第十八章 TFT LCD显示实验

[mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板 2.软件平台：MDK5.1 3.固件库版本：V1.4.0 [/mw_shl_code]
上一章我们介绍了OLED模块及其显示，但是该模块只能显示单 {MOD}/双 {MOD}，不能显示彩 {MOD}，而且尺寸也较小。本章我们将介绍ALIENTEK 2.8寸TFT LCD模块，该模块采用TFTLCD面板，可以显示16位 {MOD}的真彩图片。在本章中，我们将使用探索者STM32F4开发板上的LCD接口，来点亮TFTLCD，并实现ASCII字符和彩 {MOD}的显示等功能，并在串口打印LCD控制器ID，同时在LCD上面显示。本章分为如下几个部分： 18.1 TFTLCD & FSMC简介 18.2 硬件设计 18.3 软件设计 18.4 下载验证  

18.1 TFTLCD&FSMC简介

本章我们将通过STM32F4的FSMC接口来控制TFTLCD的显示，所以本节分为两个部分，分别介绍TFTLCD和FSMC。

18.1.1 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。 上一章介绍了OLED模块，本章，我们给大家介绍ALIENTEK TFTLCD模块，该模块有如下特点： 1，2.4’/2.8’/3.5’/4.3’/7’ 5种大小的屏幕可选。 2，320×240的分辨率（3.5’分辨率为:320*480，4.3’和7’分辨率为：800*480）。 3，16位真彩显示。 4，自带触摸屏，可以用来作为控制输入。 本章，我们以2.8寸（其他3.5寸/4.3寸等LCD方法类似，请参考2.8的即可）的ALIENTEK TFTLCD模块为例介绍，该模块支持65K {MOD}显示，显示分辨率为320×240，接口为16位的80并口，自带触摸屏。 该模块的外观图如图18.1.1.1所示：

