TFTLCD实验

1.TFTLCD简介：

我们通过STM32的普通IO口模拟8080总线来控制TFTLCD的显示。TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。

TFTLCD模块采用16位的并方式与外部连接，之所以不 采用8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其在显示图片的时候，如果用8位的数据线，就会比16位方式慢一倍以上。我们当然希望速度越快越好，所以我们选择 16 位的接口。
该模块的80并口有如下一些信号线：

CS：TFTLCD片选信号。

WR：向TFTLCD写入数据。

RD：从TFTLCD读取数据。

D[15:0]:16位双向数据线。

RST：硬复位TFTLCD.

RS：命令/数据标志（0，读写命令;1,读写数据）。

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DC为高（数据）/低（命令），然后拉低 

片选，选中SSD1306，接着我们根据是读数据，还是根据要写数据置RD/WR为低，然后：

在RD的上升沿，使数据锁存到数据线（D[7:0])上；

在 WR 的上升沿，使数据写入到 SSD1306 里面；
TFTLCD模块的RST信号线是直接接到STM32的复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个IO口。另外我们还需要一个背光控制线来控制TFTLCD的背光。我们总共需要的IO口数目为21个。我们标注的DB1~DB8，DB10~DB17，是相对于LCD控制IC标注的，实际上可以把它们等同于D0~D15。

 ALIENTEK 提供 2.8/3.5/4.3/7 寸等不同尺寸的 TFTLCD 模块，其驱动芯片有很多种类型，比如有： ILI9341/ILI9325/RM68042/RM68021/ILI9320/ILI9328/LGDP4531/LGDP4535/SPFD5408/SSD1289/1505/B505/C505/NT35310/NT35510/SSD1963 等(具体的型号，大家可以通过下载本章实验代码，通过串口或者 LCD 显示查看)，这里我们仅以 ILI9341 控制器为例进行介绍。

ILI9341 液晶控制器自带显存，其显存总大小为 172800（240*320*18/8），即 18 位模式（26万色）下的显存量。在 16 位模式下， ILI9341 采用 RGB565 格式存储颜色数据，此时 ILI9341的 18 位数据线与 MCU 的 16 位数据线以及 LCD GRAM 的对应关系如图 16.1.4 所示：

从图中可以看出，ILI9341在16模式下面，数据线有用的是：D17~D13和D11~D1，D0和D12没有用到，实际上在我们LCD模块里面，ILI9341的D0和D12压根就没有引出来，这样，ILI9341的D17~D13和D11~D1对应MCU的D15~D0。

这样MCU的16位数据，最低5位代表蓝色，中间6位为绿色，最高位为红色，数值越大，表示该颜色越深。另外，要特别注意ILI9341所代表的指令都是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，这个和ILI9320等驱动器不一样，必须加以注意。

我们介绍一下 ILI9341 的几个重要命令，0XD3， 0X36， 0X2A， 0X2B， 0X2C， 0X2E 等 6 条指令。
首先来看指令： 0XD3，这个是读 ID4 指令，用于读取 LCD 控制器的 ID，该指令如表 16.1.1所示：

从上表看以看出，OXD3指令后面跟了4个参数，最后2个参数，读出来是0X93和0X41，刚好使我们控制器ILI9341的数字部分，从而，通过该指令，即可判别所用的 LCD 驱动器是什么型号，这样，我们的代码，就可以根据控制器的型号去执行对应驱动 IC 的初始化代码，从而兼容不同驱动 IC 的屏，使得一个代码支持多款 LCD。

接下来看指令：0X36，这是存储访问控制指令，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）。

从上表可以看出，0X36指令后面，紧跟一个参数，这里我们主要关注：MY、MX、MV这三个位，通过这三个位的位置，我们可以控制整个ILI9341的全部扫描方向，

这样，我们在利用ILI9341显示内容的时候，就有很大灵活性了，比如显示 BMP 图片，BMP 解码数据，就是从图片的左下角开始，慢慢显示到右上角，如果设置 LCD 扫描方向为从左到右，从下到上，那么我们只需要设置一次坐标，然后就不停的往 LCD 填充颜色数据即可，这样可以大大提高显示速度。

接下来看指令： 0X2A，这是列地址设置指令， 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），该指令如表 16.1.4 所示：

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。

一般 TFTLCD 模块的使用流程如图：

 

