STM32-LCD液晶显示

LCD液晶显示

针对野火指南者配套资料：3.2寸 LCD电阻屏，屏幕里自带ILI9341液晶控制器芯片，该控制器芯片中存在GRAM（即显存）。该液晶控制器使用8080接口与单片机通讯，液晶面板引出来的FPC信号线为8080接口（RGB接口已在内部直接与ILI9341相连）。单片机把要显示的数据通过引出的8080接口发送到液晶控制器，这些要显示的数据存储到它内部的显存中，然后液晶控制器不断把显存的内容刷新到液晶面板，显示内容。

还有个电阻触摸屏的控制器XPT2046，实际上是一个ADC芯片，通过检测电压值来计算触摸坐标。

液晶屏的每个像素点都是数据，在实际应用中需要把每个像素点的数据缓存起来，再传输给液晶屏，一般会使用SRAM和SDRAM性质的存储器，而这些专门用于存储显示数据的存储器，被称为显存。显存一般至少要能存储一帧显示数据，如分辨率为800*480的液晶屏，若使用RGB888格式显示，一帧数据大小 = 3 * 800 * 480 = 1152000字节；若使用RGB565格式显示，一帧数据大小 = 2 * 800 * 480 = 768000字节.

一般来说，外置的液晶控制器会自带显存，而像STM32F429等集成液晶控制器的芯片可使用内部SRAM或外扩SDRAM用于显存空间。

ILI9341液晶控制器简介

内部结构复杂。芯片中含有GRAM（即显存），GRAM中每个存储单元都对应液晶面板的一个像素点。通过液晶控制器内部各种模块共同作用把GRAM存储单元的数据转化为液晶面板的控制信号，使像素点呈现特定的颜色，而像素点组合起来则成为了一幅完整的图像。

ILI9341液晶控制器根据自身的IM[3:0]信号线电平决定了它与MCU的通讯方式，支持SPI、8080通讯方式。野火指南者中固定搭配8080（内部硬件电路处理），使用16根数据线的RGB565格式。

液晶屏的信号线和8080时序

信号线	ILI9341对应的信号线	说明
LCD_DB[15:0]	D[15:0]	数据信号
LCD_RD	RDX	读数据信号，低电平有效
LCD_RS	D/CX	数据/命令信号。 高电平时，D[15:0]表示的是数据(RGB像素数据或命令数据) 低电平时，D[15:0]表示的是控制命令
LCD_RESET	RESX	复位信号，低电平有效
LCD_WR	WRX	写数据信号，低电平有效
LCD_CS	CSX	片选信号，低电平有效
LCD_BK	-	背光信号，低电平有效
GPIO[5:1]	-	触摸屏的控制信号线

这些数据线为8080通讯接口，带X的表示低电平有效。

 

由图知：

写命令时序由片选信号线CSX拉低开始，数据/命令选择信号线D/CX拉低表示写入的是命令地址。

写信号线WRX拉低、读信号线RDX拉高时，传输方向为写入，同时数据线D[17:0]（或D[15:0]）输出命令地址。

在第二个传输阶段传输的是命令参数，所以D/CX信号线要置高电平，表示写入的是命令数据。

当需要把像素数据写入GRAM时，把CSX拉低，再把D/CX置高，这时D[17:0]（或D[15:0]）传输的数据则会被ILI9341保存到它的GRAM里。

使用STM32的FSMC外设模拟8080接口时序

ILI9341的8080通讯接口时序可以由STM32使用普通IO口进行模拟（效率低），也可以由STM32使用FSMC外设模拟8080接口时序。

STM32F1系列芯片使用FSMC外设来管理扩展的存储器，可以用来驱动SRAM、Nor Flash和Nand Flash类型的存储器，不能驱动SDRAM这种动态的存储器（STM32F429系列的控制器中的FMC外设才支持控制SDRAM存储器）。

由于FSMC外设可以用于控制扩展的外部存储器，而MCU对液晶屏的操作实际上是把显示数据写入到显存中，与控制存储器类似，且8080接口的通讯时序完全可以使用FSMC外设产生，因此非常适合使用FSMC控制液晶屏。

FSMC

功能框图

通讯引脚

框图右侧是FSMC外设相关的控制引脚，只有share signals是共用引脚，其他引脚要看控制的存储器类型。

本篇中控制LCD时是使用FSMC的NOR/PSRAM类型的存储器，而且控制LCD时使用的是Nor Flash类型的模式B，所以主要分析Nor Flash控制信号线部分。

FSMC控制Nor Flash的信号线	信号方向	功能
FSMC_NE[4:1]	输出	片选
FSMC_NL（FSMC_NADV）	输出	地址、数据线复用时作锁存信号
FSMC_CLK	输出	时钟（同步突发模式使用）
FSMC_A[25:0]	输出	地址总线
FSMC_D[15:0]	输入/输出	双向数据总线
FSMC_NOE	输出	输出使能
FSMC_NWE	输出	写使能
FSMC_NWAIT	输入	NOR闪存要求FSMC等待的信号

