1）實驗平臺：alientek NANO STM32F411 V1開發板
2）摘自《正點原子STM32F4 開發指南（HAL 庫版》關注官方微信號公眾號，獲取更多資料：正點原子
第二十五章 TFTLCD 顯示實驗
前幾章的實例均沒有涉及到液晶顯示，這一章我們將向大家介紹 1.3 寸 TFTLCD 顯示屏模塊。該顯示屏不像 OLED 模塊只能顯示單色/雙色，不能顯示彩色，而這款 TFTLCD 可以顯示16 位色的真彩圖片，同時在上一章中學習了 SPI，在本章中，我們將通過 SPI 來驅動點亮 TFTLCD顯示屏，並實現 ASCII 字符（12/16/24/32 號字體）、圖片和彩色顯示等功能，本章將分為如下
幾個部分進行講解：
25.1 TFTLCD 介紹
25.2 硬件設計
25.3 實驗準備
25.4 實驗驗證
25.1 TFTLCD 簡介
TFT-LCD 即薄膜晶體液晶顯示器。其英文全稱為：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD 與無源 TN-LCD、STN-LCD 的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個像素上都設置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。TFT-LCD 也被叫做真彩液晶顯示器。
1.3’TFTLCD 模塊主要有以下特點：
1、屏幕尺寸為 1.3 寸
2、分辨率為：240*240
3、支持 16 位真彩色顯示
這裡要提醒大家的是，該模塊不和 5.0V 接口兼容，所以請大家在使用的時候一定要小心，別直接接到 5V 的系統上去，否則可能燒壞模塊。該模塊的外觀圖如圖 25.1.1 所示：
圖 25.1.1 ALIENTEK 1.3’ TFTLCD 模塊外觀圖
ATK-1.3’TFTLCD 模塊通過 8（2*4）個引腳同外部連接，對外接口原理圖如圖 25.1.2 所示：
圖 25.1.2 模塊對外接口原理圖
對應引腳功能詳細描述如表 25.1.3 所示：
表 25.1.3 ATK-1.3’TFTLCD 模塊引腳說明
特別注意：模塊出廠是默認選擇四線 SPI，例子是使用四線 SPI 進行通信的。
ATK-1.3’TFTLCD 在四線 SPI 通訊模式下 ，最少需要四線就可以 與 LCD 通訊：
CS/SCL/SDA/WR(DC)，該模塊出廠默認使用四線 SPI 通訊，也就是默認焊接 R7 和 R10 電阻。
四線 SPI 接口時序如圖 25.1.4 所示：
圖 25.1.4 四線 SPI 接口時序圖
圖中各個時間參數見表 25.1.5 所示：
表 25.1.5 四線 SPI 時間參數
從表中可以看出，模塊的寫週期是非常快的，寫週期為：16ns，而模塊的讀週期相對較慢，
讀週期為：150ns。
LCD 四線 SPI 的詳細讀寫時序，請看 ST7789V2 數據手冊第 56 頁和 60 頁。
模塊採用 ST7789V2 作為 LCD 驅動器，顯示數據可以直接存儲在 240*320*18 位片上的
RAM 中，它可以在沒用外部操作時鐘的情況下執行顯示數據 RAM 讀/寫操作，以最小化功耗。
該驅動芯片採用 SPI 接口與外部連接，需要使用的信號線如下：
CS：LCD 的片選信號線
SCK：SPI 的時鐘信號線
SDA：SPI 的數據信號線
WR(RC)：命令/數據標誌（0：寫命令：1：寫數據）
除了以上信號，我們一般還需要用到這 2 個信號：RESET 和 PWR，其中：RST 是 LCD 的
硬復位腳，低電平有效，用於復位 ST7789V2 芯片，實現液晶的復位，在每次初始化之前，我
們強烈建議大家先執行硬復位，再做初始化。而 PWR 則是 LCD 的背光控制引腳，高電平有效，
這個引腳自帶了下拉電阻，所以如果這個引腳懸空，背光是不會亮的。必須接高電平背光才會
亮，另外可以用 PWM 控制 PWR 腳，從而控制背光的亮度。
ST7789V2 自帶 LCD RAM（240*320*3 字節），並且最高支持 18 位顏色深度（262K 色），
不過我們一般使用 16 位顏色深度（65K 色），RGB565 格式，這樣可以在 16 位模式下達到最
快的速度。在 16 位模式下，ST7789V2 採用 RGB565 格式存儲顏色數據，此時 MCU 的 16 位數
據與 LCD RAM 的對應關係如圖 25.1.6 所示：
圖 25.1.6. 16 位數據與 LCD RAM 的對應關係
圖示 MCU 的 16 位數據中，最低 5 位代表藍色，中間 6 位綠色，最高 5 位為紅色，數值越
大，表示該顏色越深。
接下來，就來介紹一下 ST7789V2 的幾條重要指令，因為該芯片的命令有很多，我們這裡
就不全部介紹了，有興趣的可以找數據手冊看看，裡面對命令有詳細介紹。
首先來看一下指令：0x36，這是存儲訪問控制指令，可以控制 ST7789V2 存儲器的讀寫方
向，簡單的來說，就是在連續寫 LCD RAM 數據的時候，可以控制 RAM 指針的增長方向，從
而控制顯示方式（讀操作也是一樣）。該指令如圖 26.1.7 所示：
圖 26.1.7 0x36 指令描述
從上圖可以看出。0x36 指令下可以配置 6 個參數，這裡我們主要關心：MY、MX 和 MV
