2021年03月01日 | 基于STM32 的FSMC接口驱动TFT彩屏的设计

0 引言

随着电子产品的不断更新，各种显示界面的开发越来越多，由于TFT彩屏的性价比高，因而被广泛用在各种电子设备上作为显示屏。目前驱动TFT彩屏的方案有很多，可以用底端单片机驱动一个终端类型的液晶模组，这种模组价格比较贵，当然用起来还是很方便的。

只要单片机通过串口或并行口向TFT发送几个字节的命令，就能在屏幕上显示你需要的效果。本设计利用STM32 的FSMC 总线直接驱动TFT 数字彩屏。这种方案对相应的寄存器进行配置后就可以自动向TFT数字彩屏发送数据，无需CPU参与，让CPU有足够时间来处理其他程序。

1 STM32 简介

STM32 是基于ARM 内核Cortex-M3 的32 位微控制器系列。Cortex-M3内核是为低功耗和价格敏感的应用而专门设计的，具有突出的能效比和处理速度。通过采用Thumb-2 高密度指令集，Cortex-M3 内核降低了系统存储要求，同时快速的中断处理能够满足控制领域的高实时性要求，使基于该内核设计的STM32 系列微控制器能够以更优越的性价比，面向更广泛的应用领域。

STM32系列微控制器为用户提供了丰富的选择，可适用于工业控制、智能家电、建筑安防、医疗设备以及消费类电子产品等多方位嵌入式系统设计。STM32系列采用一种新型的存储器扩展技术---FSMC,在外部存储器扩展方面具有独特的优势，可根据系统的应用需要，方便地进行不同类型大容量静态存储器的扩展。

2 TFT彩屏模块工作原理

本设计采用3.2 寸分辨率为320×240 的液晶屏，并使用ILI9341芯片控制液晶屏。

液晶屏的控制芯片电路非常复杂。GRAM 中一个存储单元对应显示屏的一个像素点。芯片内部有电路把GRAM存储单元的数据转化成液晶屏的控制信号，使每个点呈现特定的亮度和颜色，而这些点组合起来则成为显示界面。ILI9341 里有主要配置引脚和控制信号线，可以根据它的设置使芯片工作在不同的模式;使用8080 接口或SPI接口与MCU 进行通信;使用8080 接口的什么模式。MUC通过SPI或8080接口与ILI9341进行通信，从而访问它的地址计数器(AC)、控制寄存器(CR)、GRAM及一个LED控制器。LCD本身不会发光，它需要借助背光源才实现显示功能，LED控制器就是用来控制液晶屏模块中发光二级管的背光源。LI9341使用8080通信时序工作，ILI9341的8080接口有5条控制信号线：写使能信号线WRX,读使能信号线RDX,复位信号线RESX,片选信号线CSX,区分数据和命令信号线D/CX.除了控制信号，还有数据信号线。

3 总体方案的硬件设计

本文以STM32F103VE 芯片的FSMC接口连接RGB接口数字屏，并利用DMA 从片外FLASH 读取显示数据。DMA即直接内存存取，CPU只需配置DMA相关的寄存器后，DMA 控制器就会自动将数据从一个地址传送到另外一个地址，不占用CPU 时间。本文采用STM32F103VE 芯片外部连接FLASH 用作显存，其整体硬件方案如图1所示。

由于图片的数据太大需要外接FLASH存储器用来存储图片数据，电路如图2 所示。

本设计使用的AT25DF041A芯片是一个串行接口的闪存设备，灵活的架构AT25DF041A擦掉、消除粒度小至4 KB,使它非常适合数据存储，不再需要额外数据存储E2PROM设备。

4 软件设计

本设计的软件主要有硬件层配置和显示驱动函数。硬件层配置主要是对STM32 的I/O 口的输入/输出和FSMC 相关的寄存器配置。显示驱动函数主要是向TFT彩屏发送控制命令和数据，另外还有一些简单的画图函数。

