2.8寸TFT-LCD触摸屏驱动移植实战：基于正点原子ATK-MD0280模块与天空星GD32F407开发板

2.8寸TFT-LCD触摸屏驱动移植实战基于正点原子ATK-MD0280模块与天空星GD32F407开发板最近在做一个项目需要给天空星GD32F407开发板配一块屏幕我选了正点原子的ATK-MD0280模块这是一块2.8寸带触摸的TFT-LCD屏。网上找了一圈发现现成的驱动大多是为STM32写的直接用在GD32上总有点水土不服。折腾了两天终于把驱动完整移植过来了屏幕能正常显示触摸也校准好了还跑了个3D立方体旋转的演示程序。今天我就把整个移植过程整理出来手把手教你怎么把这块屏幕驱动移植到天空星GD32F407开发板上。无论你是刚开始接触嵌入式显示还是正在为项目选型这篇文章都能帮你少走弯路。1. 准备工作了解你的硬件在开始写代码之前咱们先搞清楚手头的硬件是什么情况这很重要。1.1 ATK-MD0280模块简介ATK-MD0280是正点原子推出的一款2.8寸TFT-LCD触摸屏模块我用的是这款参数如下参数规格屏幕尺寸2.8英寸显示区域57.6mm × 47.2mm驱动ICILI9341 / ST7789分辨率320×240 (RGB排列)色彩深度16位 (65K色)工作电压3.3V背光电压3.3V (默认) / 5V接口方式16位8080/6800并行接口模块尺寸51mm × 82.6mm这块屏用的是16位并行接口说白了就是有16根数据线再加上控制线总共要占用单片机20多个IO口。不过好处是速度快刷屏流畅。1.2 硬件连接模块和开发板的引脚对应关系我根据资料整理成了下面这个表格LCD模块接口天空星开发板引脚CSPA1RSPA0WRPA3RDPA4RSTPA5D0PA6D1PA7D2PC4D3PC5D4PB0D5PB1D6PE7D7PE8D8PE9D9PE10D10PE11D11PE12D12PE13D13PE14D14PE15D15PB11BL (背光)PB10MI (触摸SPI MISO)PB12PEN (触摸中断)PB13TCS (触摸片选)PB14MO (触摸SPI MOSI)PD8CLK (触摸SPI时钟)PD10注意这个引脚对应关系是移植的关键后面所有代码的引脚配置都要按照这个来。2. 获取驱动源码并导入工程正点原子提供了完整的驱动代码咱们需要先下载下来。2.1 下载源码资料下载链接在原始文章里有提到解压后你会看到这些文件ATK_MD0280文件夹 - 核心驱动文件demo.c和demo.h- 示例程序其他相关文件2.2 导入工程在你的GD32工程里把ATK_MD0280整个文件夹复制到项目目录下然后在IDE里添加这些文件你的工程/ ├── ATK_MD0280/ │ ├── atk_md0280.c │ ├── atk_md0280.h │ ├── atk_md0280_gpio.c │ ├── atk_md0280_gpio.h │ ├── atk_md0280_touch.c │ ├── atk_md0280_touch.h │ ├── atk_md0280_touch_spi.c │ ├── atk_md0280_touch_spi.h │ └── atk_md0280_font.h (字库文件) ├── demo.c └── demo.h记得在工程设置里添加头文件路径指向ATK_MD0280文件夹。3. 引脚配置修改这是移植的核心步骤原来的代码是为STM32写的咱们要改成GD32的。3.1 修改GPIO驱动文件打开atk_md0280_gpio.h你会看到引脚定义的部分。根据上面的引脚对应表我们需要确认代码里的定义是否正确。原始代码中已经定义好了但咱们还是检查一下。关键部分如下/* 引脚定义 */ #define ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_RCU RCU_GPIOA #define ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_PORT GPIOA #define ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_PIN GPIO_PIN_0 #define ATK_MD0280_GPIO_CS_GPIO_RCU RCU_GPIOA #define ATK_MD0280_GPIO_CS_GPIO_PORT GPIOA #define ATK_MD0280_GPIO_CS_GPIO_PIN GPIO_PIN_1 // ... 其他引脚定义类似GD32的GPIO操作函数和STM32有些不同主要是在atk_md0280_gpio.c文件里。咱们看看关键的写数据函数void LCD_Writ_Bus(uint16_t dat) { ATK_MD0280_GPIO_CS(0); ATK_MD0280_GPIO_WR(0); BIT_DB15( (dat15)0x01 ); BIT_DB14( (dat14)0x01 ); // ... 省略中间部分 BIT_DB0( (dat0)0x01 ); ATK_MD0280_GPIO_WR(1); ATK_MD0280_GPIO_CS(1); }这个BIT_DBx()宏定义在头文件里它负责设置每个数据引脚的电平。GD32的GPIO输出操作和STM32略有不同但正点原子的代码已经做了适配。