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STM32驱动ST7735S TFT液晶屏实战指南

天珊雪

1. 项目概述

HS180S10B是一款采用ST7735S驱动芯片的TFT液晶显示屏，分辨率为128RGB×160点阵。这款显示屏采用SPI-4线接口与微控制器通信，具有体积小巧（35mm×56mm×3.5mm）、功耗低等特点，非常适合嵌入式系统使用。我在多个STM32项目中都使用过这款显示屏，它的性价比很高，但驱动编写过程中也有一些需要注意的细节。

2. 硬件连接与初始化

2.1 引脚连接方案

HS180S10B与STM32的典型连接方式如下：

显示屏引脚	STM32引脚	功能说明
SCL	PA5	SPI时钟线
SDA	PA7	SPI数据线
RES	PB0	复位信号
DC	PB1	数据/命令选择
CS	PB10	片选信号
VCC	3.3V	电源正极
GND	GND	电源负极

注意：RES、DC和CS引脚可以根据实际需求连接到STM32的任何GPIO口，但建议选择同一组GPIO以简化代码。

2.2 SPI接口配置

ST7735S支持SPI模式0和模式3，我通常使用模式0，配置如下：

c复制void SPI_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    
    // 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
    
    // 配置SCK和MOSI引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置SPI
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
    
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

提示：SPI时钟频率不宜过高，我测试发现当STM32主频为72MHz时，SPI分频系数设为4（18MHz）工作稳定。如果出现显示异常，可以尝试降低SPI速度。

3. ST7735驱动程序设计

3.1 基本驱动函数

3.1.1 写命令和写数据函数

c复制void LCD_WriteCmd(uint8_t cmd) {
    LCD_DC_CMD();  // 设置为命令模式
    LCD_CS_LOW();  // 选中显示屏
    
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    SPI_I2S_SendData(SPI1, cmd);
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY) == SET);
    
    LCD_CS_HIGH(); // 取消选中
}

void LCD_WriteData(uint8_t data) {
    LCD_DC_DATA(); // 设置为数据模式
    LCD_CS_LOW();  // 选中显示屏
    
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY) == SET);
    
    LCD_CS_HIGH(); // 取消选中
}

3.1.2 初始化序列

ST7735的初始化需要按照特定顺序发送一系列命令和参数：

c复制void LCD_Init(void) {
    // 硬件复位
    LCD_RST_LOW();
    DelayMs(100);
    LCD_RST_HIGH();
    DelayMs(120);
    
    // 发送初始化命令序列
    LCD_WriteCmd(0x11); // Sleep out
    DelayMs(120);
    
    LCD_WriteCmd(0xB1); // 帧率控制
    LCD_WriteData(0x05);
    LCD_WriteData(0x3C);
    LCD_WriteData(0x3C);
    
    LCD_WriteCmd(0xB2); // 帧率控制
    LCD_WriteData(0x05);
    LCD_WriteData(0x3C);
    LCD_WriteData(0x3C);
    
    // ... 其他初始化命令
    LCD_WriteCmd(0x29); // 开启显示
}

注意：不同批次的ST7735芯片可能需要不同的初始化序列。如果遇到显示问题，建议查阅最新的数据手册或联系供应商获取正确的初始化代码。

3.2 显示控制函数

3.2.1 设置显示区域

c复制void LCD_SetWindow(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t x1, uint8_t y1) {
    LCD_WriteCmd(0x2A); // 列地址设置
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(x0 + 2);  // 这个偏移量因显示屏而异
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(x1 + 2);
    
    LCD_WriteCmd(0x2B); // 行地址设置
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(y0 + 1);  // 这个偏移量因显示屏而异
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(y1 + 1);
    
    LCD_WriteCmd(0x2C); // 准备写入GRAM
}

3.2.2 清屏函数

c复制void LCD_Clear(uint16_t color) {
    uint16_t i, j;
    uint8_t colorH = color >> 8;
    uint8_t colorL = color & 0xFF;
    
    LCD_SetWindow(0, 0, LCD_WIDTH-1, LCD_HEIGHT-1);
    
    for(i = 0; i < LCD_HEIGHT; i++) {
        for(j = 0; j < LCD_WIDTH; j++) {
            LCD_WriteData(colorH);
            LCD_WriteData(colorL);
        }
    }
}

提示：清屏操作比较耗时，在需要频繁刷新的应用中，可以考虑只刷新变化的部分。

4. 图形绘制函数实现

4.1 像素点绘制

c复制void LCD_DrawPixel(uint8_t x, uint8_t y, uint16_t color) {
    if(x >= LCD_WIDTH || y >= LCD_HEIGHT) return;
    
    LCD_SetWindow(x, y, x, y);
    LCD_WriteData(color >> 8);
    LCD_WriteData(color & 0xFF);
}

