LCD屏幕的调试方法以及遇到的问题是什么？

1.3寸屏幕调试

测试平台：STM32F103RFT6
库版本：官方标准库3.5.0版本
屏幕：中景园1.3寸24Pin接插式LCD屏幕
分辨率：240*240像素
驱动芯片：ST7789
驱动方式：4线SPI
本文记录LCD屏幕的调试方法以及遇到的问题，选取STM32F103RFT6这款芯片主要是看重其高达96K的SRAM，在屏幕刷写时最多3次就能刷完整屏，同时也有SDIO功能，在后期还能加入SD卡读写功能（当然用SPI读写也可以），另外该芯片属于超大容量芯片，MDK配置的启动文件应选取【startup_stm32f10x_xl.s】
另外，为啥要表明该屏幕是中景园的呢？这里并不是打广告啊，本人早期也购买过其他店家的屏幕，但是几乎不提供技术支持，而且在商家发过来的例程中，明明白白的写着中景园几个字，我才知道有这么一家专门卖屏幕的，后来就只在该店购买了，一开始不太懂，调试一个0.96寸的小屏幕怎么也搞不定，还是联系客服找技术人员解决的，而且该商家有屏幕的生产资料以及配套的例程，这是极其重要的！！这个之后再解释。
注： 文中首次出现的代码块会标注[xxx.c]或[xxx.h]，表明该代码是属于对应的文件，未标注的即为重复出现的
注： 附录中有驱动芯片下载网址



1、电路设计

如果你的LCD屏幕是带底板的模块，可以跳过该章节
如果你的LCD屏幕是裸屏的话，那么这章节的电路部分可以参考下
在中景园拿到的资料中有屏幕厂商的出厂参数，其中就有裸屏的尺寸参数以及驱动芯片的引出管脚功能描述：
▼尺寸参数，在PCB设计中可以保持屏幕居中

▼引脚描述（自行翻译，搞这些的一般都看得懂简单的英语吧）

▼电路设计参考

其实该屏幕的驱动芯片ST7789并不止【4-SPI】和【8-并口】这两种驱动功能，还有其他的例如【3-SPI】等，具体参考ST7789数据手册的第8章节(FUNCTION DESCRIPTION )，但是在屏幕生产厂商的设计下，只配置出这两种驱动方式，这也是为啥要强调屏幕的生产资料的重要性，对于其他尺寸的屏幕也是如此。
本文中采用【4-SPI】，4线SPI模式，具体的应用电路设计如下▼
背光：
图中的LEDA是背光的正极，LEDK是背光的负极，采用n-mos管【SI2302】驱动，在LCD_BKL输入高电平时n-mos管导通，LEDK接到GND，通过R13电阻可以调节背光的最大亮度，如果在LCD_BLK输入PWM，那么就可以调节屏幕亮度了
当然也可以用p-mos管，则R15接到VCC，在LCD_BKL输出低电平时导通，或者用三极管都是可以的。
信号接口：

SPI_MOSI        主出从入
SPI_CLK                时钟线
LCD_CS                LCD片选
LCD_DC                数据/命令端
LCD_RES                重启
LCD_TE                该管脚是用于处理屏幕撕裂效果的，目前调试没有用到，只是给出连接，以后估计会用到
      没啥好说的，参考【引脚描述】连接上就行
这是我的PCB最终成品，大小是3x4cm，集成了SD卡，GT30L34S4W字库芯片，上方的排针是预留的接口，用来调试其他的屏幕：
电路设计基本上就这些，给用裸屏的小伙伴一个参考吧
2、程序设计


硬件连接：
PA0        ->        LCD_TE
PA1        ->        LCD_BLK
PA2        ->        LCD_RES
PA3        ->        LCD_DC
PA4        ->        LCD_CS
PA5        ->        SPI_CLK
PA6        ->        没用到
PA7        ->        SPI_MOSI
2.1、SPI配置(spi.c/spi.h)

