STM32学习笔记---TFT-LCD

一、常见显示器介绍

1、显示器分类

~~~~~~~ 显示器属于计算机的 I/O 设备，即输入输出设备。它是一种将特定电子信息输出到屏幕上再反射到人眼的显示工具

常见显示器有三类：

CRT显示器
LCD液晶显示器
LED点阵显示器

1.1、CRT显示器

~~~~~~~ CRT显示器：CRT显示器是靠电子束激发屏幕内表面的荧光粉来显示图像的，由于荧光粉被点亮后很快会熄灭，所以电子枪必须循环地不断激发这些点。

1.2、LCD液晶显示器

~~~~~~~       LCD显示器：液晶显示器，简称 LCD(Liquid Crystal Display)，相对于上一代 CRT显示器，LCD 显示器具有功耗低、体积小、承载的信息量大及不伤眼的优点，因而它成为了现在的主流电子显示设备，其中包括电视、电脑显示器、手机屏幕及各种嵌入式设备的显示器。

液晶显示器的显示结构：
~~~~~~~       液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，但是它的分子排列却和固体晶体一样非常规则，因此取名液晶。如果给液晶施加电场，会改变它的分子排列，从而改变光线的传播方向，配合偏振光片，它就具有控制光线透过率的作用，再配合彩色滤光片，改变加给液晶电压大小，就能改变某一颜色透光量的多少
~~~~~~~       利用这种原理，做出可控红、绿、蓝光输出强度的显示结构，把三种显示结构组成一个显示单位，通过控制红绿蓝的强度，可以使该单位混合输出不同的色彩，这样的一个显示单位被称为像素。

注意: 液晶本身是不发光的，所以需要有一个背光灯提供光源

1.3、LED点阵显示器

~~~~~~~ LED点阵彩色显示器的单个像素点内包含红绿蓝三色LED灯，通过控制红绿蓝颜色的强度进行混色，实现全彩颜色输出，多个像素点构成一个屏幕。由于每个像素点都是LED灯自发光的，所以在户外白天也显示得非常清晰，但由于LED灯体积较大，导致屏幕的像素密度低，所以它一般只适合用于广场上的巨型显示器。相对来说，单色的LED点阵显示器应用得更广泛，如公交车上的信息展示牌、店广告牌等。

1.4、OLED显示器：

~~~~~~~ 新一代的OLED显示器与LED点阵彩色显示器的原理类似，但由于它采用的像素单元是“有机发光二极管”(Organic Light Emitting Diode)，所以像素密度比普通LED点阵显示器高得多
OLED显示器不需要背光源、对比度高、轻薄、视角广及响应速度快等优点。待到生产工艺更加成熟时，必将取代现在液晶显示器的地位。

2、显示器的基本参数

像素
像素是组成图像的最基本单元要素，显示器的像素指它成像最小的点，即前面讲解液晶原理中提到的一个显示单元。
分辨率
一些嵌入式设备的显示器常常以“行像素值x列像素值”表示屏幕的分辨率。如分辨率800x480表示该显示器的每一行有800个像素点，每一列有480个像素点，也可理解为有800列，480行。
色彩深度
色彩深度指显示器的每个像素点能表示多少种颜色，一般用“位”(bit)来表示。如单色屏的每个像素点能表示亮或灭两种状态(即实际上能显示2种颜色)，用1个数据位就可以表示像素点的所有状态，所以它的色彩深度为1bit，其它常见的显示屏色深为16bit、24bit。
显示器尺寸
显示器的大小一般以英寸表示，如5英寸、21英寸、24英寸等，这个长度是指屏幕对角线的长度，通过显示器的对角线长度及长宽比可确定显示器的实际长宽尺寸
显存
液晶屏中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 或 SDRAM 性质的存储器，而这些专门用于存储显示数据的存储器，则被称为显存。显存一般至少要能存储液晶屏的一帧显示数据

如分辨率为 800x480 的液晶屏使用 RGB888 格式显示，它的一帧显示数据大小为：3x800x480=1152000 字节；若使用 RGB565 格式显示，一帧显示数据大小为：2x800x480=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

3、TFT-LCD控制框图