                 图18.1.1.1 ALIENTEK 2.8寸TFTLCD外观图        模块原理图如图18.1.1.2所示： 图18.1.1.2  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，接口定义如图18.1.1.3所示：
图18.1.1.3  ALIENTEK 2.8寸TFTLCD模块接口图 从图18.1.1.3可以看出，ALIENTEK TFTLCD模块采用16位的并方式与外部连接，之所以不采用8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其在显示图片的时候，如果用8位数据线，就会比16位方式慢一倍以上，我们当然希望速度越快越好，所以我们选择16位的接口。图18.1.1.3还列出了触摸屏芯片的接口，关于触摸屏本章我们不多介绍，后面的章节会有详细的介绍。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，这里我们就不再介绍，需要说明的是，TFTLCD模块的RST信号线是直接接到STM32F4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。这里还需要注意，我们标注的DB1~DB8，DB10~DB17，是相对于LCD控制IC标注的，实际上大家可以把他们就等同于D0~D15，这样理解起来就比较简单一点。 ALIENTEK提供的2.8寸TFTLCD模块，其驱动芯片有很多种类型，比如有：ILI9341/ILI9325/RM68042/RM68021/ILI9320/ILI9328/LGDP4531/LGDP4535/SPFD5408/SSD1289/1505/B505/C505/NT35310/NT35510等(具体的型号，大家可以通过下载本章实验代码，通过串口或者LCD显示查看)，这里我们仅以ILI9341控制器为例进行介绍，其他的控制基本都类似，我们就不详细阐述了。 ILI9341液晶控制器自带显存，其显存总大小为172800（240*320*18/8），即18位模式（26万 {MOD}）下的显存量。在16位模式下，ILI9341采用RGB565格式存储颜 {MOD}数据，此时ILI9341的18位数据线与MCU的16位数据线以及LCD GRAM的对应关系如图18.1.1.4所示： 图18.1.1.4  16位数据与显存对应关系图 从图中可以看出，ILI9341在16位模式下面，数据线有用的是：D17~D13和D11~D1，D0和D12没有用到，实际上在我们LCD模块里面，ILI9341的D0和D12压根就没有引出来，这样，ILI9341的D17~D13和D11~D1对应MCU的D15~D0。 这样MCU的16位数据，最低5位代表蓝 {MOD}，中间6位为绿 {MOD}，最高5位为红 {MOD}。数值越大，表示该颜 {MOD}越深。另外，特别注意ILI9341所有的指令都是8位的（高8位无效），且参数除了读写GRAM的时候是16位，其他操作参数，都是8位的，这个和ILI9320等驱动器不一样，必须加以注意。 接下来，我们介绍一下ILI9341的几个重要命令，因为ILI9341的命令很多，我们这里就不全部介绍了，有兴趣的大家可以找到ILI9341的datasheet看看。里面对这些命令有详细的介绍。我们将介绍：0XD3，0X36，0X2A，0X2B，0X2C，0X2E等6条指令。 首先来看指令：0XD3，这个是读ID4指令，用于读取LCD控制器的ID，该指令如表18.1.1.1所示： 顺序 控制 各位描述 HEX RS RD WR D15~D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 1 ↑ XX 1 1 0 1 0 0 1 1 D3H 参数1 1 ↑ 1 XX X X X X X X X X X 参数2 1 ↑ 1 XX 0 0 0 0 0 0 0 0 00H 参数3 1 ↑ 1 XX 1 0 0 1 0 0 1 1 93H 参数4 1 ↑ 1 XX 0 1 0 0 0 0 0 1 41H 表 18.1.1.1 0XD3指令描述        从上表可以看出，0XD3指令后面跟了4个参数，最后2个参数，读出来是0X93和0X41，刚好是我们控制器ILI9341的数字部分，从而，通过该指令，即可判别所用的LCD驱动器是什么型号，这样，我们的代码，就可以根据控制器的型号去执行对应驱动IC的初始化代码，从而兼容不同驱动IC的屏，使得一个代码支持多款LCD。        接下来看指令：0X36，这是存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向，简单的说，就是在连续写GRAM的时候，可以控制GRAM指针的增长方向，从而控制显示方式（读GRAM也是一样）。该指令如表18.1.1.2所示： 顺序 控制 各位描述 HEX RS RD WR D15~D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 1 ↑ XX 0 0 1 1 0 1 1 0 36H 参数 1 1 ↑ XX MY MX MV ML BGR MH 0 0 0 表 18.1.1.2 0X36指令描述        从上表可以看出，0X36指令后面，紧跟一个参数，这里我们主要关注：MY、MX、MV这三个位，通过这三个位的设置，我们可以控制整个ILI9341的全部扫描方向，如表18.1.1.3所示： 控制位 效果
LCD扫描方向（GRAM自增方式） MY MX MV 0 0 0 从左到右,从上到下 1 0 0 从左到右,从下到上 0 1 0 从右到左,从上到下 1 1 0 从右到左,从下到上 0 0 1 从上到下,从左到右 0 1 1 从上到下,从右到左 1 0 1 从下到上,从左到右 1 1 1 从下到上,从右到左 表18.1.1.3 MY、MX、MV设置与LCD扫描方向关系表        这样，我们在利用ILI9341显示内容的时候，就有很大灵活性了，比如显示BMP图片，BMP解码数据，就是从图片的左下角开始，慢慢显示到右上角，如果设置LCD扫描方向为从左到右，从下到上，那么我们只需要设置一次坐标，然后就不停的往LCD填充颜 {MOD}数据即可，这样可以大大提高显示速度。        接下来看指令：0X2A，这是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置横坐标（x坐标），该指令如表18.1.1.4所示： 顺序 控制 各位描述 HEX RS RD WR D15~D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 1 ↑ XX 0 0 1 0 1 0 1 0 2AH 参数1 1 1 ↑ XX SC15 SC14 SC13 SC12 SC11 SC10 SC9 SC8 SC 参数2 1 1 ↑ XX SC7 SC6 SC5 SC4 SC3 SC2 SC1 SC0 参数3 1 1 ↑ XX EC15 EC14 EC13 EC12 EC11 EC10 EC9 EC8 EC 参数4 1 1 ↑ XX EC7 EC6 EC5 EC4 EC3 EC2 EC1 EC0 表 18.1.1.4 0X2A指令描述        在默认扫描方式时，该指令用于设置x坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SC和EC，即列地址的起始值和结束值，SC必须小于等于EC，且0≤SC/EC≤239。