【STM32Cube_17】使用硬件SPI驱动TFT-LCD（ST7789）

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

我的一些个人观点：

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~

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板
  首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：

• 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。

软件准备

• 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；

• 准备一个串口调试助手，这里我使用的是Serial Port Utility；

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32L431RCT6:

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：

配置LCD控制GPIO

配置SPI2接口

查看小熊派LCD接口的原理图：

引脚对应表如下：

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：

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：

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：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

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：

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：

然后确定Y方向起始地址和Y方向结束地址：

最后再确定该区域内每个像素点的值(16bit)：

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：

/* USER CODE BEGIN 2 */
LCD_Init();
LCD_Clear(GREEN);
/* USER CODE END 2 */

测试结果如图：

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。