【Alientek STM32 实验10】--TFT LCD 显示实验

只看该作者 · 2019-3-25 16:23

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3.10 TFTLCD显示实验

上一节我们介绍了OLED模块及其显示，但是该模块只能显示单色/双色，不能显示彩色，这一节我们将介绍ALIENTEK TFT LCD模块，该模块采用TFTLCD面板，可以显示16位色的真彩图片。本节将利用TFTLCD来显示字符和数字，并显示各种颜色。本节分为如下几个部分：

3.10.1 TFTLCD简介

3.10.2 硬件设计

3.10.3 软件设计

3.10.4 下载与测试

3.10.1 TFTLCD简介

TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD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。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。

上一节介绍了OLED模块，这一节，我们给大家介绍ALIENTEK TFTLCD模块，该模块有如下特点：

1，2.4’/2.8’两种大小的屏幕可选。

2，320×240的分辨率。

3，16位真彩显示。

4，自带触摸屏，可以用来作为控制输入。

5，通用的接口，除了ALIENTEK MiniSTM32开发板，该液晶模块还可以使用在优异特、STMSKY、红牛等开发板上。

本节，我们以2.8寸的ALIENTEK TFTLCD模块为例介绍，该模块采用的是显尚光电的DST2001PH TFTLCD，DST2001PH的控制器为ILI9320，采用26万色的TFTLCD屏，分辨率为320×240，采用16位的80并口。

该模块的外观图如下：

图3.10.1.1 ALIENTEK 2.8寸TFTLCD外观图

模块原理图如下：

图3.10.1.2 ALIENTEK 2.8寸TFTLCD模块原理图

TFTLCD模块采用2*17的2.54公排针与外部连接，接口图如下：

图3.10.1.3 ALIENTEK 2.8寸TFTLCD模块接口图

该接口同目前主流的几款STM32开发板的接口完全兼容，所以模块除了用在ALIENTEK MiniSTM32开发板上，也可以用在其他开发板上，当然你也可以使用其他接口一样的LCD模块放到我们的ALIENTEK MiniSTM32开发板上使用。ALIENTEK TFTLCD模块采用80并口口方与外部链接，采用16位数据线（低了速度太慢，用彩色就没什么效果了）。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）。

80并口在上一节我们已经有详细的介绍了，这里我们就不在介绍，需要说明的是，TFTLCD模块的RST信号线和OLED模块一样，也是直接接到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。所以，我们总共需要的IO口数目为21个。

模块的控制器为ILI9320，该控制器自带显存，其显存总大小为172820（240*320*18/8），即18位模式（26万色）下的显存量。模块的16位数据线与显寸的对应关系为565方式，如下图所示：

图3.10.1.4 16位数据与显存对应关系图

最低5位代表蓝色，中间6位为绿色，最高5位为红色。数值越大，表示该颜色越深。

接下来，我们介绍一下ILI9320的几个重要命令，因为ILI9320的命令很多，我们这里不可能一一介绍，有兴趣的大家可以找到ILI9320的datasheet看看。里面对这些命令有详细的介绍。这里我们要介绍的命令列表如下：

表3.10.1.1 ILI9320常用命令表

R0，这个命令，有两个功能，如果对它写，则最低位为OSC，用于开启或关闭振荡器。而如果对它读操作，则返回的是控制器的型号。这个命令最大的功能就是通过读它可以得到控制器的型号，而我们代码在知道了控制器的型号之后，可以针对不同型号的控制器，进行不同的初始化。因为93xx系列的初始化，其实都比较类似，我们完全可以用一个代码兼容好几个控制器。

R3，入口模式命令。我们重点关注的是I/D0、I/D1、AM这3个位，因为这3个位控制了屏幕的显示方向。

AM：控制GRAM更新方向。当AM=0的时候，地址以行方向更新。当AM=1的时候，地址以列方向更新。

I/D[1:0]：当更新了一个数据之后，根据这两个位的设置来控制地址计数器自动增加/减少1，

其关系如下图：

图3.10.1.5 GRAM显示方向设置图

通过这几个位的设置，我们就可以控制屏幕的显示方向了。

R7，显示控制命令。该命令CL位用来控制是8位彩色，还是26万色。为0时26万色，为1时八位色。D1、D0、BASEE这三个位用来控制显示开关与否的。当全部设置为1的时候开启显示，全0是关闭。我们一般通过该命令的设置来开启或关闭显示器，以降低功耗。