3.2 GPIO初始化在atk_md0280_gpio_init()函数中GD32的GPIO配置是这样的void atk_md0280_gpio_init(void) { /* 使能时钟 */ rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE); /* 初始化RS引脚 */ gpio_mode_set(ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_PIN); gpio_output_options_set(ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, ATK_MD0280_GPIO_RS_GPIO_PIN); // ... 其他引脚初始化类似 }这里有个细节要注意GD32的GPIO配置分两步先设置模式再设置输出选项。GPIO_OSPEED_50MHZ表示输出速度50MHz对于LCD控制来说足够了。4. 驱动初始化流程驱动初始化的核心在atk_md0280_init()函数里咱们一步步来看。4.1 初始化步骤uint8_t atk_md0280_init(void) { uint16_t chip_id; atk_md0280_hw_init(); /* 硬件初始化 */ atk_md0280_gpio_init(); /* GPIO接口初始化 */ chip_id atk_md0280_get_chip_id(); /* 获取驱动IC ID */ printf(atk_md0280_get_chip_id succeed!!\r\n); if ((chip_id ! ATK_MD0280_CHIP_ID1) (chip_id ! ATK_MD0280_CHIP_ID2)) { return ATK_MD0280_ERROR; } else { g_atk_md0280_sta.chip_id chip_id; g_atk_md0280_sta.width ATK_MD0280_LCD_WIDTH; g_atk_md0280_sta.height ATK_MD0280_LCD_HEIGHT; } printf(Start SET!!!\r\n); atk_md0280_reg_init(); /* 寄存器初始化 */ printf(atk_md0280_reg_init succeed!!\r\n); atk_md0280_set_disp_dir(ATK_MD0280_LCD_DISP_DIR_0); /* 设置显示方向 */ printf(atk_md0280_set_disp_dir succeed!!\r\n); atk_md0280_clear(ATK_MD0280_WHITE); /* 清屏 */ printf(atk_md0280_clear succeed!!\r\n); atk_md0280_display_on(); /* 开启显示 */ printf(atk_md0280_display_on succeed!!\r\n); atk_md0280_backlight_on(); /* 开启背光 */ printf(atk_md0280_backlight_on succeed!!\r\n); #if (ATK_MD0280_USING_TOUCH ! 0) atk_md0280_touch_init(); /* 触摸初始化 */ #endif printf(atk_md0280_init succeed!!!\r\n); return ATK_MD0280_EOK; }这个初始化函数做了几件重要的事情硬件初始化配置背光控制引脚GPIO初始化配置所有控制线和数据线读取芯片ID确认连接的是ILI9341还是ST7789寄存器初始化根据芯片型号发送初始化序列显示设置设置显示方向清屏开显示和背光触摸初始化如果使能了触摸功能还会初始化触摸芯片4.2 寄存器初始化不同的驱动IC需要不同的初始化序列。代码里通过读取芯片ID来区分static void atk_md0280_reg_init(void) { if (g_atk_md0280_sta.chip_id ATK_MD0280_CHIP_ID1) // ILI9341 { atk_md0280_gpio_write_cmd(0xCF); atk_md0280_gpio_write_dat(0x00); atk_md0280_gpio_write_dat(0xC1); atk_md0280_gpio_write_dat(0x30); // ... 很长的一段初始化序列 atk_md0280_gpio_write_cmd(0x11); delay_ms(100); atk_md0280_gpio_write_cmd(0x29); } else if (g_atk_md0280_sta.chip_id ATK_MD0280_CHIP_ID2) // ST7789 { atk_md0280_gpio_write_cmd(0x11); delay_ms(120); atk_md0280_gpio_write_cmd(0x36); atk_md0280_gpio_write_dat(0x00); // ... 