1）实验平台：alientek NANO STM32F411 V1开发板

2）摘自《正点原子STM32F4 开发指南（HAL 库版》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子

第二十五章 TFTLCD 显示实验

前几章的实例均没有涉及到液晶显示，这一章我们将向大家介绍 1.3 寸 TFTLCD 显示屏模块。该显示屏不像 OLED 模块只能显示单色/双色，不能显示彩色，而这款 TFTLCD 可以显示16 位色的真彩图片，同时在上一章中学习了 SPI，在本章中，我们将通过 SPI 来驱动点亮 TFTLCD显示屏，并实现 ASCII 字符（12/16/24/32 号字体）、图片和彩色显示等功能，本章将分为如下

几个部分进行讲解：

25.1 TFTLCD 介绍

25.2 硬件设计

25.3 实验准备

25.4 实验验证

25.1 TFTLCD 简介

TFT-LCD 即薄膜晶体液晶显示器。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像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。

1.3’TFTLCD 模块主要有以下特点：

1、屏幕尺寸为 1.3 寸

2、分辨率为：240*240

3、支持 16 位真彩色显示

这里要提醒大家的是，该模块不和 5.0V 接口兼容，所以请大家在使用的时候一定要小心，别直接接到 5V 的系统上去，否则可能烧坏模块。该模块的外观图如图 25.1.1 所示：

图 25.1.1 ALIENTEK 1.3’ TFTLCD 模块外观图

ATK-1.3’TFTLCD 模块通过 8（2*4）个引脚同外部连接，对外接口原理图如图 25.1.2 所示：

图 25.1.2 模块对外接口原理图

对应引脚功能详细描述如表 25.1.3 所示：

表 25.1.3 ATK-1.3’TFTLCD 模块引脚说明

特别注意：模块出厂是默认选择四线 SPI，例子是使用四线 SPI 进行通信的。

ATK-1.3’TFTLCD 在四线 SPI 通讯模式下 ，最少需要四线就可以 与 LCD 通讯：

CS/SCL/SDA/WR(DC)，该模块出厂默认使用四线 SPI 通讯，也就是默认焊接 R7 和 R10 电阻。

四线 SPI 接口时序如图 25.1.4 所示：

图 25.1.4 四线 SPI 接口时序图

图中各个时间参数见表 25.1.5 所示：

表 25.1.5 四线 SPI 时间参数

从表中可以看出，模块的写周期是非常快的，写周期为：16ns，而模块的读周期相对较慢，

读周期为：150ns。

LCD 四线 SPI 的详细读写时序，请看 ST7789V2 数据手册第 56 页和 60 页。

模块采用 ST7789V2 作为 LCD 驱动器，显示数据可以直接存储在 240*320*18 位片上的

RAM 中，它可以在没用外部操作时钟的情况下执行显示数据 RAM 读/写操作，以最小化功耗。

该驱动芯片采用 SPI 接口与外部连接，需要使用的信号线如下：

CS：LCD 的片选信号线

SCK：SPI 的时钟信号线

SDA：SPI 的数据信号线

WR(RC)：命令/数据标志（0：写命令：1：写数据）

除了以上信号，我们一般还需要用到这 2 个信号：RESET 和 PWR，其中：RST 是 LCD 的

硬复位脚，低电平有效，用于复位 ST7789V2 芯片，实现液晶的复位，在每次初始化之前，我

们强烈建议大家先执行硬复位，再做初始化。而 PWR 则是 LCD 的背光控制引脚，高电平有效，

这个引脚自带了下拉电阻，所以如果这个引脚悬空，背光是不会亮的。必须接高电平背光才会

亮，另外可以用 PWM 控制 PWR 脚，从而控制背光的亮度。

ST7789V2 自带 LCD RAM（240*320*3 字节），并且最高支持 18 位颜色深度（262K 色），

不过我们一般使用 16 位颜色深度（65K 色），RGB565 格式，这样可以在 16 位模式下达到最

快的速度。在 16 位模式下，ST7789V2 采用 RGB565 格式存储颜色数据，此时 MCU 的 16 位数

据与 LCD RAM 的对应关系如图 25.1.6 所示：

图 25.1.6. 16 位数据与 LCD RAM 的对应关系

图示 MCU 的 16 位数据中，最低 5 位代表蓝色，中间 6 位绿色，最高 5 位为红色，数值越

大，表示该颜色越深。

接下来，就来介绍一下 ST7789V2 的几条重要指令，因为该芯片的命令有很多，我们这里

就不全部介绍了，有兴趣的可以找数据手册看看，里面对命令有详细介绍。

首先来看一下指令：0x36，这是存储访问控制指令，可以控制 ST7789V2 存储器的读写方

向，简单的来说，就是在连续写 LCD RAM 数据的时候，可以控制 RAM 指针的增长方向，从

而控制显示方式（读操作也是一样）。该指令如图 26.1.7 所示：

图 26.1.7 0x36 指令描述

从上图可以看出。0x36 指令下可以配置 6 个参数，这里我们主要关心：MY、MX 和 MV

这 3 位，通过这三个位的设置，我们可以控制整个 ST7789V2 的全部扫描方向。如表 26.1.8 所

示：

表 26.1.8 MX、MY、MV 设置与 LCD 扫描方向关系表

这样，我们在使用 ST7789V2 显示内容的时候，就有很大灵活性了，比如显示 BMP 图片，

BMP 数码数据，就是丛图片的左下角开始，慢慢显示到右上角，如果设置 LCD 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 26.1.9 所示：