在控制LCD时，使用的是类似异步、地址和数据线独立的Nor Flash控制方式，所以实际上FSMC_CLK、FSMC_NWAIT和FSMC_NL（FSMC_NADV）引脚没有使用到。

STM32具有FSMC_NE1/2/3/4号引脚，不同的引脚对应STM32内部不同的地址区域。例如，当STM32访问0x6800 0000~0x6bff ffff地址空间时，FSMC_NE3引脚会自动设置为低电平，由于它一般连接到外部存储器的片选信号且低电平有效，所以外部存储器的片选被使能，而访问0x6000 0000~0x63ff ffff地址空间时，FSMC_NE1会输出低电平。

当使用不同的FSMC_NE引脚连接外部存储器时，STM32访问外部存储的地址不一样，从而达到控制多个外部存储器芯片的目的。

存储器控制器

控制Nor Flash的有FSMC_BCR1/2/3/4控制寄存器、FSMC_BTR1/2/3/4片选时序寄存器和FSMC_BWTR1/2/3/4写时序寄存器。每种寄存器都有4个，对应不同存储区域。

FSMC_BCRx寄存器：配置要控制的存储器类型、数据线宽度和信号有效极性等参数。

FSMC_BTRx寄存器：配置SRAM访问时的各种时间延迟，如数据保持时间、地址保持时间等。

FSMC_BWTR寄存器：和FSMC_BTRx寄存器类似，专门用于控制写时序的时间参数。

时钟控制逻辑

FSMC外设挂载在AHB总线上，时钟信号来源于HCLK（默认72MHz），控制器的同步时钟输出就是由它分配得到。例如Nor控制器的FSMC_CLK引脚输出的时钟，可用于与同步类型的Nor Flash芯片进行同步通讯，它的时钟频率可通过FSMC_BTRx：CLKDIV位配置，可以配置为HCLK的1/2或1/3，即若它与同步类型的Nor Flash芯片进行同步通讯时，同步时钟最高频率为36MHz。本篇的Nor Flash为异步类型的存储器，不适用同步时钟信号，所以时钟分频配置没用。

FSMC的地址映射

FSMC连接好外部存储器并初始化后就可以直接通过访问地址来读写数据。这种地址访问与I2C EEPROM、SPI FLASH不一样，后两种方式都需要控制I2C或SPI总线给存储器发送地址，然后获取数据。而使用FSMC外接存储器时，其存储单元是映射到STM32的内部寻址空间的。在程序上，定义一个执行这些地址的指针，然后就可以通过指针直接修改该存储单元的内容，FSMC外设会自动完成数据访问过程，读写命令的操作不需要程序控制。

如：

#define Bank1_SRAM_ADDR    ((uint32_t)(0x68000000))// 写入16位数据0xAA55到地址0x68000010
*(uint16_t *)(Bank1_SRAM_ADDR + 10) = (uint16_t)0xAA55;// 从地址0x68000010读取16位数据
temp = *(uint16_t *)(Bank1_SRAM_ADDR + 10);

以上是标准的C语言对特定地址的指针式访问，只是由于该地址被STM32映射到FSMC外设，所以访问这些地址时，FSMC会自动输出地址、数据等访问时序。

如FSMC_NE[4:1]信号线可用于选择BANK1内部的4小块地址区域，当STM32访问0x6C00 0000 ~ 0x6FFF FFFF地址空间时，会访问到Bank1的第一个小块区域，相应的FSMC_NE1信号线会输出控制信号。

FSMC控制异步Nor Flash的时序

FSMC外设支持输出多种不同的时序以便于控制不同的存储器，具有ABCD四种模式。

当内核发出访问某个指向外部存储器地址时，FSMC外设会根据配置控制信号线产生时序访问存储器。

以读时序为例，该图表示一个存储器操作周期由地址建立周期（ADDSET）、数据建立周期（DATAST）和2个HCLK周期组成。

        在地址建立周期中，地址线发出要访问的地址，数据掩码信号线指示出要读取地址的高、低字节部分，片选信号使能存储器芯片。

        地址建立周期结束后读使能信号线发出读使能信号，然后存储器通过数据信号线把目标数据传输给FSMC，FSMC把它交给内核。

写时序类似，区别是它的一个存储器操作周期仅由地址建立周期（ADDSET）、数据建立周期（DATAST）组成，且在数据建立周期期间写使能信号线发出写信号，然后FSMC把数据通过数据线传输到存储器中。

当FSMC外设被配置为正常工作，并且外部接了Nor Flash时，若向0x6000 0000地址写入数据（如0xABCD），FSMC会自动在各信号线上产生相应的电平信号，写入数据。FSMC会控制片选型FSMC_NE1选择相应的Nor芯片，然后使用地址线FSMC_A[25:0]输出0x6000 0000，在FSMC_NWE写使能信号线上发出低电平的写使能信号，而要写入的数据信号（0xABCD）则从数据线FSMC_D[15:0]输出，然后数据就被保存到了Nor Flash。

FSMC模拟8080时序