R32，R33，设置GRAM的行地址和列地址。R32用于设置列地址（X坐标，0~239），R33用于设置行地址（Y坐标，0~319）。当我们要在某个指定点写入一个颜色的时候，先通过这两个命令设置到改点，然后写入颜色值就可以了。

R34，写数据到GRAM命令，当写入了这个命令之后，地址计数器才会自动的增加和减少。该命令是我们要介绍的这一组命令里面唯一的单个操作的命令，只需要写入该值就可以了，其他的都是要先写入命令编号，然后写入操作数。

R80~R83，行列GRAM地址位置设置。这几个命令用于设定你显示区域的大小，我们整个屏的大小为240*320，但是有时候我们只需要在其中的一部分区域写入数据，如果用先写坐标，后写数据这样的方式来实现，则速度大打折扣。此时我们就可以通过这几个命令，在其中开辟一个区域，然后不停的丢数据，地址计数器就会根据R3的设置自动增加/减少，这样就不需要频繁的写地址了，大大提高了刷新的速度。

命令部分，我们就为大家介绍到这里，我们接下来看看要如何才能驱动ALIENTEK TFTLCD模块，这里TFTLCD模块的初始化和我们前面介绍的OLED模块的初始化框图是一样的，只是初始化代码部分不同。接下来我们也是将该模块用来来显示字符和数字。通过以上介绍，我们可以得出TFTLCD显示需要的相关设置步骤如下：

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口设置为输出，具体使用哪些IO口，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。

其实这里就是上和上面OLED模块的初始化过程差不多。通过向TFTLCD写入一系列的设置，来启动TFTLCD的显示。为后续显示字符和数字做准备。

3）通过函数将字符和数字显示到TFTLCD模块上。

这里就是通过我们设计的程序，将要显示的字符送到TFTLCD模块就可以了，这些函数将在软件设计部分向大家介绍。

通过以上三步，我们就可以使用ALIENTEK TFTLCD模块来显示字符和数字了，并且可以显示各种颜色的背景。

3.10.2 硬件设计

TFTLCD模块的电路在上一部分已有详细说明了，这里我们介绍TFTLCD模块与ALIETEK MiniSTM32开发板的连接，MiniSTM32开发板底板的LCD接口和ALIENTEK TFTLCD模块直接可以对插，连接如下图：

图3.10.2.1 TFTLCD与开发板连接示意图

图中绿色线圈出来的部分就是连接TFTLCD模块的接口，这里在硬件上，TFTLCD模块与MiniSTM32开发板的IO口对应关系如下：

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的内部已经连接好了，我们只需要将TFTLCD模块插上去就好了。实物连接如下图所示：

图3.10.2.2 TFTLCD与开发板连接实物图

3.10.3 软件设计

软件设计我们依旧在之前的工程上面增加，首先在HARDWARE文件夹下新建一个LCD的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个ILI93xx.c的文件和lcd.h的头文件，保存在LCD文件夹下，并将LCD文件夹加入头文件包含路径。

在ILI93xx.c里面要输入的代码比较多，我们这里就不完全列出来了，只针对几个重要的函数进行讲解。完整版的代码见光盘->ALIENTEK MiniSTM32开发板例程->实验10的ILI93xx.c文件。

第一个是LCD_WR_DATA函数，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：

#define LCD_WR_DATA(data){\

LCD_RS=1;\

LCD_CS=0;\

DATAOUT(data);\

LCD_WR=0;\

LCD_WR=1;\

LCD_CS=1;\

}

第二个是LCD_WR_REG函数，该函数也是通过80并口向LCD模块写入8位的寄存器命令，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：

void LCD_WR_REG(u8 data)

{

LCD_RS=0;//写地址

LCD_CS=0;

DATAOUT(data);

LCD_WR=0;

LCD_WR=1;

LCD_CS=1;

}

既然有写命令/数据的函数，那就有读命令/数据的函数。接下来介绍LCD_ReadReg函数，该函数用来读取某个寄存器的值。在读某个寄存器的值之前，先要写入该寄存器的编号(命令号)，然后设置D[15:0]为输入，在读取该改寄存器的值，读完数据之后，我们再设置IO口为输出。其代码如下：

u16 LCD_ReadReg(u8 LCD_Reg)

{

u16 t;

