STM32學習筆記8：LCD的顯示

ID:85109 · 發表于 2015-7-9 00:39

1. LCD/LCM的基本概念

液晶顯示器(Liquid Crystal Display:LCD)的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。

LCM(LCD Module)即LCD顯示模組、液晶模塊，是指將液晶顯示器件，連接件，控制與驅動等外圍電路，PCB電路板，背光源，結構件等裝配在一起的組件。

在平時的學習開發中，我們一般使用的是LCM，帶有驅動IC和LCD屏幕等多個模塊。

2. FSMC的基本概念

在STM32上開發LCD顯示，可以有兩種方式來對LCD進行操作，一種是通過普通的IO口，連接LCM的相應引腳來進行操作，第2種是通過FSMC來進行操作。

可變靜態存儲控制器(Flexible Static Memory Controller: FSMC)是STM32系列中內部集成256 KB以上FlaSh，后綴為xC、xD和xE的高存儲密度微控制器特有的存儲控制機制。之所以稱為“可變”，是由于通過對特殊功能寄存器的設置，FSMC能夠根據不同的外部存儲器類型，發出相應的數據/地址/控制信號類型以匹配信號的速度，從而使得STM32系列微控制器不僅能夠應用各種不同類型、不同速度的外部靜態存儲器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時擴展多種不同類型的靜態存儲器，滿足系統設計對存儲容量、產品體積以及成本的綜合要求。

FSMC有很多優點：

1. 支持多種靜態存儲器類型。STM32通過FSMC可以與SRAM、ROM、PSRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲器的引腳直接相連。

2. 支持豐富的存儲操作方法。FSMC不僅支持多種數據寬度的異步讀/寫操作，而且支持對NOR、PSRAM、NAND存儲器的同步突發訪問方式。

3. 支持同時擴展多種存儲器。FSMC的映射地址空間中，不同的BANK是獨立的，可用于擴展不同類型的存儲器。當系統中擴展和使用多個外部存儲器時，FSMC會通過總線懸空延遲時間參數的設置，防止各存儲器對總線的訪問沖突。

4. 支持更為廣泛的存儲器型號。通過對FSMC的時間參數設置，擴大了系統中可用存儲器的速度范圍，為用戶提供了靈活的存儲芯片選擇空間。

5. 支持代碼從FSMC擴展的外部存儲器中直接運行，而不需要首先調入內部SRAM。

FSMC包含兩類控制器：

1. 1個NOR閃存/SRAM控制器，可以與NOR閃存、SRAM和PSRAM存儲器接口。

2. 1個NAND閃存/PC卡控制器，可以與NAND閃存、PC卡，CF卡和CF+存儲器接口。

控制器產生所有驅動這些存儲器的信號時序：

1. 16位數據線，用于連接8位或16位的存儲器；

2. 26位地址線，最多可連續64MB的存儲器（這里不包括片選線）；

3. 5位獨立的片選信號線；

4. 1組適合不同類型存儲器的控制信號線：

- 控制讀/寫操作

- 與存儲器通信，提供就緒/繁忙信號和中斷信號

- 與所用配置的PC卡接口：PC存儲卡、PC I/O卡和真正的IDE接口

從FSMC的角度看，可以把外部存儲器劃分為固定大小為256MB的4個存儲塊

· 存儲塊1用于訪問最多4個NOR閃存或者PSRAM存儲設備。這個存儲區被劃分為4個NOR/PSRAM區，并有4個專用的片選。

· 存儲塊2和3用于訪問NAND閃存設備，每個存儲塊連接一個NAND閃存。

· 存儲塊4用于訪問PC卡設備

每一個存儲塊上的存儲器類型是由用戶在配置寄存器中定義的。

注意：FSMC只是提供了一個控制器，并不提供相應的存儲設備，至于外設接的是什么設備，完全是由用戶自己選擇，只要能用于FSMC控制，就可以，像本次實驗中，我們接的就是LCM。

3. 本例中FSMC的使用

由于本例只是利用FSMC對LCM進行操作，因此不用完全懂得FSMC的所有功能，而是懂得一部分相應的操作即可。

1. FSMC包括哪幾個部分

FSMC包含以下4個模塊：

· AHB接口（包含FSMC配置寄存器）

· NOR閃存和PSRAM控制器

· NAND閃存和PC卡控制器

· 外部設備接口

需要注意的是，FSMC可以請求AHB進行數據寬度操作。如果AHB操作的數據寬度大于外部設備(NOR或NAND或LCD)的寬度，此時FSMC將AHB操作分割成幾個連續的較小的數據寬度，以適應外部設備的數據寬度。