另一段初始化序列 atk_md0280_gpio_write_cmd(0x29); } }这些初始化命令是厂家提供的用来设置伽马校正、电源控制、显示方向等参数。咱们不用深究每个命令的具体含义知道这是必须的步骤就行。5. 基本绘图函数解析驱动提供了丰富的绘图函数咱们挑几个常用的看看。5.1 画点函数画点是最基本的操作其他图形都是基于画点实现的void atk_md0280_draw_point(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) { atk_md0280_set_column_address(x, x); /* 设置列地址 */ atk_md0280_set_page_address(y, y); /* 设置页地址 */ atk_md0280_start_write_memory(); /* 开始写显存 */ atk_md0280_gpio_write_dat(color); /* 写入颜色数据 */ }这里有个关键点LCD控制器内部有显存我们要先告诉它要往哪个位置写数据然后才能写入颜色值。5.2 区域填充填充一个矩形区域在清屏、画背景时很常用void atk_md0280_fill(uint16_t xs, uint16_t ys, uint16_t xe, uint16_t ye, uint16_t color) { uint16_t x_index; uint16_t y_index; atk_md0280_set_column_address(xs, xe); /* 设置列地址范围 */ atk_md0280_set_page_address(ys, ye); /* 设置页地址范围 */ atk_md0280_start_write_memory(); /* 开始写显存 */ for (y_indexys; y_indexye; y_index) { for (x_indexxs; x_index xe; x_index) { atk_md0280_gpio_write_dat(color); /* 逐个像素写入颜色 */ } } }提示设置好地址范围后写入数据时地址会自动递增这样可以连续写入提高效率。5.3 显示字符显示字符稍微复杂点需要用到字库void atk_md0280_show_char(uint16_t x, uint16_t y, char ch, atk_md0280_lcd_font_t font, uint16_t color) { const uint8_t *ch_code; /* 字符点阵数据指针 */ uint8_t ch_width; /* 字符宽度 */ uint8_t ch_height; /* 字符高度 */ uint8_t ch_size; /* 字符点阵数据大小 */ uint8_t ch_offset; /* 字符在字库中的偏移 */ ch_offset ch - ; /* 计算偏移量空格是第一个字符 */ switch (font) { #if (ATK_MD0280_FONT_12 ! 0) case ATK_MD0280_LCD_FONT_12: /* 12号字体 */ { ch_code atk_md0280_font_1206[ch_offset]; ch_width ATK_MD0280_FONT_12_CHAR_WIDTH; ch_height ATK_MD0280_FONT_12_CHAR_HEIGHT; ch_size ATK_MD0280_FONT_12_CHAR_SIZE; break; } #endif // ... 其他字体类似 } /* 逐位判断点阵数据为1的画点为0的不画 */ for (byte_index0; byte_indexch_size; byte_index) { byte_code ch_code[byte_index]; for (bit_index0; bit_index8; bit_index) { if ((byte_code 0x80) ! 0) /* 最高位为1 */ { atk_md0280_draw_point(x width_index, y height_index, color); } width_index; if (width_index ch_width) { width_index 0; height_index; break; } byte_code 1; /* 左移一位处理下一个位 */ } } }6. 触摸功能实现ATK-MD0280模块集成了触摸功能用的是SPI接口的触摸芯片。6.1 触摸初始化void atk_md0280_touch_init(void) { atk_md0280_touch_hw_init(); /* 硬件初始化PEN引脚 */ atk_md0280_touch_spi_init(); /* SPI接口初始化 */ atk_md0280_touch_calibration(); /* 触摸校准 */ }触摸校准是关键步骤它会让你点击屏幕上的几个十字标记计算出触摸坐标和实际屏幕坐标的对应关系。