LCD_WR_REG(LCD_Reg); //写入要读的寄存器号

GPIOB->CRL=0X88888888; //PB0-7 上拉输入

GPIOB->CRH=0X88888888; //PB8-15 上拉输入

GPIOB->ODR=0XFFFF; //全部输出高

LCD_RS=1;

LCD_CS=0;

//读取数据(读寄存器时，并不需要读2次)

LCD_RD=0;

LCD_RD=1;

t=DATAIN;

LCD_CS=1;

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;

}

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第四个要介绍的是读取GRAM的函数，这里说明一下，为什么OLED模块没做读GRAM的函数，而这里做了。因为OLED模块是单色的，所需要全部GRAM也就1K个字节，而TFTLCD模块为彩色的，点数也比OLED模块多很多，以16位色计算，也需要150K字节，这对任何一款ARM来说，都不是一个小数目了。而且我们在图形叠加的时候，可以先读回原来的值，然后写入新的值，在完成叠加后，我们又恢复原来的值。这样在做一些简单菜单的时候，是很有用的。这里我们读取TFTLCD模块数据的函数为LCD_ReadRAM，该函数直接返回读到的GRAM值。该函数使用之前要先设置读取的GRAM地址，通过LCD_SetCursor函数来实现。LCD_ReadRAM的代码如下：
u16 LCD_ReadRAM(void)
{
   u16 t;
   LCD_WR_REG(R34);    //选择GRAM地址
   GPIOB->CRL=0X88888888; //PB0-7  上拉输入
   GPIOB->CRH=0X88888888; //PB8-15 上拉输入
   GPIOB->ODR=0XFFFF; //全部输出高
   LCD_RS=1;
   LCD_CS=0;
   //读取数据(读GRAM时，需要读2次)
   LCD_RD=0;
   LCD_RD=1;
   //dummy READ
   LCD_RD=0;
   LCD_RD=1;
   t=DATAIN;
   LCD_CS=1;
   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;
}
第五个要介绍的函数为LCD_SetCursor函数，该函数用来设置坐标的，其代码如下：
void LCD_SetCursor(u8 Xpos， u16 Ypos)
{
   LCD_WriteReg(R32， Xpos);
   LCD_WriteReg(R33， Ypos);
}
（Xpos，Ypos）为要写入或读取的像素点坐标，这里的设置其实就是利用了R32，R33这两个命令，在前面寄存器介绍的时候已经介绍过了。
第六个要介绍的是画点函数LCD_DrawPoint，该函数带2个参数（x，y）就代表TFTLCD上的坐标，x的范围为0~239，代表横坐标。Y的范围为0~319，代表纵坐标，写入点的颜色是根据全局变量POINT_COLOR来决定的。该函数代码如下：
void LCD_DrawPoint(u8 x，u16 y)
{
   LCD_SetCursor(x，y);//设置光标位置
   LCD_WR_REG(R34);//开始写入GRAM
   LCD_WR_DATA(POINT_COLOR);
}
这里顺带介绍一下2个全局变量POINT_COLOR和BACK_COLOR，这两个16位的全局变量，第一个POINT_COLOR代表要写入的点的颜色，而BACK_COLOR则代表背景色。
第七个要介绍的函数是字符显示函数LCD_ShowChar，该函数同前面OLED模块的自负显示函数差不多，但是这里的字符显示函数多了1个功能，就是可以以叠加方式显示，或者以非叠加方式显示。叠加方式显示多用于在显示的图片上再显示字符。非叠加方式一般用于普通的显示。
这里要注意的是TFTLCD模块的ASCII字符集取模方式与OLED模块的ASCII字符集取模方式不一样，这里的字符写入函数，采取的开辟窗口的形式来做的，并不是采用画点函数来做的。开辟窗口我们用的是前面介绍的R80~R83四个命令来做的，具体请参考前面的命令介绍部分。这里，我们的ASCII字符集取模还是采用PCtoLCD2002完美版来做，只是取模方式设置成如下方式：