2. FSMC對外部設備的地址映像

FSMC對外部設備的地址映像從0x6000 0000開始，到0x9FFF FFFF結束，一共4個地址塊，每個地址塊256MB，而每個地址塊又分成4個分地址塊，大小為64MB。對于NOR的地址映像來說，我們可以通過選擇HADDR[27:26] 來確定當前使用的是哪個64M的分地址塊。而這四個分存儲塊的片選，則使用NE[4:1]來選擇。數據線/地址線/控制線是共享的。

這里的HADDR 是需要轉換到外部設備的內部AHB地址線，每個地址對應一個字節單元。因此，若外部設備的地址寬度是8位的，則HADDR[25:0]與STM32的CPU引腳FSMC_A[25:0]一一對應，最大可以訪問64M字節的空間。若外部設備的地址寬度是16位的，則是HADDR[25:1]與STM32的CPU引腳FSMC_A[24:0]一一對應。在應用的時候，可以將FSMC_A總線連接到存儲器或其他外設的地址總線引腳上。

4. ILI9325

由于我們使用的是奮斗STM32 V3開發板，其內部自帶的是一個LCM，產品的編號是：QD024CPS25-36AV0，其中的詳細規格參數可以參考QD024CPS25-36AV0規格書中的記載。而LCM中的驅動IC就是采用的ILI9325。

ILI9325的功能很多，在此無法一一說明，但是參考ILI9325的Datasheet我們發現有幾個引腳還是非常重要的，而只要操作好了這幾個引腳，基本上就可以實現簡單的對LCM的控制了。

nCS: IC的片選信號。如果是低電平，則ILI9325是被選中，并且可以進行操作，如果是高電平，這不被選中。

RS: 寄存器選擇信號。如果是低電平，則選擇的是索引或者狀態寄存器，如果是高電平，則選擇控制寄存器。

nWR/SCL: 寫使能信號，低電平有效。

nRD: 讀使能信號，低電平有效。

以上內容是從ILI9325的Datasheet里面找到的，但是根據我的實際操作發現，似乎高電平也是有效的。而且，不管是高電平還是低電平，都可以成功驅動LCD，如果有了解情況的可以討論一下。

ILI9325的寄存器非常多，詳細的各個寄存器的功能請參考ILI9325的Datasheet。在對ILI9325進行操作時，應該先寫地址，然后再寫數據，設置好各個寄存器之后，ILI9325就可以開始工作了。

5. 電路設計

1. 信號線的連接

STM32F10x FSMC有4個不同的banks，每一個64MB，可支持NOR以及其他類似的存儲器。這些外部設備的地址線、數據線和控制線是共享的。每個設備的訪問時通過片選信號來決定的，而每次只能訪問一個設備。我們的LCM就是連接在NOR的bank上面。
FSMC_D[15:0]：16bit的數據總線，連接ILI9325的數據線；
FSMC_NEx：分配給NOR的256MB的地址空間還可以分為4個banks，每一個區用來分配一個外設，這4個外設分別就是NE1-NE4；
FSMC_NOE：輸出使能，連接ILI9325的nRD引腳；
FSMC_NWE：寫使能，連接ILI9325的nWR引腳；
FSMC_Ax：用在LCD顯示RAM和寄存器之間進行選擇的地址線，這個和ILI9325的RS引腳相連。該線可用任意一根地址線，范圍是FSMC_A[25:0]。當RS=0時，表示讀寫寄存器，RS=1時，表示讀寫數據RAM。

其實關于RS的表述也并不完全準確，應該這么理解，RS=0的時候，向這個地址寫的數表示了選擇什么寄存器進行操作，然而要對寄存器進行什么操作，則要看當RS=1時，送入的數據了。

關于地址的計算，如果我們選擇NOR的第一個存儲區，并且使用FSMC_A16來控制ILI9325的RS引腳，則如果要訪問寄存器地址(RS=0)，那么地址是0x6000 0000(起始地址)，如果要訪問數據區(RS=1)，那么基地址應該是0x6002 0000。
有人會問，為什么不是0x6001 0000呢？因為FSMC_A16=1。因為在前文中已經說過，若外部設備的地址寬度是16位的，則是HADDR[25:1]與STM32的CPU引腳FSMC_A[24:0]一一對應。也就是說，內部產生的地址應該要左移一位，FSMC_A16=1，代表著第17位為1，而不是第16位為1。如果外部設備的地址寬度是8位的話，則不會出現這個問題。
再舉一個例子，如果選擇NOR的第4個存儲區，使用FSMC_A0來控制RS引腳，則訪問數據區的地址為0x6000 0002，訪問LCD寄存器的地址為：0x6000 0000。