~~~~~~~ STM32F429 系列的芯片不需要额外的液晶控制器，也就是说它把专用液晶控制器的功能集成到STM32F429 芯片内部了，可以理解为电脑的 CPU集成显卡。而 STM32F407 系列的芯片由于没有集成液晶控制器到芯片内部，所以它只能驱动自带控制器的屏幕，可以理解为电脑的外置显卡。

二、TFT-LCD控制原理

1、TFT-LCD结构

完整的显示屏由液晶显示面板、电容触摸面板以及 PCB底板构成

液晶显示面板
用于显示图像，文字的彩色显示设备
触摸面板
触摸面板带有触摸控制芯片，该芯片处理触摸信号并通过引出的信号线与外部器件通讯，触摸面板中间是透明的，它贴在液晶面板上面，一起构成屏幕的主体
PCB底板
PCB 底板上可能会带有“液晶控制器芯片”因为控制液晶面板需要比较多的资源，所以大部分低级微控制器都不能直接控制液晶面板，需要额外配套一个专用液晶控制器来处理显示过程，外部微控制器只要把它希望显示的数据直接交给液晶控制器即可。而不带液晶控制器的 PCB底板，只有小部分的电源管理电路，液晶面板的信号线与外部微控制器相连，直接控制。

2、两种常见的TFT-LCD屏

3、TFT-LCD控制框图

~~~~~~~ STM32F429 系列的芯片不需要额外的液晶控制器，也就是说它把专用液晶控制器的功能集成到 STM32F429 芯片内部了，可以理解为电脑的 CPU集成显卡。而 STM32F407 系列的芯片由于没有集成液晶控制器到芯片内部，所以它只能驱动自带控制器的屏幕，可以理解为电脑的外置显卡。

4、RGB-LCD控制原理

液晶面板的控制信号线(不带液晶控制器)：

5、RGB-LCD控制原理

RGB信号线
~~~~~~~       RGB信号线各有8根，分别用于表示液晶屏一个像素点的红、绿、蓝颜色分量。使用红绿蓝颜色分量来表示颜色是一种通用的做法，打开Windows系统自带的画板调色工具，可看到颜色的红绿蓝分量值，常见的颜色表示会在“RGB”后面附带各个颜色分量值的数据位数
~~~~~~~       如RGB565表示红绿蓝的数据线数分别为5、6、5根，一共为16个数据位，可表示216种颜色；
~~~~~~~       如果液晶屏的种颜色分量的数据线有8根，那它表示RGB888格式，一共24位数据线，可表示的颜色为224种。
同步时钟信号CLK
液晶屏与外部使用同步通讯方式，以CLK信号作为同步时钟，在同步时钟的驱动下，每个时钟传输一个像素点数据。
水平同步信号HSYNC
水平同步信号HSYNC(Horizontal Sync)用于表示液晶屏一行像素数据的传输结束，每传输完成液晶屏的一行像素数据时，HSYNC会发生电平跳变，如分辨率为800x480的显示屏(800列，480行)，传输一帧的图像HSYNC的电平会跳变480次。
垂直同步信号VSYNC
垂直同步信号VSYNC(Vertical Sync)用于表示液晶屏一帧像素数据的传输结束，每传输完成一帧像素数据时，VSYNC会发生电平跳变。其中“帧”是图像的单位，一幅图像称为一帧，在液晶屏中，一帧指一个完整屏液晶像素点。人们常常用“帧/秒”来表示液晶屏的刷新特性，即液晶屏每秒可以显示多少帧图像，如液晶屏以60帧/秒的速率运行时，VSYNC每秒钟电平会跳变60次。
数据使能信号DE
数据使能信号DE(Data Enable)用于表示数据的有效性，当DE信号线为高电平时，RGB信号线表示的数据有效。
LCD数据传输时序
LCD数据传输时序