SPI配置按常规配置就行，这里使用的是SPI1，需要注意的是时钟极性CPOL和时钟相位CPHA需根据ST7789数据手册的时序图确定
在datasheet的8.4.2章节有4-line的时序图


串行时钟稳态是高电平，下降沿捕获数据


[spi.c]
        SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = speed;
        SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                                                //数据捕获于第一个时钟沿
        SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;                                                        //串行时钟稳态
        SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                                        //每次收发数据大小
        SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;        //设置SPI单向/双向
        SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                                                //设置SPI模式，主/从模式
        SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                                        //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始
        SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                                                        //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）控制
        SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;                                                        //CRC值计算的多项式


为了提高写入速度，这里编写一个SPI发送函数，直接操作寄存器


[spi.c]
void SPI1_WriteByte(u8 data)
{
        SPI1->DR = data;
}


2.2、LCD引脚配置(lcd.c/lcd.h)
就是普通的GPIO通用推挽输出配置，如果背光想要PWM调节，那么配置IO对应的TIM输出就行了，这里PA1接LCD_BLK，对应的是TIM5_CH2或者TIM2_CH2，选一个就行。本文不使用PWM调节。


2.3、LCD数据写入
需要编写三个函数:


[lcd.h]
#define LCD_WR_BYTE(Data)                SPI1_WriteByte(Data)       


void LCD_WR_Cmd(u8 Data);                //发送命令
void LCD_WR_Data8(u8 Data);                //发送1byte数据
void LCD_WR_Data16(u16 Data);        //发送2byte数据


函数原型：


[lcd.c]
/********************************************************************************
  * @brief  写入1byte指令
  * @param  Data        写入的数据
  * @retval none
  *******************************************************************************/
void LCD_WR_Cmd(u8 Data)
{
        //DC为0时发送命令
        LCD_DC_0;


        LCD_WR_BYTE(Data);
}
/********************************************************************************
  * @brief  写入1byte数据
  * @param  Data        写入的数据
  * @retval none
  *******************************************************************************/
void LCD_WR_Data8(u8 Data)
{
        //DC为1时发送数据
        LCD_DC_1;


        LCD_WR_BYTE(Data);
}
/********************************************************************************
  * @brief  写入2byte数据
  * @param  Data        写入的数据
  * @retval none
  *******************************************************************************/
void LCD_WR_Data16(u16 Data)
{
        //DC为1时发送数据
        LCD_DC_1;
       
        LCD_WR_BYTE(Data >> 8);        //先发送高8位
        LCD_WR_BYTE(Data);                //后发送低8位
}


LCD_WR_BYTE(Data)是通过宏定义替换的SPI1_WriteByte(Data)，链接到SPI底层，
当LCD_DC = 0时，发送的是命令
当LCD_DC = 1时，发送的是数据
发送2byte数据主要是用在像素点颜色信息写入


LCD_DC_0和LCD_DC_1是宏定义，可以根据需求修改▼


[lcd.h]
//----------------- LCD端口定义 -----------------//
/****** 数据/命令控制端 ******/
//0：命令        1：数据
#define LCD_DC_0                (GPIOA->BRR = GPIO_Pin_3)
#define LCD_DC_1                (GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_3)
/************ 片选 ***********/
//0：有效        1：无效
#define LCD_CS_0                (GPIOA->BRR = GPIO_Pin_4)
#define LCD_CS_1                (GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_4)
/************ 重启 ***********/
//0：重启        1：正常
#define LCD_RES_0                (GPIOA->BRR = GPIO_Pin_2)
#define LCD_RES_1                (GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_2)
/************ 背光 ***********/
//0：灭                1：亮        也可以用PWM调节亮度
#define LCD_BLK_0                (GPIOA->BRR = GPIO_Pin_1)
#define LCD_BLK_1                (GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_1)


2.4、 LCD初始化
有了LCD数据发送函数，就可以对驱动芯片ST7789进行初始化了
▼屏幕重启


[lcd.c]
/********************************************************************************
  * @brief  重置屏幕
  * @param  none
  * @retval none
  *******************************************************************************/
void LCD_Reset(void)
{
        LCD_RES_0;
        delay_ms(50);
        LCD_RES_1;
        delay_ms(50);
}