                                 图3.10.3.1  TFTLCD显示字符取模方式设置
LCD_ShowChar的代码如下：
void LCD_ShowChar(u8 x，u16 y，u8 num，u8 size，u8 mode)
{
#define MAX_CHAR_POSX 232
#define MAX_CHAR_POSY 304
u8 temp;
u8 pos，t;
if(x>MAX_CHAR_POSX||y>MAX_CHAR_POSY)return;
   //设置窗口
   LCD_WriteReg(R80，x);          //水平方向GRAM起始地址
   LCD_WriteReg(R81，x+(size/2-1));//水平方向GRAM结束地址
   LCD_WriteReg(R82，y);          //垂直方向GRAM起始地址
   LCD_WriteReg(R83，y+size-1); //垂直方向GRAM结束地址
   LCD_SetCursor(x，y);          //设置光标位置
   LCD_WriteRAM_Prepare();       //开始写入GRAM
   num=num-' ';//得到偏移后的值
   if(!mode) //非叠加方式
   {
               for(pos=0;pos<size;pos++)
               {
                           if(size==12)temp=asc2_1206[num][pos];//调用1206字体
                           else temp=asc2_1608[num][pos];          //调用1608字体
                           for(t=0;t<size/2;t++)
                  {
                     if(temp&0x01)
                                       {
                                                   LCD_WR_DATA(POINT_COLOR);
                                       }else LCD_WR_DATA(BACK_COLOR);
                     temp>>=1;
                  }
               }
   }else//叠加方式
   {
               for(pos=0;pos<size;pos++)
               {
                           if(size==12)temp=asc2_1206[num][pos];//调用1206字体
                           else temp=asc2_1608[num][pos];          //调用1608字体
                           for(t=0;t<size/2;t++)
                  {
                     if(temp&0x01)LCD_DrawPoint(x+t，y+pos);//画一个点
                     temp>>=1;
                  }
               }
   }
   //恢复窗体大小
   LCD_WriteReg(R80， 0x0000); //水平方向GRAM起始地址
   LCD_WriteReg(R81， 0x00EF); //水平方向GRAM结束地址
   LCD_WriteReg(R82， 0x0000); //垂直方向GRAM起始地址
   LCD_WriteReg(R83， 0x013F); //垂直方向GRAM结束地址
}
最后，我们再介绍一下TFTLCD模块的初始化函数LCD_Init，该函数先初始化STM32与TFTLCD连接的IO口，然后读取控制芯片的型号，根据控制IC的型号执行不同的初始化代码，其简化代码如下：
void LCD_Init(void)
{
   u16 DeviceCode;
   RCC->APB2ENR|=1<<3;//先使能外设PORTB时钟
   RCC->APB2ENR|=1<<4;//先使能外设PORTC时钟

   RCC->APB2ENR|=1<<0; //开启辅助时钟
   AFIO->MAPR=0X04000000; //关闭JTAG

   //PORTC6~10复用推挽输出
   GPIOC->CRH&=0XFFFFF000;
   GPIOC->CRH|=0X00000333;
   GPIOC->CRL&=0X00FFFFFF;
   GPIOC->CRL|=0X33000000;
   GPIOC->ODR|=0X07C0;
   //PORTB推挽输出
   GPIOB->CRH=0X33333333;
   GPIOB->CRL=0X33333333;
   GPIOB->ODR=0XFFFF;

   Delay(5); // delay 50 ms
   LCD_WriteReg(0x0000，0x0001);
   Delay(5); // delay 50 ms
   DeviceCode = LCD_ReadReg(0x0000);
   //printf("ID:%d\n"，DeviceCode);
   if(DeviceCode==0x9325||DeviceCode==0x9328)//ILI9325
   {
               ……//9325/9328初始化代码
   }
   else if(DeviceCode==0x9320||DeviceCode==0x9300)
   {
               ……//9320/9300初始化代码
   }
   else if(DeviceCode==0x1505)
   {
               ……//1505初始化代码
   }
   else if(DeviceCode==0x8989)
   {
               ……//8989初始化代码
   }
   Delay(5000);
   LCD_Clear(WHITE);
}
保存ILI93xx.c，并将该代码加入到HARDWARE组下。在介绍完了ILI93xx.c的内容之后，然后我们在lcd.h里面输入如下内容：
#ifndef __LCD_H
#define __LCD_H
#include "sys.h"
#include "stdlib.h"
//TFTLCD部分外要调用的函数
extern u16  POINT_COLOR;//默认红色
extern u16  BACK_COLOR; //背景颜色.默认为白色

//-----------------LCD端口定义----------------
#define    LCD_LED PCout(10) //LCD背光                      PC10
#define    LCD_CS          PCout(9)  //片选端口       PC9
#define    LCD_RS          PCout(8)  //数据/命令       PC8
#define    LCD_WR       PCout(7)  //写数据                               PC7
#define    LCD_RD          PCout(6)  //读数据                               PC6

