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[AT32L021] 【AT-START-L021测评】+单片机SPI外设驱动SPI显示屏

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 楼主| suncat0504 发表于 2024-12-8 18:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
SPI外设, SPI显示屏, 单片机, AT-START-L021测评
本帖最后由 suncat0504 于 2024-12-8 18:31 编辑

在调通了软件模拟方式驱动SPI显示屏后，开始着手使用单片机SPI外设驱动SPI显示屏。前贴说过，由于SPI显示屏还有RST、DC、BL引脚，所以不可能完全由单片机的SPI外设来实现显示驱动。另外考虑到CS在显示驱动中的处理，决定这个CS也由软件控制GPIO来实现，这样的话，不需要复用GPIO口给CS了，而是依旧使用普通的GPIO输出模式提供CS信号。另外由于驱动SPI显示屏时，是不需要返回信息的，是单片机单方面发送数据给SPI显示屏，所以MISO这个数据通讯线其实是没什么用的，但不知道不使用它会不会有麻烦，所以实际编程时保留了这个GPIO口的功能复用。以下是在以外设驱动SPI显示屏时 的GPIO口和SPI外设的初始化处理：

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  1. // 使用SPI1外设，关联GPIO口：PA4，PA5,PA6，PA7
    


  2. 

  3. void TFT_Init_Gpio_SPI(void) {
    


  4. 

  5.     gpio_init_type gpio_initstructure;
    


  6. 

  7.     spi_init_type spi_init_struct; // SPI外设
    


  8. 

  9.     printf("\r\n TFT_Init_Gpio_SPI");
    


  10. 

  11.     // SPI主机
    


  12. 

  13.     crm_periph_clock_enable(TFT_PORT_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    


  14. 

  15.     // SPI1主机
    


  16. 

  17.     gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE5, GPIO_MUX_0);
    


  18. 

  19.     gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE7, GPIO_MUX_0);
    


  20. 

  21.     gpio_default_para_init(&gpio_initstructure);
    


  22. 

  23.     // PA1 - RST, PA2 - SC, PA3 - BL
    


  24. 

  25.     gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
    


  26. 

  27.     gpio_initstructure.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
    


  28. 

  29.     gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    


  30. 

  31.     gpio_initstructure.gpio_pins = TFT_RST_PIN | TFT_DC_PIN | TFT_BL_PIN | TFT_CS_PIN ;
    


  32. 

  33.     gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_UP;
    


  34. 

  35.     gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
    


  36. 

  37.     // PA4 ～ PA7 : SPI1外设
    


  38. 

  39.     /* 主机SCK引脚：PA5 */
    


  40. 

  41.     gpio_initstructure.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
    


  42. 

  43.     gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_DOWN;
    


  44. 

  45.     gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;
    


  46. 

  47.     gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
    


  48. 

  49.     gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_5;
    


  50. 

  51.     gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
    


  52. 

  53.     gpio_initstructure.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
    


  54. 

  55.     gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_UP;
    


  56. 

  57.     gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;
    


  58. 

  59.     gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
    


  60. 

  61.     gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_6;
    


  62. 

  63.     gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
    


  64. 

  65.     /* 主机mosi引脚：PA7 */
    


  66. 

  67.     gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_UP;
    


  68. 

  69.     gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;
    


  70. 

  71.     gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_7;
    


  72. 

  73.     gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
    


  74. 

  75.     // 初始化SPI外设
    


  76. 

  77.     crm_periph_clock_enable(CRM_SPI1_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    


  78. 

  79.     spi_default_para_init(&spi_init_struct);
    


  80. 

  81.     spi_init_struct.transmission_mode = SPI_TRANSMIT_FULL_DUPLEX;
    


  82. 

  83.     spi_init_struct.master_slave_mode = SPI_MODE_MASTER;
    


  84. 

  85.     spi_init_struct.mclk_freq_division = SPI_MCLK_DIV_2;
    


  86. 

  87.     spi_init_struct.first_bit_transmission = SPI_FIRST_BIT_MSB;
    


  88. 

  89.     spi_init_struct.frame_bit_num = SPI_FRAME_8BIT;
    


  90. 

  91.     spi_init_struct.clock_polarity = SPI_CLOCK_POLARITY_LOW;
    


  92. 

  93.     spi_init_struct.clock_phase = SPI_CLOCK_PHASE_1EDGE;
    


  94. 

  95.     spi_init_struct.cs_mode_selection = SPI_CS_SOFTWARE_MODE;
    


  96. 

  97.     spi_init(SPI1, &spi_init_struct);
    


  98. 

  99.     spi_enable(SPI1, TRUE);
    


  100. 

  101. }

这里需要注意的是SPI外设的工作频率设置，
spi_init_struct.mclk_freq_division = SPI_MCLK_DIV_2;

在这个地方我花了好多时间，最后才发现，分频系数不能太高。在原来的例程中，是设置为16的。我在这个例程基础上的改造，花了大半天时间，都没有获得成功。最后在2分频、3分频时，才显示正常。

显示屏初始化部分的代码：
复制
  1. // 初始化
    

  2. void TFT_Init(void) {
    

  3.     if (lcddev.mode == SOFT) {
    

  4.         printf("\r\n soft ... TFT_Init");
    

  5.         TFT_Init_Gpio();
    

  6.     } else {
    

  7.         printf("\r\n hard ... TFT_Init");
    

  8.         TFT_Init_Gpio_SPI();
    

  9.     }
    

  10.     
    