2. 時序問題

一般使用模式2來做LCD的接口控制，不使用外擴模式。并且讀寫操作的時序一樣。此種情況下，我們需要使用3個參數：ADDSET、DATAST、ADDHOLD。時序的計算需要根據NOR閃存存儲器的特性和STM32F10x的時鐘HCLK來計算這些參數。
寫或讀訪問時序是存儲器片選信號的下降沿與上升沿之間的時間，這個時間可以由FSMC時序參數的函數計算得到：

寫/讀訪問時間= ((ADDSET + 1) + (DATAST + 1))× HCLK

在寫操作中，DATAST用于衡量寫信號的下降沿與上升沿之間的時間參數：

寫使能信號從低變高的時間 = t WP = DATAST× HCLK

為了得到正確的FSMC時序配置，下列時序應予以考慮：
最大的讀/寫訪問時間、不同的FSMC內部延遲、不同的存儲器內部延遲
因此得到：

((ADDSET + 1) + (DATAST + 1)) × HCLK = max (t WC ,t RC )

DATAST × HCLK = tWP

DATAST必須滿足：

DATAST = (tAVQV+ tsu(Data_NE) + tv(A_NE) )/HCLK –ADDSET – 4

由于我沒有找到ILI9325的這些時序的參數，所以就參考了一些以前別人寫的程序里面的時序配置：

當 HCLK 的頻率是 72MHZ，使用模式B，則有如下時序：

地址建立時間：0x1

地址保持時間：0x0

數據建立時間：0x5

6. 程序編寫步驟

對于程序的編寫，一般步驟是：

1. 初始化RCC；

2. 初始化GPIO；

3. 初始化FSMC；

4. 初始化LCD；

5. 往GRAM里面寫入顯示數據。

其中RCC、GPIO、FSMC的初始化函數在STM32的固件庫中已經有相應的函數，在此就不一一贅述了，如果有不懂的，可以參考以前我寫的學習筆記。FSMC的初始化參數很多，而且基本上可以通用，因此在此也不對每一個參數具體有什么用進行解釋了，一般來說，用通用參數就足夠普通的開發了。

而對LCD的初始化，則需要自己編寫相應的代碼。基本原則是，首先向寄存器地址寫入需要操作的寄存器地址（代碼），然后再根據Datasheet，向數據區地址寫入相應的數據，以實現某些操作。具體的操作在ILI9325的Datasheet 第8節RegisterDescriptions中，有詳細的解釋。而LCD的初始化只要按照Datasheet里面的，把每一個寄存器都給配置好了，就沒有問題了。而這些寄存器的配置，大部分都是通用的，只是有一些屏幕方向選擇，坐標系等會略有差別。

LCD配置好之后，就可以往GRAM里面寫入圖像數據了，在這里推薦一個軟件“Image2LCD”，這個軟件能讀取圖像，然后生成C代碼的數據，只要將這些生成的代碼直接寫入GRAM中，就可以顯示出圖像了。不過要記住，在圖像轉換的時候，輸出數據類型選擇“C語言數組”，掃描模式選擇“水平掃描”，輸出灰度“16位真彩色”，最大寬度和高度“320”“240”勾選“高位在前(MSB First)”。這些配置都是和ILI9325的寄存器配置相對應的，如果說ILI9325的配置和本文中的不一樣，則需要相應的選擇其他的選項。

