单片机嵌入式硬件 c语言【强烈推荐】基于STM32的TFT-LCD各种显示实现（内容详尽含代码）

前言：TFT-LCD模块作为人们日常生活中常见屏幕类型之一，使用的受众面非常广阔。例如：显示各个传感器数值，显示精美界面，多级化菜单系统等等都不离不开他的身影。可以说学会TFT-LCD模块是嵌入式开发必须掌握的驱动开发技能之一，同时，也是嵌入式开发调试配置的重要手段与技巧！（文章结尾会有代码开源）

实验硬件：STM32F103C8T6；2.4寸TFT-LCD（240×320）

硬件实物图：

效果图：

引脚连接：

VCC --> 3.3V

GND --> GND

CS --> PB11

Reset --> PB12

DC --> PB10

SDI --> PB15

SCK --> PB13

LED --> PB9（控制LCD背光，可以同PWM调节改变LCD亮暗）

一、TFT-LCD模块简介

TFT-LCD（Thin Film Transistor）液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT）。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。

TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本过高的不足。TFT液晶技术加快了手机彩屏的发展。新一代的彩屏手机中很多都支持65536色显示，有的甚至支持16万色显示，这时TFT的高对比度，色彩丰富的优势就非常重要了。

市面上的TFT-LCD有需要的芯片驱动类型（不同的驱动芯片，其显存大小与其驱动时的传输LCD初始化数据不一样。其显示功能的API函数可以互通），市面上常见的芯片驱动有：ILI9341/ ILI9325/ RM68042/ RM68021/ ILI9320/ ILI9328/ LGDP4531/ LGDP4535/ SPFD5408/ SSD1289/ 1505/ B505/ C505/ NT35310/ NT35510 等。

笔者所用的TFTLCD驱动芯片为常见的ILI9341，这里就以ILI9341给大家为例讲诉（需要其他驱动芯片资料的可以评论留言，笔者基本上市面上常见的都有其代码与资料）。

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（在更高级的32位RGB储存颜色中还有RGBA888，Linux开发板中较为常见），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：

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。

注意：不同的TFT-LCD模块的引脚可能不同，这里原因为该LCD的硬件通讯方式的不同。较为常见的TFTLCD通讯方式有：串行通讯，SPI，LVDS、EDP、MIPI等。（较多的为标红）

笔者这块TFT-LCD模块采用了SPI的通讯方式，故此接下来就以SPI下的TFT-LCD驱动为讲解。

一般 TFTLCD 模块的使用流程如图：

二、SPI简介

SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议 (Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC设备、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。

2.1 SPI通讯系统

SPI 通讯使用3条总线及片选线，3 条总线分别为 SCK、MOSI、MISO，片选线为 SS/CS ，它们的作用介绍如下：

(1) SS/CS( Slave Select)

从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为 NSS、CS，以下用 NSS表示。当有多个 SPI 从设备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、MOSI 及 MISO同时并联到相同的 SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这 3 条总线；而每个从设备都有独立的这一条 NSS 信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。I2C 协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；

而SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。所以 SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以NSS 线被拉高作为结束信号。（在LCD中，片选线有很多名称，CS，SS，NSS都是指片选）

(2) SCK (Serial Clock)：

时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为 fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

(3) MOSI (Master Output，Slave Input)：

主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。（与IIC相比，这个就是信号线，由主机向从机发送数据，即SDA）

(4) MISO(Master Input,，Slave Output)：

主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机。 (从机向主机发送数据，使用触摸屏时需要这根线。如果单纯使用LCD来显示，这根线可以不接)。

多设备的SPI通讯接线：

2.2 SPI时序图

SPI 有四种工作模式，通过串行时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)的搭配来得到四种工作模式： ①、CPOL=0，串行时钟空闲状态为低电平。 ②、CPOL=1，串行时钟空闲状态为高电平，此时可以通过配置时钟相位(CPHA)来选择具体的传输协议。 ③、CPHA=0，串行时钟的第一个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。 ④、CPHA=1，串行时钟的第二个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。