4.1 FSMC简介

FSMC是灵活静态存储控制器。STM32芯片可利用FSMC 控制NOR FLASH、PSRAM 和NAND FLASH 存储芯片[3].这里，只使用FSMC 的NOR/PSRAM 模式控制LCD,所以只需分析NOR FLASH 控制信号线部分。

STM32 寻址空间的地址映射中的0×60000000 ~0x6FFFFFFF 是分配给PSRAM、NOR FLASH 这类可直接寻址的器件。当外部接了NOR FLASH,并且FSMC外设被设置为正常工作，当向0×60000000 地址写入数据0xFFFF,FSMC会自动把数据转化成各信号线上相应的电平信号写入数据。

4.2 用FSMC模拟8080时序

FSMC写NOR 时序跟8080接口的时序是十分相似的，对它们的信号线对比如表1所示。

为了模拟出8080 时序，把FSMC 地址线中的A0 连接8080的DCX,当A0为低电平时，数据线D[15:0]的信号会被理解为ILI9341命令，若A0为高电平时，传输的信号则会被理解为数据。所以传送数据时只需向地址为0x6xxxxxx1,0x6xxxxxx3,0x6xxxxxx5 这些奇数地址写入数据，此时地址线A0(D/CX)会为高电平;需要发送命令时向0x6xxxxxx0,0x6xxxxxx2,0x6xxxxxx4 这些偶数地址写入数据时，地址线A0(D/CX)会为低电平，这个数据会被理解为命令。在代码中利用指针变量，向不同的地址单元写入数据，就能够由FSMC 模拟出8080 接口向ILI9341写入控制命令或GRAM的数据了。

4.3 部分代码设计

(1)初始化液晶屏

初始化液晶屏是对液晶控制器ILI9341 用到的I/O口、FSMC 接口进行初始化，并且向该控制器写入了命令参数，配置好LCD液晶屏的基本功能。除了复位、背光用的PD11和PD0设置为通用推挽输出外，其他的与FSMC 接口相关的控制信号、地址信号、数据信号的端口全部设置为复用推挽输出。代码如下：

(2)初始化FSMC模式

LCD_Init()函数调用LCD_FSMC_Config()设置FSMC的模式使它模拟出8080接口，函数主要作用是设置各个信号的产生时间，使FSMC接口的时序与8080接口匹配。LCD_FSMC_Config()设置FSMC模式的代码如下：

以上主要使用FSMC_NORSRAMInitTypeDef类型的结构体和FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef类型的结构体对FSMC 进行配置。第一种类型结构体主要配置存储器类型，数据宽度等用于NOR FLASH 的模式配置;另一种类型结构体用于配置FSMC 的NOR FLASH模式下读/写时序中的地址建立时间、地址保持时间等。

(3)FSMC模拟8080读/写参数、命令

初始化完成FSMC 接口后，就可以使用FSMC 向ILI9341发送数据了。在LCD_Ini(t )中调用Lcd_init_conf()函数向ILI9341写入一系列的控制参数：

限于篇幅，以上只是该函数其中的一部分，省略部分的代码只是写入的参数和命令有些不一样，这些命令和参数设置了像素点颜色格式、屏幕扫描方式、横屏/竖屏等初始化配置，可以从ILI9341的datasheet命令列表中查到这些命令的意义。函数LCD_ILI9341_CMD()的作用是写入命令，函数LCD_ILI9341_Parameter()的作用是写入命令参数。

5 结语

本文对基于STM32的TFT液晶显示模块的驱动方法进行了探讨，设计的硬件电路和软件能对显示控制芯片ILI9341进行有效的控制，所有程序均在STM32系列的软件编译环境下调试通过。经实际证明，本方案是可行的，能保证320×240 点阵的TFT 刷新率，且留有足够CPU时间给用户程序。其硬件电路结构简单、控制方式灵活、对于其他型号的接口芯片也有参考价值。