TFT-LCD

TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器,其英文全称为:Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay。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。

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 寸的 ALIENTEK TFTLCD 模块为例介绍,该模块支持 65K 色显示,显示分辨率为 320×240,接口为 16 位的 80 并口,自带触摸屏。

 

TFT-LCD

 

模块原理图如图 18.1.1.2 所示:

 

TFT-LCD

 

TFTLCD 模块采用 2*17 的 2.54 公排针与外部连接,接口定义如图所示:

 

TFT-LCD

 

从图可以看出,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。

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)

 

需要说明的是,TFTLCD模块的RST信号线是直接接到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。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。

 

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(26万色)下的显存量。在 16 位模式下,ILI9341 采用 RGB565 格式存储颜色数据,此时 ILI9341的 18 位数据线与 MCU 的 16 位数据线以及 LCD GRAM 的对应关系如图所示:

 

TFT-LCD

 

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。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: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,该指令如图所示:

 

TFT-LCD

 

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)。该指令如图所示:

TFT-LCD

 

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,如图所示:

TFT-LCD

 

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 填充颜色数据即可,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),该指令如图所示:

TFT-LCD

 

 

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。

 

指令:0X2B,与 0X2A 指令类似,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)。该指令如图所示:

TFT-LCD

 

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 里面写入颜色数据了,该指令支持连续写,指令描述如图所示:

TFT-LCD

 

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,每写入一个颜色值,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,真实的输出情况如图所示:

TFT-LCD

 

该指令用于读取 GRAM,如图所示,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:每个颜色分量占 8 个位,一次输出 2 个颜色分量。比如:第一次输出是 R1G1,随后的规律为:B1R2→G2B2→R3G3→B3R4→G4B4→R5G5... 以此类推。如果我们只需要读取一个点的颜色值,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色数据。

 

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:

TFT-LCD

 

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→写 GRAM 指令→写入颜色数据,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色了。

读点流程为:设置坐标→读 GRAM 指令→读取颜色数据,这样就可以获取到对应点的颜色数据了。

 

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(2.8 寸屏模块)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 STM32F1 与 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。

  1. 初始化 TFTLCD 模块。

即初始化序列,这里我们没有硬复位 LCD,因为精英 STM32F103 的 LCD 接口,将 TFTLCD 的 RST 同 STM32F1 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。

通过函数将字符和数字显示到 TFTLCD 模块上。

  1. 这一步则通过图 18.1.1.5 左侧的流程,即:设置坐标→写 GRAM 指令→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。
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