//PB0~15，作为数据线
#define DATAOUT(x) GPIOB->ODR=x; //数据输出
#define DATAIN    GPIOB->IDR; //数据输入
//画笔颜色
#define WHITE                0xFFFF
#define BLACK                0x0000
#define BLUE                   0x001F
#define RED                      0xF800
#define MAGENTA             0xF81F
#define GREEN                0x07E0
#define CYAN                   0x7FFF
#define YELLOW             0xFFE0
#define BROWN                            0XBC40 //棕色
#define BRRED                            0XFC07 //棕红色
#define GRAY                               0X8430 //灰色
#define LGRAY                            0XC618 //浅灰色

extern u16 BACK_COLOR， POINT_COLOR ;
void LCD_Init(void);
void LCD_Clear(u16 Color);
void LCD_SetCursor(u8 Xpos， u16 Ypos);
void LCD_DrawPoint(u8 x，u16 y);//画点
void Draw_Circle(u8 x0，u16 y0，u8 r);
void LCD_DrawLine(u8 x1， u16 y1， u8 x2， u16 y2);
void LCD_DrawRectangle(u8 x1， u16 y1， u8 x2， u16 y2);
void LCD_Fill(u8 xsta，u16 ysta，u8 xend，u16 yend，u16 color);
void LCD_ShowChar(u8 x，u16 y，u8 num，u8 size，u8 mode);//显示一个字符
void LCD_ShowNum(u8 x，u8 y，u32 num，u8 len，u8 size);  //显示一个数字
void LCD_ShowString(u8 x，u16 y，const u8 *p);             //显示一个字符串，16字体

void LCD_WriteReg(u8 LCD_Reg， u16 LCD_RegValue);
u16 LCD_ReadReg(u8 LCD_Reg);
void LCD_WriteRAM_Prepare(void);
void LCD_WriteRAM(u16 RGB_Code);
u16 LCD_ReadRAM(void);
//9320/9325 LCD寄存器
#define R0          0x00
#define R1          0x01
#define R2          0x02
…… //寄存器定义区
#define R192          0xC0
#define R193          0xC1
#define R229          0xE5
#endif
此部分代码我们也没有完全贴出来，寄存器定义区省略了大部分，这里很简单，我们就不多说了。接下来，我们在test.c里面修改main函数如下：
int main(void)
{
   u8 x=0;
   Stm32_Clock_Init(9);//系统时钟设置
   delay_init(72);             //延时初始化
   uart_init(72，9600); //串口1初始化
   LED_Init();
   KEY_Init();
   LCD_Init();
   POINT_COLOR=RED;
   while(1)
   {
               switch(x)
               {
                           case 0CD_Clear(WHITE);break;
                           case 1CD_Clear(BLACK);break;
                           case 2CD_Clear(BLUE);break;
                           case 3CD_Clear(RED);break;
                           case 4CD_Clear(MAGENTA);break;
                           case 5CD_Clear(GREEN);break;
                           case 6CD_Clear(CYAN);break;

                           case 7CD_Clear(YELLOW);break;
                           case 8CD_Clear(BRRED);break;
                           case 9CD_Clear(GRAY);break;
                           case 10:LCD_Clear(LGRAY);break;
                           case 11:LCD_Clear(BROWN);break;
               }
               POINT_COLOR=RED;
               LCD_ShowString(30，50，"Mini STM32 ^_^");
               LCD_ShowString(30，70，"2.4’/2.8’ TFT LCD TEST");
               LCD_ShowString(30，90，"ATOM@ALIENTEK");
               LCD_ShowString(30，110，"2010/5/13");
      x++;
               if(x==12)x=0;
               delay_ms(1000);
   }
}
该部分代码将显示一些固定的字符，然后不停的切换背景颜色，每1s切换一次。而LED0也会不停的闪烁，指示程序已经在运行了。这里我们因为是在前面OLED模块驱动代码的基础上修改的，而两个模块的代码都有各自的font.h，这两个font.h并不能通用，所以我们要先删除oled.c。然后把ILI93xx.c加入到HARDWARE组下，在test.c里面加入lcd.h头文件。编译此工程，在编译完之后，我们开始下一步工作。

3.10.4 下载与测试

将代码下载到MiniSTM32后，可以看到DS0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。同时可以看到TFTLCD模块显示如下内容：

                                 图3.10.4.1  TFTLCD显示效果图
我们可以看到屏幕的背景是不停切换的。