

在 main函数 中编写驱动测试代码,在 while(1) 之前添加如下代码:


  //
  LCD_Init();
  LCD_Clear(GREEN);
  //


测试结果如图:


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绿绿的,是不是很好看哈哈(斜眼笑.jpg)~

至此,我们已经学会如何使用硬件SPI驱动LCD屏幕(ST7789),下一节将讲述如何使用硬件QSPI接口读写SPI Flash的数据。


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