  11.     // 硬件复位 RST=0 延时 RST=1
    

  12.     TFT_Reset();
    

  13.     
    

  14.     TFT_Send_Cmd(0x36);     //
    

  15.         TFT_Send_Data(0x00);
    


  16. 

  17.         TFT_Send_Cmd(0x3A);     //65k mode
    

  18.         TFT_Send_Data(0x05);
    

  19.     
    

  20.     //-------------ST7789V Frame rate setting-----------//
    

  21.         TFT_Send_Cmd(0xB2);                //Porch Setting
    

  22.         TFT_Send_Data(0xCC);
    

  23.         TFT_Send_Data(0xCC);
    

  24.         TFT_Send_Data(0x00);
    

  25.         TFT_Send_Data(0x33);
    

  26.         TFT_Send_Data(0x33);
    


  27. 

  28.         TFT_Send_Cmd(0xB7);            //Gate Control
    

  29.         TFT_Send_Data(0x35);    //12.2v   -10.43v
    

  30.         
    

  31.     //--------------ST7789V Power setting---------------//
    

  32.         TFT_Send_Cmd(0xBB);     //VCOM
    

  33.         TFT_Send_Data(0x1A);
    


  34. 

  35.         TFT_Send_Cmd(0xC0);     //Power control
    

  36.         TFT_Send_Data(0x2C);
    


  37. 

  38.         TFT_Send_Cmd(0xC2);            //VDV and VRH Command Enable
    

  39.         TFT_Send_Data(0x01);
    


  40. 

  41.         TFT_Send_Cmd(0xC3);            //VRH Set
    

  42.         TFT_Send_Data(0x0B);    //4.3+( vcom+vcom offset+vdv)
    


  43. 

  44.         TFT_Send_Cmd(0xC4);            //VDV Set
    

  45.         TFT_Send_Data(0x20);    //0v
    


  46. 

  47.         TFT_Send_Cmd(0xC6);            //Frame Rate Control in Normal Mode
    

  48.         TFT_Send_Data(0x0F);    //
    


  49. 

  50.         TFT_Send_Cmd(0xD0);     //Power Control 1
    

  51.         TFT_Send_Data(0xA4);
    

  52.         TFT_Send_Data(0xA1);
    


  53. 

  54.         //---------------ST7789V gamma setting-------------//
    

  55.         TFT_Send_Cmd(0xE0);     
    

  56.         TFT_Send_Data(0x00);   
    

  57.         TFT_Send_Data(0x03);   
    

  58.         TFT_Send_Data(0x07);   
    

  59.         TFT_Send_Data(0x08);   
    

  60.         TFT_Send_Data(0x07);   
    

  61.         TFT_Send_Data(0x15);   
    

  62.         TFT_Send_Data(0x2A);   
    

  63.         TFT_Send_Data(0x44);   
    

  64.         TFT_Send_Data(0x42);   
    

  65.         TFT_Send_Data(0x0A);   
    

  66.         TFT_Send_Data(0x17);   
    

  67.         TFT_Send_Data(0x18);   
    

  68.         TFT_Send_Data(0x25);   
    

  69.         TFT_Send_Data(0x27);   
    


  70. 

  71.         TFT_Send_Cmd(0xE1);     
    

  72.         TFT_Send_Data(0x00);   
    

  73.         TFT_Send_Data(0x03);   
    

  74.         TFT_Send_Data(0x08);   
    

  75.         TFT_Send_Data(0x07);   
    

  76.         TFT_Send_Data(0x07);   
    

  77.         TFT_Send_Data(0x23);   
    

  78.         TFT_Send_Data(0x2A);   
    

  79.         TFT_Send_Data(0x43);   
    

  80.         TFT_Send_Data(0x42);   
    

  81.         TFT_Send_Data(0x09);   
    

  82.         TFT_Send_Data(0x18);   
    

  83.         TFT_Send_Data(0x17);   
    

  84.         TFT_Send_Data(0x25);   
    

  85.         TFT_Send_Data(0x27); 
    


  86. 

  87.         TFT_Send_Cmd(0x21);   // 反显
    

  88.         TFT_Send_Cmd(0x11);   // 退出睡眠模式
    

  89.         delay_ms(120);
    

  90.         TFT_Send_Cmd(0x29);   // 开显示
    

  91.     
    

  92.         //设置LCD属性参数
    

  93.         TFT_direction(USE_HORIZONTAL);//设置LCD显示方向 
    

  94.     
    