这里并不涉及数据传输，只是将对应的IO置低再置高


▼初始化


[lcd.c]
/******************** TFT液晶屏初始化函数 **************************/
//液晶屏初始化 驱动：ST7789S
void LCD_Config(void)
{       
        LCD_GPIO_Config();


        //Reset before LCD Init.
        LCD_Reset();


//----------- Display and color format setting ---------//
//图像翻转等操作，见9.1.29章节
#if USE_HORIZONTAL == 0
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0x00);
#elif USE_HORIZONTAL == 1
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0xC0);
#elif USE_HORIZONTAL == 2
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0x70);
#elif USE_HORIZONTAL == 3
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0xA0);
#endif


//颜色数据格式，见8.8和9.1.33章节
        LCD_WR_Cmd(0x3A);
        LCD_WR_Data8(0x05);


//----------- ST7789S Frame rate setting ---------//
        LCD_WR_Cmd(0xB2);
        LCD_WR_Data8(0x0C);
        LCD_WR_Data8(0x0C);
        LCD_WR_Data8(0x00);
        LCD_WR_Data8(0x33);
        LCD_WR_Data8(0x33);
       
        LCD_WR_Cmd(0xB7);
        LCD_WR_Data8(0x35);
          
//----------- ST7789S Power setting ---------//


        LCD_WR_Cmd(0xBB);
        LCD_WR_Data8(0x19);
       
        LCD_WR_Cmd(0xC0);
        LCD_WR_Data8(0x2C);
       
        LCD_WR_Cmd(0xC2);
        LCD_WR_Data8(0x01);
       
        LCD_WR_Cmd(0xC3);
        LCD_WR_Data8(0x12);   
       
        LCD_WR_Cmd(0xC4);
        LCD_WR_Data8(0x20);  
       
        LCD_WR_Cmd(0xC6);
        LCD_WR_Data8(0x0F);   
       
        LCD_WR_Cmd(0xD0);
        LCD_WR_Data8(0xA4);
        LCD_WR_Data8(0xA1);


//----------- Posistive Voltage Gamma Control ---------//
//9.2.19 伽马调整，用于调节色彩对比度等参数
        LCD_WR_Cmd(0xE0);
        LCD_WR_Data8(0xD0);
        LCD_WR_Data8(0x04);
        LCD_WR_Data8(0x0D);
        LCD_WR_Data8(0x11);
        LCD_WR_Data8(0x13);
        LCD_WR_Data8(0x2B);
        LCD_WR_Data8(0x3F);
        LCD_WR_Data8(0x54);
        LCD_WR_Data8(0x4C);
        LCD_WR_Data8(0x18);
        LCD_WR_Data8(0x0D);
        LCD_WR_Data8(0x0B);
        LCD_WR_Data8(0x1F);
        LCD_WR_Data8(0x23);


        LCD_WR_Cmd(0xE1);
        LCD_WR_Data8(0xD0);
        LCD_WR_Data8(0x04);
        LCD_WR_Data8(0x0C);
        LCD_WR_Data8(0x11);
        LCD_WR_Data8(0x13);
        LCD_WR_Data8(0x2C);
        LCD_WR_Data8(0x3F);
        LCD_WR_Data8(0x44);
        LCD_WR_Data8(0x51);
        LCD_WR_Data8(0x2F);
        LCD_WR_Data8(0x1F);
        LCD_WR_Data8(0x1F);
        LCD_WR_Data8(0x20);
        LCD_WR_Data8(0x23);


//----------- Setting ---------//
        LCD_WR_Cmd(0x21);
       
        LCD_WR_Cmd(0x11);//关闭睡眠模式


        LCD_WR_Cmd(0x29);
}


LCD初始化配置是根据中景园例程修改的，电压设置和伽马色彩调整部分不解释，需要注意的是颜色数据格式和屏幕方向设置


颜色数据格式(0x3A)：


//颜色数据格式，见8.8和9.1.33章节
        LCD_WR_Cmd(0x3A);
        LCD_WR_Data8(0x05);