图 26.1.9 0x2A 指令描述

这里指令用于 x 坐标，x 坐标有两个坐标值：XS 和 XE（XS 和 XE 都是 16 位的，由 2 个 8

位组成），即列地址的起始值和结束值，当“MV=0”时，0<XS<XE<239，当“MV=1”时，

0<XS<XE<319。

一般 TFTLCD 模块的使用流程如图 26.1.10 所示：

图 26.1.10 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：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，这样就可以获取对应的颜色数据了。

25.2 硬件设计

本实验功能简介：开机时先初始化 LCD，然后开始显示正点原子 LOGO，12/16/24/32 号字

体等信息，同时使用 LED 灯来指示程序正在运行。

本章需要用到的硬件资源如下：

1、指示灯 LED

2、1.3’TFTLCD 模块

3、NANO STM32F4 开发板

ATK-1.3’TFFLCD 模块与 NANO STM32F4 开发板对应的关系如下：

25.3 软件设计

本实验我们使用四线 SPI 来驱动 ATK-1.3’TFTLCD 模块，所以我们通过 WR（DC）信号线

来控制是发送命令还是发送数据到 LCD。代码如下所示：

/**

* @brief

写命令到 LCD

*

* @param

cmd

需要发送的命令

*

* @return void

*/

static void LCD_Write_Cmd(u8 cmd)

{

LCD_WR = 0;

LCD_SPI_Send(&cmd, 1);

}

/**

* @brief

写数据到 LCD

*

* @param

cmd

需要发送的数据

*

* @return void

*/

static void LCD_Write_Data(u8 data)

{

LCD_WR = 1;

LCD_SPI_Send(&data, 1);

}

LCD 的 SPI 通讯时序大家可以通过 ST7789V2 数据手册进行学习，这里就不多介绍了。

下面我们来重点关注一下上面我们提到的 0x36 指令（存储访问控制指令，即 RAM 指针增

长方向），这里只粘贴了部分代码。

/* Memory Data Access Control */

LCD_Write_Cmd(0x36);

LCD_Write_Data(0x00);

从以上代码可以看到，LCD 的 RAM 指令增长方向被设置成了从左到右，从上到下的方式，

这个方式决定了字库取模方式和图片显示等问题。如果方向设置的好，我们只需要将字库和图

片数据不停的往 LCD 填充就好了，就可以大大提高显示速度。

下面我们就来看看画点函数，该函数的实现代码如下：

/**

* 设置数据写入 LCD 缓存区域

*

* @param

x1,y1

起点坐标

* @param

x2,y2

终点坐标

*

* @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

写半个字的数据到 LCD

*

* @param

cmd

需要发送的数据

*

* @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);

}

/**

* 画点函数

*

* @param

x,y

画点坐标

*

* @return void

*/

void LCD_Draw_Point(u16 x, u16 y)

{

LCD_Address_Set(x, y, x, y);

LCD_Write_HalfWord(POINT_COLOR);

}

该函数实现比较简单，就是先设置了坐标，然后往坐标写颜色数据。其中 POINT_COLOR

是我们定义的一个全局变量，用于存放画笔颜色，顺便介绍一下另外一个全局变量

BACK_COLOR，该变量代表 LCD 的背景颜色。LCD_Draw_Point 函数虽然简单，但是至关重

要，其他函数都可以调用这个函数实现。在例程源码中，为了提高显示速度，很少用到画点函

数来实现上层函数功能，因为画点函数的效率有点低。但是可以供到大家学习使用。

由于 ATK-1.3’TFTLCD 模块是 SPI 通讯接口的，在速度上肯定会比不上那些使用 8080 等

并口的 TFTLCD 显示屏，为了提高显示速度，增加了一个 LCD 缓存，以提高显示效果，这个

缓存会影响清屏函数 LCD_Clear、填充函数 LCD_Fill 和画线函数 LCD_DrawLine，修改缓存大

小时，请注意！！！

//LCD 缓存大小设置，修改此值时请注意！！！！修改这两个值时可能会影响以下函数

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];

最后就来看一下字符显示函数 LCD_ShowChar，该函数可以显示 12/16/24/32 号字体，如果

大家需要其他字体的话可以直接修改这个函数。特别要注意字符取模方向！

/**

* @brief

显示一个 ASCII 码字符

*

* @param

x,y

显示起始坐标

* @param

chr

需要显示的字符

* @param

size 字体大小(支持 16/24/32 号字体)

*

* @return void

*/

void LCD_ShowChar(u16 x, u16 y, char chr, u8 size)

{

u8 temp, t1, t;

u8 csize;

//得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数

u16 colortemp;

u8 sta;

chr = chr - ' '; //得到偏移后的值（ASCII 字库是从空格开始取模，所以-' '就是对应字符

的字库）

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 号字体

{

csize = (size / 8 + ((size % 8) ? 1 : 0)) * (size / 2);

for(t = 0; t < csize; t++)

{

if(size == 16)temp = asc2_1608[chr][t];//调用 1608 字体

else if(size == 32)temp = asc2_3216[chr][t]; //调用 3216 字体

else return;

//没有的字库

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 号字体

{

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 号字体

{

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;

}

}

}

}

关于 LCD 的驱动代码问题就讲到这里，我们的源码中还提供了画矩形、画圆、显示数字和

显示图片等等函数，大家可以直接对照源码进行学习。

25.4 下载验证

代码编译成功后，直接下载代码到我们的 NANO STM32F4 开发板上，然后将 ATK-1.3’

TFTLCD 模块连接到开发板上的引脚就可以测试模块的显示效果了。如图 25.4.1 所示：

图 25.4.1 LCD 显示效果