任何 LCD，使用流程都可以简单的用以上流程图表示。其中硬复位和初始化序列，只需要执行一次即可。而画点流程就是：设置坐标写 GRAM 指令写入颜色数据，然后在 LCD 上面，我们就可以看到对应的点显示我们写入的颜色了。读点流程为：设置坐标读 GRAM 指令读取颜色数据，这样就可以获取到对应点的颜色数据了。

1） 设置 STM32 与 TFTLCD 模块相连接的 IO。这一步，先将我们与 TFTLCD 模块相连的 IO 口进行初始化，以便驱动 LCD。 这里需要根据连接电路以及 TFTLCD 模块的设置来确定。
2） 初始化 TFTLCD 模块。即图 16.1.4 的初始化序列，这里我们没有硬复位 LCD，因为 MiniSTM32 开发板的 LCD 接口，将 TFTLCD 的 RST 同 STM32 的 RESET 连接在一起了，只要按下开发板的 RESET 键，就会对 LCD 进行硬复位。初始化序列，就是向 LCD 控制器写入一系列的设置值（比如伽马校准），这些初始化序列一般 LCD 供应商会提供给客户，我们直接使用这些序列即可，不需要深入研究。在初始化之后， LCD 才可以正常使用。
3） 通过函数将字符和数字显示到 TFTLCD 模块上。这一步则通过图 16.1.4 左侧的流程，即：设置坐标写 GRAM 指令写GRAM 来实现，但是这个步骤，只是一个点的处理，我们要显示字符/数字，就必须要多次使用这个步骤，从而达到显示字符/数字的目标，所以需要设计一个函数来实现数字/字符的显示，之后调用该函数，就可以实现数字/字符的显示了。

2.硬件设计

1）指示灯DS0

2）TFTLCD模块

板上的接口比液晶模块的插针要多2个口，液晶模块在这里是靠右插的。多出的2个口是给OLED用的，所以OLCD模块接这里的时候，是靠左插的。

LCD_LED 对应 PC10;
LCD_CS 对应 PC9;
LCD _RS 对应 PC8;
LCD _WR 对应 PC7;
LCD _RD 对应 PC6;
LCD _D[17:1]对应 PB[15:0]
这些线的连接，MiniSTM32开发板的内部已经连接好了，我们只需要将TFTLCD模块插上去就好了。

3.软件设计

首先，我们介绍一下 lcd.h 里面的一个重要结构体:
//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
该结构体用于保存一些 LCD 重要参数信息，比如 LCD 的长宽、 LCD ID（驱动 IC 型号）、LCD 横竖屏状态等，这个结构体虽然占用了 14 个字节的内存，但是却可以让我们的驱动函数支持不同尺寸的 LCD，同时可以实现 LCD 横竖屏切换等重要功能，所以还是利大于弊的。 有了以上了解，下面我们开始介绍 ILI93xx.c 里面的一些重要函数。

第一个是 LCD_WR_DATA 函数，该函数在 lcd.h 里面，通过宏定义的方式申明。该函数通过 80 并口向 LCD 模块写入一个 16 位的数据，使用频率是最高的，这里我们采用了宏定义的方式，以提高速度。其代码如下：

//写数据函数
#define LCD_WR_DATA(data){\
LCD_RS_SET;\
LCD_CS_CLR;\
DATAOUT(data);\
LCD_WR_CLR;\
LCD_WR_SET;\
LCD_CS_SET;\
}
上面函数中的‘\’是 C 语言中的一个转义字符，用来连接上下文，因为宏定义只能是一个串，而当你的串过长（超过一行的时候），就需要换行了，此时就必须通过反斜杠来连接上下文。这里的‘\’正是起这个作用。在上面的函数中，LCD_RS_SET/LCD_CS_CLR/ LCD_WR_CLR/LCD_WR_SET/LCD_CS_SET 等是操作 RS/CS/WR 的宏定义，均是采用 STM32 的快速 IO 控制寄存器实现的，从而提高速度。
第二个是： LCD_WR_DATAX 函数，该函数在 ILI93xx.c 里面定义，功能和 LCD_WR_DATA一模一样，该函数代码如下：
//写数据函数
//可以替代 LCD_WR_DATAX 宏,拿时间换空间.
//data:寄存器值
void LCD_WR_DATAX(u16 data)
{
LCD_RS_SET;
LCD_CS_CLR;
DATAOUT(data);
LCD_WR_CLR;
LCD_WR_SET;
LCD_CS_SET;
}
如果全部用宏定义的 LCD_WR_DATA 函数，那么就会占用非常大的 flash，所以我们这里另外实现一个函数： LCD_WR_DATAX，给 LCD_Init 函数调用，从而大大减少 flash 占用量。