這 3 位，通過這三個位的設置，我們可以控制整個 ST7789V2 的全部掃描方向。如表 26.1.8 所
示：
表 26.1.8 MX、MY、MV 設置與 LCD 掃描方向關係表
這樣，我們在使用 ST7789V2 顯示內容的時候，就有很大靈活性了，比如顯示 BMP 圖片，
BMP 數碼數據，就是叢圖片的左下角開始，慢慢顯示到右上角，如果設置 LCD 掃描方式（默
認）下面，該指令用於設置橫座標（x 座標），該指令如圖 26.1.9 所示：
圖 26.1.9 0x2A 指令描述
這裡指令用於 x 座標，x 座標有兩個座標值：XS 和 XE（XS 和 XE 都是 16 位的，由 2 個 8
位組成），即列地址的起始值和結束值，當“MV=0”時，0
0
一般 TFTLCD 模塊的使用流程如圖 26.1.10 所示：
圖 26.1.10 TFTLCD 使用流程
任何 LCD，使用流程都可以簡單的用以上流程圖表示。其中硬復位和初始化序列，只需要
執行一次即可。而畫點流程就是：座標->寫 GRAM 指令->寫入顏色數據，然後在 LCD 上面，
我們就可以看到對應的點顯示我們寫入的顏色了。讀點流程為：設置座標->讀 GRAM 指令->
讀取顏色數據，這樣就可以獲取對應的顏色數據了。
25.2 硬件設計
本實驗功能簡介：開機時先初始化 LCD，然後開始顯示正點原子 LOGO，12/16/24/32 號字
體等信息，同時使用 LED 燈來指示程序正在運行。
本章需要用到的硬件資源如下：
1、指示燈 LED
2、1.3’TFTLCD 模塊
3、NANO STM32F4 開發板
ATK-1.3’TFFLCD 模塊與 NANO STM32F4 開發板對應的關係如下：
25.3 軟件設計
本實驗我們使用四線 SPI 來驅動 ATK-1.3’TFTLCD 模塊，所以我們通過 WR（DC）信號線
來控制是發送命令還是發送數據到 LCD。代碼如下所示：
/**
* @brief
寫命令到 LCD
*
* @param
cmd
需要發送的命令
*
* @return void
*/
static void LCD_Write_Cmd(u8 cmd)
{
LCD_WR = 0;
LCD_SPI_Send(&cmd, 1);
}
/**
* @brief
寫數據到 LCD
*
* @param
cmd
需要發送的數據
*
* @return void
*/
static void LCD_Write_Data(u8 data)
{
LCD_WR = 1;
LCD_SPI_Send(&data, 1);
}
LCD 的 SPI 通訊時序大家可以通過 ST7789V2 數據手冊進行學習，這裡就不多介紹了。
下面我們來重點關注一下上面我們提到的 0x36 指令（存儲訪問控制指令，即 RAM 指針增
長方向），這裡只粘貼了部分代碼。
/* Memory Data Access Control */
LCD_Write_Cmd(0x36);
LCD_Write_Data(0x00);
從以上代碼可以看到，LCD 的 RAM 指令增長方向被設置成了從左到右，從上到下的方式，
這個方式決定了字庫取模方式和圖片顯示等問題。如果方向設置的好，我們只需要將字庫和圖
片數據不停的往 LCD 填充就好了，就可以大大提高顯示速度。
下面我們就來看看畫點函數，該函數的實現代碼如下：
/**
* 設置數據寫入 LCD 緩存區域
*
* @param
x1,y1
起點座標
* @param
x2,y2
終點座標
*
* @return void
*/
void LCD_Address_Set(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2)
{
LCD_Write_Cmd(0x2a);
LCD_Write_Data(x1 >> 8);
LCD_Write_Data(x1);
LCD_Write_Data(x2 >> 8);
LCD_Write_Data(x2);
LCD_Write_Cmd(0x2b);
LCD_Write_Data(y1 >> 8);
LCD_Write_Data(y1);
LCD_Write_Data(y2 >> 8);
LCD_Write_Data(y2);
LCD_Write_Cmd(0x2C);
}
/**
* @brief
寫半個字的數據到 LCD
*
* @param
cmd
需要發送的數據
*
* @return void
*/
void LCD_Write_HalfWord(const u16 da)
{
u8 data[2] = {0};
data[0] = da >> 8;
data[1] = da;
LCD_WR = 1;
LCD_SPI_Send(data, 2);
}
/**
* 畫點函數
*
* @param
x,y
畫點座標
*
* @return void
*/
void LCD_Draw_Point(u16 x, u16 y)
{
LCD_Address_Set(x, y, x, y);
LCD_Write_HalfWord(POINT_COLOR);
}
該函數實現比較簡單，就是先設置了座標，然後往座標寫顏色數據。其中 POINT_COLOR