  95.     // 点亮背景灯
    

  96.     gpio_bits_set(TFT_PORT, TFT_BL_PIN);
    

  97. }



在原来使用软件模拟方式驱动时，可以用逻辑分析仪获得非常标准的SPI通讯过程，但改成单片机SPI外设后，逻辑分析仪获得的并行就比较不能理解了，如下图所示：

860e6a0986eeda1b2d3522aa19b3b14d
749aae8ed49d7d0cd56dcffe6a9ecf1a

这是以50MHz采样的结果，由于SPI外设通讯速度很快，SPI通讯信号不正常。上图中是SPI显示屏初始化处理的部分，可以看到与预定的初始化代码已经严重偏离。所以换成100MHz的采样率进行再次测量，在这个采样率下是没办法采集所有通道了，只能显示3个通道。

7b0c12a61746620a415a5d9a3d636187
初始化部分的波形
7e5204daa7bb82ebc1885788ba4a6446
这时的波形才是是正常的，能看到0x36，0x00，0x3A，0x05等初始化代码。显示屏上的测试结果与编程预期也是一致的。但注意看SPI的时钟SCLK：
577af69e539bae8dff625cfa91ac3567
显然不是均匀的，不知道是不是我的逻辑分析仪精度不够测的不准，还是实际就是这样的。
测试结果：
df2a04038ef56aa6eee01433b79c471b
这程序代码：

复制
  1. /**
    

  2.   * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  main function.
    

  3.   * @param  none
    

  4.   * @retval none
    

  5.   */
    

  6. int main(void) {
    

  7.     uint32_t cnt=0;
    

  8.     
    

  9.     system_clock_config();        // 配置系统时钟
    

  10.     at32_board_init();            // 板级初始化
    

  11.     uart_print_init(115200);
    

  12.     
    

  13.     delay_us(100);                // 延迟
    

  14.     
    

  15.     // 设置工作模式：软件模拟、外设SPI
    

  16.     lcddev.mode=HARD_FULL; 
    

  17.     //lcddev.mode=SOFT; 
    

  18.     
    

  19.     TFT_Init();
    

  20.     TFT_Clear(BLACK);
    

  21.     TFT_ShowString(0, 0, 16, "Hello 21ic & Artery" , 0);
    

  22.     
    

  23.     while(cnt<1000) {
    

  24.         cnt++;
    

  25.         //at32_led_toggle(LED3); 
    

  26.         //delay_ms(500); 
    

  27.         //testSpiInterface();
    

  28.         TFT_ShowNum(0, 16, cnt, 8 , 16);
    

  29.         //delay_ms(100); 
    

  30.         
    

  31.         //gpio_bits_toggle(TFT_PORT, TFT_SCK_PIN);
    

  32.     }
    

  33.     
    

  34.     while(1) {
    

  35.         //gpio_bits_toggle(TFT_PORT, TFT_SCK_PIN);
    

  36.         at32_led_toggle(LED4);
    

  37.         delay_ms(500);
    

  38.         at32_led_toggle(LED4);
    

  39.         at32_led_toggle(LED2);
    

  40.         delay_ms(500);
    

  41.         at32_led_toggle(LED2);
    

  42.         at32_led_toggle(LED3);
    

  43.         delay_ms(500);
    

  44.         at32_led_toggle(LED3);
    

  45.     }
    

  46.     
    

  47. }


SPI显示屏部分的处理代码与之前软件模拟方式驱动大体一致，区别在于字节数发送部分。


复制
  1. //向液晶屏写一个8位数据
    

  2. void TFT_SendByte(unsigned char byte) {
    

  3.         unsigned char counter;
    

  4.     
    

  5.     if (lcddev.mode == SOFT) {
    

  6.         //printf("\r\n soft ... TFT_SendByte = %02x ", byte);
    

  7.         // 软件模拟方式发送
    

  8.         for (counter = 0; counter < 8; counter++) {
    

  9.             gpio_bits_reset(TFT_PORT, TFT_SCK_PIN);         // SCK=0
    

  10.             
    

  11.             if ((byte & 0x80) == 0) {
    

  12.                 gpio_bits_reset(TFT_PORT, TFT_MOSI_PIN);    // MOSI=0
    

  13.             } else {
    

  14.                 gpio_bits_set(TFT_PORT, TFT_MOSI_PIN);      // MOSI=1
    

  15.             }
    

  16.             
    

  17.             byte = byte << 1;
    

  18.             
    

  19.             gpio_bits_set(TFT_PORT, TFT_SCK_PIN);           // SCK=1
    

  20.         }
    

  21.         gpio_bits_reset(TFT_PORT, TFT_SCK_PIN);             // SCK=0        
    


  22. 

  23.     } else {
    

  24.         //printf("\r\n <<< %02x ", byte);
    

  25.         // 使用SPI外设发送
    

  26.         while(spi_i2s_flag_get(SPI1, SPI_I2S_TDBE_FLAG) == RESET);
    

  27.         spi_i2s_data_transmit(SPI1, byte);
    

  28.         //printf("\r\n >>> %02x ", byte);
    


  29. 

  30.     }
    

  31. }



使用SPI外设，发送数据之前，需要判断数据寄存器是否空闲，空闲了才能传送书给SPI的数据寄存器。


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认证：大连伊飞特信息技术有限公司软件工程师
简介：本人于1993年毕业于大连理工大学。毕业后从事单片机开发工作5年，之后转入软件开发工作至今。

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