对应的寄存器是0x3A
在ST7789的datasheet中8.8章节DATA COLOR CODING 对各种控制方式下的色彩模式有详述的描写，在8.8.40小节是关于4-line SPI的色彩描述:




配置的参数是0x05，就是配置成65k真彩色，颜色格式是5：6：5的RGB比例
如果要显示图片，取模时就要注意按照这个颜色格式来取模了。
还记得在LCD数据写入小节中，发送2byte数据的写入函数吗？那个函数是配合这个格式来使用的，5-6-5的颜色是16bit（2byte），色彩也比4k彩色多，而262k则需要18bit的大小，数据传输不方便（如果用模拟SPI的话可以自己定制单次传输的数据长度）
屏幕方向(0x36)：

//----------- Display and color format setting ---------//
//图像翻转等操作，见9.1.28章节
#if USE_HORIZONTAL == 0
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0x00);
#elif USE_HORIZONTAL == 1
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0xC0);
#elif USE_HORIZONTAL == 2
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0x70);
#elif USE_HORIZONTAL == 3
        LCD_WR_Cmd(0x36);
        LCD_WR_Data8(0xA0);
#endif
这部分介绍见9.1.28章节▼

主要是对[7:1]位进行配置，具体效果大家可以一位位的尝试，最终可以得出四个方向对应的值，分别是
0x00
0xC0
0x70
0xA0
当然，正确的数据配置还能实现X/Y轴翻转，实现镜像等操作，在8.12章节有很直观的图片说明。
▼下面是用来判断使用哪个方向的宏定义，该屏幕是240x240的分辨率，在横竖屏下长宽都一样，不同尺寸的屏幕还需注意下，长宽在屏幕显示方向设置中很重要

[lcd.h]
//----------------- 屏幕方向 -----------------//
#define USE_HORIZONTAL 1  //设置横屏或者竖屏显示 0或1为竖屏 2或3为横屏


#if USE_HORIZONTAL == 0 || USE_HORIZONTAL == 1
#define LCD_W 240
#define LCD_H 240


#else
#define LCD_W 240
#define LCD_H 240
#endif
初始化配置其他寄存器的值不再深入描述，想了解的看datasheet的第9章节【COMMAND 】
2.5、LCD显示

在完成LCD的配置后，要想在屏幕上显示东西，只须实现两个步骤
（1）设置显示区域
（2）发送显示内容
设置显示区域


[lcd.h]
/********************************************************************************
  * @brief  设置显示区域
  * @param  (x0,y0)                起点坐标
  * @param  (x1,y1)                终点坐标
  * @retval none
  *******************************************************************************/
void LCD_SetRegion(u16 x0, u16 y0, u16 x1, u16 y1)
{
#if USE_HORIZONTAL == 1
       
        y0 = y0 + 80;                //Y轴中心点偏移80格
        y1 = y1 + 80;
       
#elif USE_HORIZONTAL == 3


        x0 = x0 + 80;                //X轴中心点偏移80格
        x1 = x1 + 80;
       
#endif
       
        LCD_WR_Cmd(0x2a);//列地址设置
        LCD_WR_Data16(x0);
        LCD_WR_Data16(x1);
        LCD_WR_Cmd(0x2b);//行地址设置
        LCD_WR_Data16(y0);
        LCD_WR_Data16(y1);
        LCD_WR_Cmd(0x2c);//储存器写
       
}
首先忽略【#if】到【#endif】之间的内容，可以看到发送了三个寄存器地址：
【0x2a】见9.1.20章节
【0x2b】见9.1.21章节
【0x2c】见9.1.22章节
▼发送0x2a指令，再发送两个数据，包含4byte数据，设置显示的起始列和结束列