4.2 直线绘制算法

c复制void LCD_DrawLine(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t x1, uint8_t y1, uint16_t color) {
    int16_t dx = abs(x1 - x0);
    int16_t dy = abs(y1 - y0);
    int16_t sx = (x0 < x1) ? 1 : -1;
    int16_t sy = (y0 < y1) ? 1 : -1;
    int16_t err = dx - dy;
    int16_t e2;
    
    while(1) {
        LCD_DrawPixel(x0, y0, color);
        if(x0 == x1 && y0 == y1) break;
        e2 = 2 * err;
        if(e2 > -dy) {
            err -= dy;
            x0 += sx;
        }
        if(e2 < dx) {
            err += dx;
            y0 += sy;
        }
    }
}

4.3 矩形和圆形绘制

c复制void LCD_DrawRect(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t width, uint8_t height, uint16_t color) {
    LCD_DrawLine(x0, y0, x0 + width, y0, color);
    LCD_DrawLine(x0, y0 + height, x0 + width, y0 + height, color);
    LCD_DrawLine(x0, y0, x0, y0 + height, color);
    LCD_DrawLine(x0 + width, y0, x0 + width, y0 + height, color);
}

void LCD_DrawCircle(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t r, uint16_t color) {
    int16_t f = 1 - r;
    int16_t ddF_x = 1;
    int16_t ddF_y = -2 * r;
    int16_t x = 0;
    int16_t y = r;
    
    LCD_DrawPixel(x0, y0 + r, color);
    LCD_DrawPixel(x0, y0 - r, color);
    LCD_DrawPixel(x0 + r, y0, color);
    LCD_DrawPixel(x0 - r, y0, color);
    
    while(x < y) {
        if(f >= 0) {
            y--;
            ddF_y += 2;
            f += ddF_y;
        }
        x++;
        ddF_x += 2;
        f += ddF_x;
        
        LCD_DrawPixel(x0 + x, y0 + y, color);
        LCD_DrawPixel(x0 - x, y0 + y, color);
        LCD_DrawPixel(x0 + x, y0 - y, color);
        LCD_DrawPixel(x0 - x, y0 - y, color);
        LCD_DrawPixel(x0 + y, y0 + x, color);
        LCD_DrawPixel(x0 - y, y0 + x, color);
        LCD_DrawPixel(x0 + y, y0 - x, color);
        LCD_DrawPixel(x0 - y, y0 - x, color);
    }
}

5. 显示优化技巧

5.1 双缓冲技术

对于需要频繁刷新的应用，可以使用双缓冲技术减少闪烁：

c复制uint16_t frameBuffer[LCD_HEIGHT][LCD_WIDTH];

void LCD_UpdateScreen(void) {
    uint16_t i, j;
    LCD_SetWindow(0, 0, LCD_WIDTH-1, LCD_HEIGHT-1);
    
    for(i = 0; i < LCD_HEIGHT; i++) {
        for(j = 0; j < LCD_WIDTH; j++) {
            LCD_WriteData(frameBuffer[i][j] >> 8);
            LCD_WriteData(frameBuffer[i][j] & 0xFF);
        }
    }
}

5.2 局部刷新

只刷新屏幕上发生变化的��分可以显著提高性能：

c复制typedef struct {
    uint8_t x0;
    uint8_t y0;
    uint8_t x1;
    uint8_t y1;
    bool dirty;
} DirtyRegion;

DirtyRegion dirtyRegion = {0};

void LCD_MarkDirty(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t x1, uint8_t y1) {
    if(!dirtyRegion.dirty) {
        dirtyRegion.x0 = x0;
        dirtyRegion.y0 = y0;
        dirtyRegion.x1 = x1;
        dirtyRegion.y1 = y1;
        dirtyRegion.dirty = true;
    } else {
        dirtyRegion.x0 = MIN(dirtyRegion.x0, x0);
        dirtyRegion.y0 = MIN(dirtyRegion.y0, y0);
        dirtyRegion.x1 = MAX(dirtyRegion.x1, x1);
        dirtyRegion.y1 = MAX(dirtyRegion.y1, y1);
    }
}

void LCD_RefreshDirty(void) {
    if(!dirtyRegion.dirty) return;
    
    uint16_t i, j;
    LCD_SetWindow(dirtyRegion.x0, dirtyRegion.y0, dirtyRegion.x1, dirtyRegion.y1);
    
    for(i = dirtyRegion.y0; i <= dirtyRegion.y1; i++) {
        for(j = dirtyRegion.x0; j <= dirtyRegion.x1; j++) {
            LCD_WriteData(frameBuffer[i][j] >> 8);
            LCD_WriteData(frameBuffer[i][j] & 0xFF);
        }
    }
    
    dirtyRegion.dirty = false;
}

6. 常见问题与解决方案

6.1 显示颜色不正确

现象：显示的颜色与预期不符，例如红色显示为蓝色。

可能原因：

RGB顺序配置错误
颜色格式不正确（565 vs 555）

解决方案：
检查并修改颜色格式设置命令：

c复制// 正确的颜色格式设置
LCD_WriteCmd(0x3A); // 接口像素格式
LCD_WriteData(0x05); // 16位RGB565格式

6.2 屏幕闪烁或显示不稳定

现象：屏幕闪烁、显示内容不稳定或部分区域显示异常。