是我們定義的一個全局變量，用於存放畫筆顏色，順便介紹一下另外一個全局變量
BACK_COLOR，該變量代表 LCD 的背景顏色。LCD_Draw_Point 函數雖然簡單，但是至關重
要，其他函數都可以調用這個函數實現。在例程源碼中，為了提高顯示速度，很少用到畫點函
數來實現上層函數功能，因為畫點函數的效率有點低。但是可以供到大家學習使用。
由於 ATK-1.3’TFTLCD 模塊是 SPI 通訊接口的，在速度上肯定會比不上那些使用 8080 等
並口的 TFTLCD 顯示屏，為了提高顯示速度，增加了一個 LCD 緩存，以提高顯示效果，這個
緩存會影響清屏函數 LCD_Clear、填充函數 LCD_Fill 和畫線函數 LCD_DrawLine，修改緩存大
小時，請注意！！！
//LCD 緩存大小設置，修改此值時請注意！！！！修改這兩個值時可能會影響以下函數
LCD_Clear/LCD_Fill/LCD_DrawLine
#define LCD_TOTAL_BUF_SIZE(240*240*2)
#define LCD_Buf_Size 1152
static u8 lcd_buf[LCD_Buf_Size];
最後就來看一下字符顯示函數 LCD_ShowChar，該函數可以顯示 12/16/24/32 號字體，如果
大家需要其他字體的話可以直接修改這個函數。特別要注意字符取模方向！
/**
* @brief
顯示一個 ASCII 碼字符
*
* @param
x,y
顯示起始座標
* @param
chr
需要顯示的字符
* @param
size 字體大小(支持 16/24/32 號字體)
*
* @return void
*/
void LCD_ShowChar(u16 x, u16 y, char chr, u8 size)
{
u8 temp, t1, t;
u8 csize;
//得到字體一個字符對應點陣集所佔的字節數
u16 colortemp;
u8 sta;
chr = chr - ' '; //得到偏移後的值（ASCII 字庫是從空格開始取模，所以-' '就是對應字符
的字庫）
if((x > (LCD_Width - size / 2)) || (y > (LCD_Height - size)))
return;
LCD_Address_Set(x, y, x + size / 2 - 1, y + size - 1);//(x,y,x+8-1,y+16-1)
if((size == 16) || (size == 32) )
//16 和 32 號字體
{
csize = (size / 8 + ((size % 8) ? 1 : 0)) * (size / 2);
for(t = 0; t < csize; t++)
{
if(size == 16)temp = asc2_1608[chr][t];//調用 1608 字體
else if(size == 32)temp = asc2_3216[chr][t]; //調用 3216 字體
else return;
//沒有的字庫
for(t1 = 0; t1 < 8; t1++)
{
if(temp & 0x80) colortemp = POINT_COLOR;
else colortemp = BACK_COLOR;
LCD_Write_HalfWord(colortemp);
temp <<= 1;
}
}
}
else if (size == 12)
//12 號字體
{
csize = (size / 8 + ((size % 8) ? 1 : 0)) * (size / 2);
for(t = 0; t < csize; t++)
{
temp = asc2_1206[chr][t];
for(t1 = 0; t1 < 6; t1++)
{
if(temp & 0x80) colortemp = POINT_COLOR;
else colortemp = BACK_COLOR;
LCD_Write_HalfWord(colortemp);
temp <<= 1;
}
}
}
else if(size == 24)
//24 號字體
{
csize = (size * 16) / 8;
for(t = 0; t < csize; t++)
{
temp = asc2_2412[chr][t];
if(t % 2 == 0)sta = 8;
else sta = 4;
for(t1 = 0; t1 < sta; t1++)
{
if(temp & 0x80) colortemp = POINT_COLOR;
else colortemp = BACK_COLOR;
LCD_Write_HalfWord(colortemp);
temp <<= 1;
}
}
}
}
關於 LCD 的驅動代碼問題就講到這裡，我們的源碼中還提供了畫矩形、畫圓、顯示數字和
顯示圖片等等函數，大家可以直接對照源碼進行學習。
25.4 下載驗證
代碼編譯成功後，直接下載代碼到我們的 NANO STM32F4 開發板上，然後將 ATK-1.3’
TFTLCD 模塊連接到開發板上的引腳就可以測試模塊的顯示效果了。如圖 25.4.1 所示：
圖 25.4.1 LCD 顯示效果