三、CubexMX配置

1、RCC配置外部高速晶振（精度更高）——HSE；

2、SYS配置：Debug设置成Serial Wire（否则可能导致芯片自锁）；

3、GPIO配置：将PB9，PB10，PB11，PB12都设置为GPIO_OUTPUT,速度为：Hight；

4、SPI配置：配置使用SPI2作为TFT-LCD通讯方式

5、时钟树配置：

6、工程配置

四、代码实现与实验效果

4.1 TFT-LCD基础的初始化

以下代码读者朋友可以参考各自TFT-LCD的datasheet文本，不同类型的TFT-LCD屏幕的初始化写入的数据可能不同，但是主要还是对那几个功能寄存器写入对应的数值。

lcd.h

/****************************************************************************

* 名称：void SPIv_WriteData(u8 Data)

* 功能：STM32_模拟SPI写一个字节数据底层函数

* 入口参数：Data

* 出口参数：无

* 说明：STM32_模拟SPI读写一个字节数据底层函数

****************************************************************************/

//void SPIv_WriteData(u8 Data)

//{

// unsigned char i=0;

// for(i=8;i>0;i--)

// {

// if(Data&0x80)

// {

// LCD_SDA_SET; //????

// }

// else

// {

// LCD_SDA_CLR;

// }

// LCD_SCL_CLR;

// LCD_SCL_SET;

// Data<<=1;

// }

//}

void SPIv_WriteData(u8 Data)

{

SPI_WriteByte(&Data, 1);

}

/****************************************************************************

* 名称：Lcd_WriteIndex(u8 Index)

* 功能：向液晶屏写一个8位指令

* 入口参数：Index 寄存器地址

* 出口参数：无

* 说明：调用前需先选中控制器，内部函数

****************************************************************************/

void Lcd_WriteIndex(u8 Index)

{

LCD_CS_CLR;

LCD_RS_CLR;

SPIv_WriteData(Index);

LCD_CS_SET;

}

/****************************************************************************

* 名称：Lcd_WriteData(u8 Data)

* 功能：向液晶屏写一个8位数据

* 入口参数：dat 寄存器数据

* 出口参数：无

* 说明：向控制器指定地址写入数据，内部函数

****************************************************************************/

void Lcd_WriteData(u8 Data)

{

LCD_CS_CLR;

LCD_RS_SET;

SPIv_WriteData(Data);

LCD_CS_SET;

}

/****************************************************************************

* 名称：void LCD_WriteReg(u8 Index,u16 Data)

* 功能：写寄存器数据

* 入口参数：Index,Data

* 出口参数：无

* 说明：本函数为组合函数，向Index地址的寄存器写入Data值

****************************************************************************/

void LCD_WriteReg(u8 Index,u16 Data)

{

Lcd_WriteIndex(Index);

Lcd_WriteData_16Bit(Data);

}

/****************************************************************************

* 名称：void Lcd_WriteData_16Bit(u16 Data)

* 功能：向液晶屏写一个16位数据

* 入口参数：Data

* 出口参数：无

* 说明：向控制器指定地址写入一个16位数据

****************************************************************************/

void Lcd_WriteData_16Bit(u16 Data)

{

LCD_CS_CLR;

LCD_RS_SET;

Lcd_WriteData(Data>>8);

Lcd_WriteData(Data);

LCD_CS_SET;

}

/****************************************************************************

* 名称：void Lcd_Reset(void)

* 功能：液晶硬复位函数

* 入口参数：无

* 出口参数：无

* 说明：液晶初始化前需执行一次复位操作

****************************************************************************/

void Lcd_Reset(void)

{

LCD_RST_CLR;

HAL_Delay(100);

LCD_RST_SET;

HAL_Delay(50);

}

void Lcd_Init(void)

{

Lcd_Reset(); //Reset before LCD Init.