注：液晶屏显示的图像可看作一个矩形，液晶屏有一个显示指针，它指向将要显示的像素。显示指针的扫描方向方向从左到右、从上到下，一个像素点一个像素点地描绘图形。这些像素点的数据通过RGB数据线传输至液晶屏，它们在同步时钟CLK的驱动下一个一个地传输到液晶屏中，交给显示指针，传输完成一行时，水平同步信号HSYNC电平跳变一次，而传输完一帧时VSYNC电平跳变一次。
LCD数据传输时序参数
液晶显示指针在行与行之间，帧与帧之间切换时需要延时，而且HSYNC及VSYNC信号本身也有宽度，这些时间参数说明见下表：

三、SSD1963液晶控制器

1、液晶控制器SSD1963

1.1、液晶控制器

~~~~~~~ 液晶驱动芯片或LCD驱动器，其内部有着较大的缓存空间可以存储文字、图像等数据，并能够将这些信息送入液晶模块进行显示，由于专用的芯片，因此速度往往比较快。
~~~~~~~ LCD驱动芯片的主要功能就是对主机发送过来的数据/命令，进行变换，变成每个像素的RGB数据，使之在屏幕上显示出来。常见的液晶驱动芯片有ILI932、ILI9328、SSD1963、HX8347、ILI9341、NT5510等

1.2、SSD1963特性

内部包含1215KB frame buffer
支持分辨率为864*480的显示屏
支持像素位深为24bpp的显示模式（RGB888）

1.3、SSD1963内部框图

注：液晶屏内部包含SSD1963控制器，该控制器使用 8080 接口与单片机通讯

2、STM32与LCD的电气连接

2.1、8080时序-写数据/命令

注：STM32通过8080接口与SSD1963 芯片进行通讯，实现对液晶屏的控制。通讯的内容主要包括命令和显存数据，显存数据即各个像素点的 RGB565 内容；命令是指对 SSD1963的控制指令，MCU 可通过8080接口发送命令编码控制 SSD1963的工作方式，例如复位指令、设置光标指令、睡眠。

用GPIO管脚模拟8080时序

void LCD_WR_Byte(uint8_t dat,  uint8_t cmd)
{LCD_Data_Out(dat);        //放入数据   if(cmd)         LCD_DC_Set();         //传命令     else            LCD_DC_Clr();            //传数据LCD_CS_Clr();      //拉低片选LCD_WR_Clr();           //写使能LCD_WR_Set();    //WR产生上升沿，数据锁存      LCD_CS_Set();           //取消片选  LCD_DC_Set();          //复位DC信号线
}

2.2、FMSC-模拟8080时序

Tpwcsl = ADDSET + DATAST +1 > 30 ~~~~     建议适当取大一点点
TCS = ADDSET > 2 ns ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                              ADDSET = 1
TPWLW = DATAST +1 > 12ns ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                    DATAST = 3

~~~~~~~       对于FSMC和8080接口，前四种信号线都是完全一样的，仅仅是FSMC的地址信号线A[25:0]与8080的数据/命令选择线D/C#有区别。
~~~~~~~       为了模拟出8080时序，我们可以把FSMC的A0地址线与SSD1963芯片8080接口的D/C#信号线连接，那么当A0为高电平时(即D/C#为高电平)，数据线D[15:0]的信号会被SSD1963理解为数值，若A0为低电平时(即D/C#为低电平)，传输的信号则会被理解为命令。