第三个是 LCD_WR_REG 函数，该函数是通过 8080 并口向 LCD 模块写入寄存器命令，因为该函数使用频率不是很高，我们不采用宏定义来做（宏定义占用 FLASH 较多），通过 LCD_RS来标记是写入命令（LCD_RS=0）还是数据（LCD_RS=1）。该函数代码如下：

//写寄存器函数
//data:寄存器值
void LCD_WR_REG(u16 data)
{
LCD_RS_CLR;//写地址
LCD_CS_CLR;
DATAOUT(data);
LCD_WR_CLR;
LCD_WR_SET;
LCD_CS_SET;
}
既然有写寄存器命令函数，那就有读寄存器数据函数。接下来介绍 LCD_RD_DATA 函数，该函数用来读取 LCD 控制器的寄存器数据（非 GRAM 数据），该函数代码如下：
//读 LCD 寄存器数据
//返回值:读到的值
u16 LCD_RD_DATA(void)
{
u16 t;
GPIOB->CRL=0X88888888; //PB0-7 上拉输入
GPIOB->CRH=0X88888888; //PB8-15 上拉输入
GPIOB->ODR=0X0000; //全部输出 0
LCD_RS_SET;
LCD_CS_CLR;
LCD_RD_CLR; //读取数据(读寄存器时,并不需要读 2 次)
if(lcddev.id==0X8989)delay_us(2);//FOR 8989,延时 2us
t=DATAIN;
LCD_RD_SET;
LCD_CS_SET;
GPIOB->CRL=0X33333333; //PB0-7 上拉输出
GPIOB->CRH=0X33333333; //PB8-15 上拉输出
GPIOB->ODR=0XFFFF; //全部输出高
return t;
}
以上 4 个函数，用于实现 LCD 基本的读写操作，接下来，我们介绍 2 个 LCD 寄存器操作的函数， LCD_WriteReg 和 LCD_ReadReg，这两个函数代码如下：
//写寄存器
//LCD_Reg:寄存器编号
//LCD_RegValue:要写入的值
void LCD_WriteReg(u16 LCD_Reg,u16 LCD_RegValue)
{
LCD_WR_REG(LCD_Reg);
LCD_WR_DATA(LCD_RegValue);
}
//读寄存器
//LCD_Reg:寄存器编号
//返回值:读到的值
u16 LCD_ReadReg(u16 LCD_Reg)
{
LCD_WR_REG(LCD_Reg); //写入要读的寄存器号
return LCD_RD_DATA();
}
这两个函数十分简单， LCD_WriteReg 用于向 LCD 指定寄存器写入指定数据，而LCD_ReadReg 则用于读取指定寄存器的数据，这两个函数， 都只带一个参数/返回值，所以，在有多个参数操作（读取/写入）的时候，就不适合用这两个函数了，得另外实现。
第七个要介绍的函数是坐标设置函数，该函数代码如下：
//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==0X6804)
{
if(lcddev.dir==1)Xpos=lcddev.width-1-Xpos;//横屏时处理
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==0X5510)
{
LCD_WR_REG(lcddev.setxcmd);
LCD_WR_DATA(Xpos>>8);
LCD_WR_REG(lcddev.setxcmd+1);
LCD_WR_DATA(Xpos&0XFF);
LCD_WR_REG(lcddev.setycmd);
LCD_WR_DATA(Ypos>>8);
LCD_WR_REG(lcddev.setycmd+1);
LCD_WR_DATA(Ypos&0XFF);
}else
{
if(lcddev.dir==1)Xpos=lcddev.width-1-Xpos;//横屏其实就是调转 x,y 坐标
LCD_WriteReg(lcddev.setxcmd, Xpos);
LCD_WriteReg(lcddev.setycmd, Ypos);
}
}
该函数实现将 LCD 的当前操作点设置到指定坐标(x,y)。因为不同 LCD 的设置方式不一定完全一样，所以代码里面有好几个判断，对不同的驱动 IC 进行不同的设置。
接下来我们介绍第八个函数：画点函数。该函数实现代码如下：
//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_WR_DATA(POINT_COLOR);
}
该函数实现比较简单，就是先设置坐标，然后往坐标写颜色。其中 POINT_COLOR 是我们定义的一个全局变量，用于存放画笔颜色，顺带介绍一下另外一个全局变量： BACK_COLOR，该变量代表 LCD 的背景色。 LCD_DrawPoint 函数虽然简单，但是至关重要，其他几乎所有上层函数，都是通过调用这个函数实现的。