//2.2inch TM2.2-G2.2 Init 20171020

Lcd_WriteIndex(0x11);

Lcd_WriteData(0x00);

Lcd_WriteIndex(0xCF);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteData(0XC1);

Lcd_WriteData(0X30);

Lcd_WriteIndex(0xED);

Lcd_WriteData(0X64);

Lcd_WriteData(0X03);

Lcd_WriteData(0X12);

Lcd_WriteData(0X81);

Lcd_WriteIndex(0xE8);

Lcd_WriteData(0X85);

Lcd_WriteData(0X11);

Lcd_WriteData(0X78);

Lcd_WriteIndex(0xF6);

Lcd_WriteData(0X01);

Lcd_WriteData(0X30);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteIndex(0xCB);

Lcd_WriteData(0X39);

Lcd_WriteData(0X2C);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteData(0X34);

Lcd_WriteData(0X05);

Lcd_WriteIndex(0xF7);

Lcd_WriteData(0X20);

Lcd_WriteIndex(0xEA);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteIndex(0xC0);

Lcd_WriteData(0X20);

Lcd_WriteIndex(0xC1);

Lcd_WriteData(0X11);

Lcd_WriteIndex(0xC5);

Lcd_WriteData(0X31);

Lcd_WriteData(0X3C);

Lcd_WriteIndex(0xC7);

Lcd_WriteData(0XA9);

Lcd_WriteIndex(0x3A);

Lcd_WriteData(0X55);

Lcd_WriteIndex(0x36);

#if USE_HORIZONTAL

Lcd_WriteData(0xE8);//横屏参数

#else

Lcd_WriteData(0x48);//竖屏参数

#endif

Lcd_WriteIndex(0xB1);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteData(0X18);

Lcd_WriteIndex(0xB4);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteIndex(0xF2);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteIndex(0x26);

Lcd_WriteData(0X01);

Lcd_WriteIndex(0xE0);

Lcd_WriteData(0X0F);

Lcd_WriteData(0X17);

Lcd_WriteData(0X14);

Lcd_WriteData(0X09);

Lcd_WriteData(0X0C);

Lcd_WriteData(0X06);

Lcd_WriteData(0X43);

Lcd_WriteData(0X75);

Lcd_WriteData(0X36);

Lcd_WriteData(0X08);

Lcd_WriteData(0X13);

Lcd_WriteData(0X05);

Lcd_WriteData(0X10);

Lcd_WriteData(0X0B);

Lcd_WriteData(0X08);

Lcd_WriteIndex(0xE1);

Lcd_WriteData(0X00);

Lcd_WriteData(0X1F);

Lcd_WriteData(0X23);

Lcd_WriteData(0X03);

Lcd_WriteData(0X0E);

Lcd_WriteData(0X04);

Lcd_WriteData(0X39);

Lcd_WriteData(0X25);

Lcd_WriteData(0X4D);

Lcd_WriteData(0X06);

Lcd_WriteData(0X0D);

Lcd_WriteData(0X0B);

Lcd_WriteData(0X33);

Lcd_WriteData(0X37);

Lcd_WriteData(0X0F);

Lcd_WriteIndex(0x29);

}

以上代码为TFT-LCD的SPI软件通讯模式下常见的代码，其中不同驱动芯片下的LCD_Init函数会不同，基本一致的函数有：void SPIv_WriteData(u8 Data)，void Lcd_WriteIndex(u8 Index)，void Lcd_WriteData(u8 Data)，void LCD_WriteReg(u8 Index,u16 Data)，void Lcd_WriteData_16Bit(u16 Data)，void Lcd_Reset(void)。

引脚定义：

//define LCD PIN

#define LCD_CS_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_11,GPIO_PIN_SET)

#define LCD_CS_CLR HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_11,GPIO_PIN_RESET)

#define LCD_RS_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET)

#define LCD_RS_CLR HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET)

#define LCD_SDA_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET)

#define LCD_SDA_CLR HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET)

#define LCD_SCL_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET)

#define LCD_SCL_CLR HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET)

#define LCD_RST_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET)

#define LCD_RST_CLR HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET)

#define LCD_LED_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET)

#define LCD_LED_CLR HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET)