2.3、如何控制A0（即控制DC线）

注：LCD控制器的片选连入到FSMC的NE4管脚。所以当发出0x6C00 0000-0x6FFF FFFF之间的地址时NE4输出低电平，选中LCD控制器

2.4、如何控制A0（即控制DC线）

~~~~~~~ 在实际控制时，以上地址计算方式还不完整，根据《STM32 参考手册》对 FSMC 访问NOR FLASH 的说明STM32 内部访问地址时使用的是内部 HADDR 总线， HADDR[25:0] 包含外部存储器地址。由于 HADDR 为字节地址，而存储器按字寻址，所以根据存储器数据宽度不同，实际向存储器发送的地址也将有所不同，如下表所示。

注：实际控制A0时：
把前面的地址<<1就可以了
0x6C000000 低电平表示命令
0x6C000002 高电平表示数据

四、LCD测试程序讲解

1、CubeMx配置

1.1、时钟配置

1.2、FSMC管脚配置

2、代码详解

2.1、LCD驱动文件

以地址区分数据还是指令

2.2、初始化函数

2.3、清屏函数

2.4、填充函数

其余画矩形画圆都可以查看LCD.c文件。

3、LCD显示图片和中英文字符

3.1、将图片转换成图片数据

使用软件Image2Lcd软件

点击保存生成，注意图片c文件名称，后面要用

将其放到项目文件inc

3.2、调用图片显示函数

在main函数中包含testimage.h

调用图片显示函数

下载到控制板查看效果

3.3、LCD显示中英文

~~~~~~~ 与显示图片类似，我们只需要把显示字体的每个像素的颜色数据依次写入LCD的frame buffer中即可。因此我们首先可以获取字体字幕的像素数据

字符编码：
由于计算机只能识别0和1，文字也只能以0和1的形式在计算机里存储，所以我们需要对文字进行编码才能让计算机处理，编码的过程就是规定特定的01数字串来表示特定的文字，最简单的字符编码例子是ASCII码。
ASCII码：
标准ASCII 码也叫基础ASCII码，使用7 位二进制数（剩下的1位二进制为0）来表示所有的大写和小写字母，数字0 到9、标点符号，以及在美式英语中使用的特殊控制字符。
GB2312标准：
我国首先定义的是GB2312标准。它把ASCII码表127号之后的扩展字符集直接取消掉，并规定小于127的编码按原来ASCII标准解释字符。当2个大于127的字符连在一起时，就表示1个汉字，第1个字节使用 (0xA1-0xFE) 编码，第2个字节使用(0xA1-0xFE)编码，这样的编码组合起来可以表示了7000多个符号，其中包含6763个汉字。

其他中文编码：

BIG5编码：台湾地区繁体中文标准字符集，采用双字节编码，共收录13053个中文字，1984年实施。
GBK编码：1995年12月发布的汉字编码国家标准，是对GB2312编码的扩充，对汉字采用双字节编码。GBK字符集共收录21003个汉字，包含国家标准GB13000-1中的全部中日韩汉字，和BIG5编码中的所有汉字。
GB18030编码：2000年3月17日发布的汉字编码国家标准，是对GBK编码的扩充，覆盖中文、日文、朝鲜语和中国少数民族文字，其中收录27484个汉字。GB18030字符集采用单字节、双字节和四字节三种方式对字符编码。兼容GBK和GB2312字符集。
Unicode编码：国际标准字符集，它将世界各种语言的每个字符定义一个唯一的编码，以满足跨语言、跨平台的文本信息转换。

3.4、字模

~~~~~~~ 仅有字符编码，计算机还不知道该如何表达该字符，因为字符实际上是一个个独特的图形，计算机必须把字符编码转化成对应的字符图形人类才能正常识别，因此我们要给计算机提供字符的图形数据，这些数据就是字模。如下图所示（size = 16*16）
字模的数据表示
~~~~~~~ 已知字模是图形数据，而图形在计算机中是由一个个像素点组成的，所以字模实质是一个个像素点数据。为方便处理，我们把字模定义成方块形的像素点阵，且每个像素点只有 0和 1这两种状态.。我们用1个数据位记录一个像素点的状态，把有笔迹的点以“1”表示，无笔迹像素点以“0”表示即可。这样一个汉字图形，使用 16x16/8=32 个字节来就可以记录下来。

取字幕软件-PCtoLCD2002

3.5、显示字符函数