6.2 触摸扫描uint8_t atk_md0280_touch_scan(uint16_t *x, uint16_t *y) { uint16_t x_adc; uint16_t y_adc; if (ATK_MD0280_TOUCH_READ_PEN() 0) /* 检测到触摸 */ { x_adc atk_md0280_touch_get_adc2(ATK_MD0280_TOUCH_CMD_X); y_adc atk_md0280_touch_get_adc2(ATK_MD0280_TOUCH_CMD_Y); /* 将ADC值转换为屏幕坐标 */ x_raw (int16_t)(x_adc - g_atk_md0280_touch_sta.center.x) / g_atk_md0280_touch_sta.fac.x ATK_MD0280_LCD_WIDTH / 2; y_raw (int16_t)(y_adc - g_atk_md0280_touch_sta.center.y) / g_atk_md0280_touch_sta.fac.y ATK_MD0280_LCD_HEIGHT / 2; // ... 坐标旋转处理根据显示方向 return ATK_MD0280_TOUCH_EOK; /* 返回有效触摸 */ } return ATK_MD0280_TOUCH_EMPTY; /* 无触摸 */ }这里有个技巧为了消除抖动和噪声代码会读取多次ADC值去掉最大最小值然后取平均。7. 运行演示程序驱动移植好后咱们来跑个演示程序看看效果。7.1 主函数配置在main.c中添加以下代码#include board.h #include demo.h int main(void) { board_init(); /* 开发板初始化 */ bsp_uart_init(); /* 串口初始化用于调试输出 */ demo_run(); /* 运行演示程序 */ while(1) { /* 主循环 */ } }7.2 3D立方体演示demo.c里有一个很酷的3D立方体旋转演示static void demo_show_cube(void) { uint8_t point_index; uint8_t line_index; static uint16_t x 120; static uint16_t y 201; uint16_t x_scan; uint16_t y_scan; /* 触摸扫描 */ if (atk_md0280_touch_scan(x_scan, y_scan) 0) { /* 限制触摸范围 */ if ((x_scan 28) (x_scan (atk_md0280_get_lcd_width() - 28)) (y_scan 110) (y_scan (atk_md0280_get_lcd_height() - 28))) { x x_scan; y y_scan; } } /* 旋转立方体的8个顶点 */ for (point_index0; point_index8; point_index) { demo_rotate(cube[point_index], 0.5f, 0.3f, 0.2f); } /* 绘制立方体的12条边 */ for (line_index0; line_index24; line_index2) { atk_md0280_draw_line(x cube[line_id[line_index] - 1][0], y cube[line_id[line_index] - 1][1], x cube[line_id[line_index 1] - 1][0], y cube[line_id[line_index 1] - 1], ATK_MD0280_BLUE); } delay_ms(100); /* 清除中心区域准备下一帧 */ atk_md0280_fill(x - 28, y - 28, x 28, y 28, ATK_MD0280_WHITE); }这个演示程序做了两件事检测触摸让立方体跟随触摸点移动不断旋转并绘制立方体形成动画效果8. 移植注意事项和调试技巧在实际移植过程中我遇到了几个坑这里分享给大家8.1 常见问题屏幕不亮或白屏检查背光引脚PB10是否正确配置确认电源连接模块需要3.3V供电检查复位引脚PA5是否正常显示花屏或错位确认引脚连接是否正确特别是数据线D0-D15检查初始化序列是否执行成功尝试调整atk_md0280_set_disp_dir()的显示方向参数触摸不灵敏或不准运行触摸校准程序检查SPI引脚连接MI、MO、CLK、TCS调整ATK_MD0280_TOUCH_READ_RANGE参数8.2 性能优化建议使用DMA传输对于大量数据填充如图片显示可以考虑使用DMA当前代码是CPU逐个写入刷全屏需要一定时间双缓冲机制如果需要流畅动画可以实现双缓冲在内存中绘制完成后再一次性传输到屏幕局部刷新只更新变化的部分减少数据传输量对于UI界面更新特别有用8.3 资源占用这个驱动占用的资源Flash: 约15KB包含字库RAM: 约2KBGPIO: 21个16数据5控制SPI: 4个触摸功能对于GD32F407来说完全够用还有充足资源运行其他任务。移植完成后你应该能看到屏幕显示正点原子的LOGO和旋转的3D立方体。触摸屏幕立方体会跟着你的手指移动。如果遇到问题先检查硬件连接然后用串口打印调试信息看看初始化到哪一步出错了。这套驱动代码结构清晰封装得很好基本绘图函数都提供了你可以在上面开发自己的GUI界面。我实际项目中用它做了个简单的数据监控界面刷新速度完全够用。