▼发送0x2b指令，再发送两个数据，包含4byte数据，设置显示的起始行和结束行

▼发送0x2a指令，则是告诉ST7789，下次进来的数据是用来更新显存RAM的数据，也就是更新每个像素点的颜色信息

  中心点偏移：
现在回到【#if】到【#endif】这段内容，为啥在不同的方向下要偏移80格？
这就是一个比较有趣的问题了，先了解一些内容：
（1） 宏定义▼
#define USE_HORIZONTAL 1  //设置横屏或者竖屏显示 0或1为竖屏 2或3为横屏 （2） 在初始化中关于方向设置里提到的8.12章节里有对显示方向的描述，这里是其中一部分的截图▼

当【USE_HORIZONTAL】的值为0的时候，对应的是上图的【Normal】情况
当【USE_HORIZONTAL】的值为1的时候，对应的是上图的【X-Mirror Y-Mirror】情况，"F"旋转180°
这里定义这个方向为竖屏
（3） ST7789芯片描述▼

很明显ST7789是可以驱动240x320像素点的一款芯片，而该屏幕只用到240x240，还剩下了240x80个
相信现在大家能知道这80格偏移是怎么来的了吧
以【Normal】为竖屏的正方向来说明（下图左），实际在屏幕设计生产时，芯片的显存RAM的映射到对应到屏幕的点阵是固定好的，无法通过软件修改，是硬件上的连接▼
由于映射是固定的，在修改显示方向的时候（上图右），RAM的起点(0,0)移到右下角，RAM上对应的有效显示区域起点不再是(0,0)，而是(0,80)，因此在Y方向上需要偏移80格，把第一个像素点的颜色数据写到RAM上的(0,80)上，才能正常显示
对于横屏也是如此，可根据8.12章节图表自行分析
需要注意的是，这个偏移是由屏幕生产厂商决定的，不同厂商的映射地址不一定是相同的，对于上图左边的正常模式，也有可能是RAM的(0,20)点对应屏幕的(0,0)点，因此配套的资料和例程很重要，不然得自己去测试究竟偏移了多少

▲上图右边是本人手上另一块屏幕，中景园的0.96寸彩色LCD，ST7735驱动芯片，最大可支持像素点为132x162，但是屏幕分辨率为80x160，RAM和屏幕点阵映射对应关系如图（在配套的例程中有给出），是RAM的(26,1)对应屏幕点阵的(0,0)，因此四个方向的中心点偏移都是不同的
到此，显示的第一步：设置显示区域完成
发送显示内容

设置好区域后，只需要往里边发送数据，就能在该区域内显示，每2byte数据对应一个像素点的颜色信息，数据是【从左到右，从上到下】地连续写入每个像素点，在显示区域自动换行，直到显示区域的最后一个像素点，若此时继续写入数据，则从显示区域的第一个像素点开始重新写入

[lcd.c]
/********************************************************************************
  * @brief  整屏刷单色
  * @param  color        颜色
  * @retval none
  *******************************************************************************/
void LCD_Single_Color(u16 color)
{
        u8 i,j;
        LCD_SetRegion(0,0,LCD_W,LCD_H);
        for (i = 0; i < LCD_W; i++)
            for (j = 0; j < LCD_H; j++)
                LCD_WR_Data16(color);
}
这是一个整屏刷单色的实现函数，其中LCD_W和LCD_H是之前出现的屏幕高宽宏定义
3、总结

除去SPI配置和LCD对应IO口配置外，本文给出了以下函数

void LCD_WR_Cmd(u8 Data);
void LCD_WR_Data8(u8 Data);
void LCD_WR_Data16(u16 Data);
void LCD_Config(void);
void LCD_SetRegion(u16 x0, u16 y0, u16 x1, u16 y1);
void LCD_Single_Color(u16 color);
后
调用函数LCD_Single_Color(YELLOW);即可以整屏刷颜色
这是对LCD屏幕的基础配置，对于不同尺寸的LCD屏幕配置大同小异，查看驱动芯片数据手册，屏幕出厂手册，了解了其中的各种细节，基本上不会有问题
对于这个1.3寸屏幕，本文只是进行配置以及简单的单色刷写，其价值并没有体现出来，下一篇将会讲解如何显示图片。