7. 程序源代碼

main.c文件中的代碼：

#include "stm32f10x_lib.h"
#include "stm32f10x_lcd.h"
extern unsigned char LCD_Image_BIT[];
extern unsigned char LCD_Image_HIT[];
void RCC_cfg();
void FSMC_cfg();
void LCD_cfg();
void GPIO_cfg();
void LCD_Show(unsigned char * LCD_Image);
int main()
{
RCC_cfg();
GPIO_cfg();
FSMC_cfg();
LCD_cfg();
while(1)
{
LCD_Show(LCD_Image_HIT);
Delay(100000000);
LCD_Show(LCD_Image_BIT);
Delay(100000000);
}
}
//RCC時鐘配置
void RCC_cfg()
{
//定義錯誤狀態變量
ErrorStatus HSEStartUpStatus;
//將RCC寄存器重新設置為默認值
RCC_DeInit();
//打開外部高速時鐘晶振
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
//等待外部高速時鐘晶振工作
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
//設置AHB時鐘(HCLK)為系統時鐘
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
//設置高速AHB時鐘(APB2)為HCLK時鐘
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
//設置低速AHB時鐘(APB1)為HCLK的2分頻
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//設置FLASH代碼延時
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//使能預取指緩存
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
//設置PLL時鐘，為HSE的9倍頻 8MHz * 9 = 72MHz
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
//使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
//等待PLL準備就緒
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
//設置PLL為系統時鐘源
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
//判斷PLL是否是系統時鐘
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}
//打開GPIO時鐘，復用功能
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
//打開FSMC時鐘
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE);
}
//FSMC配置
void FSMC_cfg()
{
FSMC_NORSRAMInitTypeDef FSMC_NORSRAMInitStructure;
FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef p;
//設置地址建立時間
p.FSMC_AddressSetupTime = 0x02;
//設置地址保持時間
p.FSMC_AddressHoldTime = 0x00;
//設置數據建立時間
p.FSMC_DataSetupTime = 0x05;
//總線返轉時間
p.FSMC_BusTurnAroundDuration = 0x00;
//時鐘分頻
p.FSMC_CLKDivision = 0x00;
//數據保持時間
p.FSMC_DataLatency = 0x00;
//設置FSMC訪問模式
p.FSMC_AccessMode = FSMC_AccessMode_B;
//選擇設置的BANK以及片選信號(BANK1中的第一個block)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_Bank = FSMC_Bank1_NORSRAM1;
//設置是否數據地址總線時分復用(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_DataAddressMux = FSMC_DataAddressMux_Disable;
//設置存儲器類型(NOR)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryType = FSMC_MemoryType_NOR;
//設置數據寬度(16bit)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_16b;
//設置是否使用迸發訪問模式（連續讀寫模式）(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_BurstAccessMode = FSMC_BurstAccessMode_Disable;
//設置WAIT信號的有效電平(低電平有效)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalPolarity = FSMC_WaitSignalPolarity_Low;
//設置是否使用還回模式(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WrapMode = FSMC_WrapMode_Disable;
//設置WAIT信號有效時機(在wait狀態之前)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalActive = FSMC_WaitSignalActive_BeforeWaitState;
//設置是否使能寫操作(Yes)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteOperation = FSMC_WriteOperation_Enable;
//設置是否使用WAIT信號(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignal = FSMC_WaitSignal_Disable;
//設置是否使用擴展模式（讀寫時序相互獨立）(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ExtendedMode = FSMC_ExtendedMode_Disable;
//設置是否使用異步等待信號(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_AsyncWait = FSMC_AsyncWait_Disable;
//設置是否使用迸發寫模式(No)
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteBurst = FSMC_WriteBurst_Disable;
//設定讀寫時序
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ReadWriteTimingStruct = &p;
//設定寫時序
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteTimingStruct = &p;
FSMC_NORSRAMInit(&FSMC_NORSRAMInitStructure);
//使能Bank1中的block1
FSMC_NORSRAMCmd(FSMC_Bank1_NORSRAM1, ENABLE);
}
//GPIO配置
void GPIO_cfg()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//背光控制
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
//LCD復位
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
//打開FSMC的數據端口D[15:0]
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 |
GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 |
GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 |
GPIO_Pin_15;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
//打開FSMC功能端口，PD.4=RD(nOE)；PD.5=WR(nWE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
//打開NE1設置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
//打開RS設置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 ;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
//NE1=1
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);
//LCD_RESET=0
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_1);
//LCD_RD=1(nOE)
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_4);
//LCD_WR=1(nWE)
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_5);
//背光LIGHT=1
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_13);
}
//LCD初始化
void LCD_cfg()
{
//復位LCD
LCD_rst();
//LCD初始化
LCD_Init();
}
//LCD顯示圖片
//根據LCD_Init里面的配置，LCD的原點在左下角，終點在右上角；先縱向增長，再橫向增長
void LCD_Show(unsigned char * LCD_Image)
{
u32 n = 0;
u16 temp = 0;
//設置進入模式
//AM=1：地址在水平寫入方向上更新
//I/D[1:0]=01：水平方向遞增，垂直方向遞減
//BGR=1：RGB數據轉換為BGR數據
//TRI=0;DFM=0;
//詳細信息參考ILI9325 8.2.5 Entry Mode
LCD_WR_CMD(0x0003, 0x1018);
//GRAM的水平地址
//8.2.18 GRAM Horizontal/Vertical Address Set
LCD_WR_CMD(0x0020, 0x0000);
//GRAM的垂直地址
LCD_WR_CMD(0x0021, 0x013F);
//水平方向開始地址
LCD_WR_CMD(0x0050, 0x0000);
//水平方向結束地址(0-239)
LCD_WR_CMD(0x0051, 0x00EF);
//垂直方向開始地址
LCD_WR_CMD(0x0052, 0x0000);
//垂直方向結束地址(0-319)
LCD_WR_CMD(0x0053, 0x013F);
//寫數據地址
//因為是16bits一起寫入，而圖像數據數組中是每個數據8bits，
//所以是2個8bits的數據合并成一個16bits的數據，再寫入GRAM
LCD_WR_ADD(0x0022);
while(n<153600)
{
temp = (u16)(LCD_Image[n]<<8) + LCD_Image[n+1];
LCD_WR_DATA(temp);
n += 2;
}
}