一般在设置x坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SC即可，因为如果EC没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。        与0X2A指令类似，指令：0X2B，是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置纵坐标（y坐标）。该指令如表18.1.1.5所示： 顺序 控制 各位描述 HEX RS RD WR D15~D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 1 ↑ XX 0 0 1 0 1 0 1 0 2BH 参数1 1 1 ↑ XX SP15 SP14 SP13 SP12 SP11 SP10 SP9 SP8 SP 参数2 1 1 ↑ XX SP7 SP6 SP5 SP4 SP3 SP2 SP1 SP0 参数3 1 1 ↑ XX EP15 EP14 EP13 EP12 EP11 EP10 EP9 EP8 EP 参数4 1 1 ↑ XX EP7 EP6 EP5 EP4 EP3 EP2 EP1 EP0 表 18.1.1.5 0X2B指令描述 在默认扫描方式时，该指令用于设置y坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SP和EP，即页地址的起始值和结束值，SP必须小于等于EP，且0≤SP/EP≤319。一般在设置y坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SP即可，因为如果EP没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。 接下来看指令：0X2C，该指令是写GRAM指令，在发送该指令之后，我们便可以往LCD的GRAM里面写入颜 {MOD}数据了，该指令支持连续写，指令描述如表18.1.1.6所示： 顺序 控制 各位描述 HEX RS RD WR D15~D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 1 ↑ XX 0 0 1 0 1 1 0 0 2CH 参数1 1 1 ↑ D1[15：0] XX …… 1 1 ↑ D2[15：0] XX 参数n 1 1 ↑ Dn[15：0] XX 表 18.1.1.6 0X2C指令描述        从上表可知，在收到指令0X2C之后，数据有效位宽变为16位，我们可以连续写入LCD GRAM值，而GRAM的地址将根据MY/MX/MV设置的扫描方向进行自增。例如：假设设置的是从左到右，从上到下的扫描方式，那么设置好起始坐标（通过SC，SP设置）后，每写入一个颜 {MOD}值，GRAM地址将会自动自增1（SC++），如果碰到EC，则回到SC，同时SP++，一直到坐标：EC，EP结束，其间无需再次设置的坐标，从而大大提高写入速度。        最后，来看看指令：0X2E，该指令是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存（GRAM），该指令在ILI9341的数据手册上面的描述是有误的，真实的输出情况如表18.1.1.7所示： 顺序 控制 各位描述 HEX RS RD WR D15~D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 1 ↑ XX 0 0 1 0 1 1 1 0 2EH 参数1 1 ↑ 1 XX dummy 参数2 1 ↑ 1 R1[4:0] XX G1[5:0] XX R1G1 参数3 1 ↑ 1 B1[4:0] XX R2[4:0] XX B1R2 参数4 1 ↑ 1 G2[5:0] XX B2[4:0] XX G2B2 参数5 1 ↑ 1 R3[4:0] XX G3[5:0] XX R3G3 参数N 1 ↑ 1 按以上规律输出 表 18.1.1.7 0X2E指令描述        该指令用于读取GRAM，如表18.1.1.7所示，ILI9341在收到该指令后，第一次输出的是dummy数据，也就是无效的数据，第二次开始，读取到的才是有效的GRAM数据（从坐标：SC，SP开始），输出规律为：每个颜 {MOD}分量占8个位，一次输出2个颜 {MOD}分量。比如：第一次输出是R1G1，随后的规律为：B1R2àG2B2àR3G3àB3R4àG4B4àR5G5... 以此类推。如果我们只需要读取一个点的颜 {MOD}值，那么只需要接收到参数3即可，如果要连续读取（利用GRAM地址自增，方法同上），那么就按照上述规律去接收颜 {MOD}数据。        以上，就是操作ILI9341常用的几个指令，通过这几个指令，我们便可以很好的控制ILI9341显示我们所要显示的内容了。 一般TFTLCD模块的使用流程如图18.1.1.5： 图18.1.1.5 TFTLCD使用流程        任何LCD，使用流程都可以简单的用以上流程图表示。其中硬复位和初始化序列，只需要执行一次即可。而画点流程就是：设置坐标à写GRAM指令à写入颜 {MOD}数据，然后在LCD上面，我们就可以看到对应的点显示我们写入的颜 {MOD}了。读点流程为：设置坐标à读GRAM指令à读取颜 {MOD}数据，这样就可以获取到对应点的颜 {MOD}数据了。        以上只是最简单的操作，也是最常用的操作，有了这些操作，一般就可以正常使用TFTLCD了。接下来我们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STM32F4与TFTLCD模块相连接的IO。 这一步，先将我们与TFTLCD模块相连的IO口进行初始化，以便驱动LCD。这里我们用到的是FSMC，FSMC将在18.1.2节向大家详细介绍。 2）初始化TFTLCD模块。 即图18.1.1.5的初始化序列，这里我们没有硬复位LCD，因为探索者STM32F4开发板的LCD接口，将TFTLCD的RST同STM32F4的RESET连接在一起了，只要按下开发板的RESET键，就会对LCD进行硬复位。初始化序列，就是向LCD控制器写入一系列的设置值（比如伽马校准），这些初始化序列一般LCD供应商会提供给客户，我们直接使用这些序列即可，不需要深入研究。在初始化之后，LCD才可以正常使用。 3）通过函数将字符和数字显示到TFTLCD模块上。 这一步则通过图18.1.1.5左侧的流程，即：设置坐标à写GRAM指令à写GRAM来实现，但是这个步骤，只是一个点的处理，我们要显示字符/数字，就必须要多次使用这个步骤，从而达到显示字符/数字的目的，所以需要设计一个函数来实现数字/字符的显示，之后调用该函数，就可以实现数字/字符的显示了。

18.1.2 FSMC简介

STM32F407或STM32F417系列芯片都带有FSMC接口，ALIENTEK探索者STM32F4开发板的主芯片为STM32F407ZGT6，是带有FSMC接口的。 FSMC，即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和16位PC存储器卡连接，STM32F4的FSMC接口支持包括SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH和PSRAM等存储器。FSMC的框图如图18.1.2.1所示： 图18.1.2.1 FSMC框图             
后面内容由于篇幅问题，请直接下载附件的pdf文档查看。

 实验详细手册和源码下载地址：http://www.openedv.com/posts/list/41586.htm  正点原子探索者STM32F407开发板购买地址：http://item.taobao.com/item.htm?id=41855882779