4.2 SPI函数重写

因为笔者采用了HAL库去使用SPI通讯，所以需要去重写SPI函数。

spi.h：

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include "main.h"

/* USER CODE BEGIN Includes */

uint8_t SPI_WriteByte(uint8_t *TxData,uint16_t size);

/* USER CODE END Includes */

spi.c：

/* USER CODE BEGIN 1 */

uint8_t SPI_WriteByte(uint8_t *TxData,uint16_t size)

{

return HAL_SPI_Transmit(&hspi2,TxData,size,1000);

}

/* USER CODE END 1 */

4.3 TFT-LCD显示的基础函数

TFT-LCD的显示需要依赖几个基础功能函数，这几个函数也时通用的。

/*************************************************

函数名：LCD_Set_XY

功能：设置lcd显示起始点

入口参数：xy坐标

返回值：无

*************************************************/

void Lcd_SetXY(u16 Xpos, u16 Ypos)

{

Lcd_WriteIndex(0x2A);

Lcd_WriteData_16Bit(Xpos);

Lcd_WriteIndex(0x2B);

Lcd_WriteData_16Bit(Ypos);

Lcd_WriteIndex(0x2c);

}

/*************************************************

函数名：LCD_Set_Region

功能：设置lcd显示区域，在此区域写点数据自动换行

入口参数：xy起点和终点

返回值：无

*************************************************/

//设置显示窗口

void Lcd_SetRegion(u16 xStar, u16 yStar,u16 xEnd,u16 yEnd)

{

Lcd_WriteIndex(0x2A);

Lcd_WriteData_16Bit(xStar);

Lcd_WriteData_16Bit(xEnd);

Lcd_WriteIndex(0x2B);

Lcd_WriteData_16Bit(yStar);

Lcd_WriteData_16Bit(yEnd);

Lcd_WriteIndex(0x2c);

}

/*************************************************

函数名：LCD_DrawPoint

功能：画一个点

入口参数：xy坐标和颜色数据

返回值：无

*************************************************/

void Gui_DrawPoint(u16 x,u16 y,u16 Data)

{

Lcd_SetXY(x,y);

Lcd_WriteData_16Bit(Data);

}

/*************************************************

函数名：Lcd_Clear

功能：全屏清屏函数

入口参数：填充颜色COLOR

返回值：无

*************************************************/

void Lcd_Clear(u16 Color)

{

unsigned int i;

Lcd_SetRegion(0,0,X_MAX_PIXEL-1,Y_MAX_PIXEL-1);

LCD_CS_CLR;

LCD_RS_SET;

for(i=0;i

{

// Lcd_WriteData_16Bit(Color);

SPIv_WriteData(Color>>8);

SPIv_WriteData(Color);

}

LCD_CS_SET;

}

总的lcd.h函数：

#ifndef __LCD_H

#define __LCD_H

#include "main.h"

#define u8 unsigned char

#define u16 unsigned int

/用户配置区///

//支持横竖屏快速定义切换

#define USE_HORIZONTAL 0 //定义是否使用横屏 0,不使用.1,使用.

//-----------------------------SPI 总线配置--------------------------------------//

#define USE_HARDWARE_SPI 0 //1:Enable Hardware SPI;0:USE Soft SPI

//-------------------------屏幕物理像素设置--------------------------------------//

#define LCD_X_SIZE 240

#define LCD_Y_SIZE 320

#if USE_HORIZONTAL//如果定义了横屏

#define X_MAX_PIXEL LCD_Y_SIZE

#define Y_MAX_PIXEL LCD_X_SIZE

#else

#define X_MAX_PIXEL LCD_X_SIZE

#define Y_MAX_PIXEL LCD_Y_SIZE

#endif

#define RED 0xf800

#define GREEN 0x07e0

#define BLUE 0x001f

#define WHITE 0xffff

#define BLACK 0x0000

#define YELLOW 0xFFE0

#define GRAY0 0xEF7D //灰色0 3165 00110 001011 00101

#define GRAY1 0x8410 //灰色1 00000 000000 00000

#define GRAY2 0x4208 //灰色2 1111111111011111