基于STM32的FSMC接口驅(qū)動(dòng)TFT彩屏設(shè)計(jì)

摘 要： TFT?LCD技術(shù)是微電子技術(shù)和LCD技術(shù)巧妙結(jié)合的高新技術(shù)。隨著人們對(duì)圖像清晰度、刷新率、保真度的要求越來越高，TFT?LCD的應(yīng)用范圍越來越廣。介紹了TFT數(shù)字彩屏的工作原理，利用STM32處理器的FSMC接口設(shè)計(jì)出了一種能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字液晶屏的方法。設(shè)計(jì)的硬件電路和軟件程序均能對(duì)顯示控制芯片進(jìn)行有效的控制。在實(shí)際應(yīng)用中顯示清晰流暢，并且CPU有足夠的時(shí)間來處理用戶程序。該方案能成功應(yīng)用在電腦橫機(jī)的人機(jī)界面顯示中，且其硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方式靈活、對(duì)于其他型號(hào)的接口芯片也能提供參考。

關(guān)鍵詞： TFT； DMA； FSMC； STM32F103VE

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）20?0139?03

隨著電子產(chǎn)品的不斷更新，各種顯示界面的開發(fā)越來越多，由于TFT彩屏的性價(jià)比高，因而被廣泛用在各種電子設(shè)備上作為顯示屏。目前驅(qū)動(dòng)TFT彩屏的方案有很多，可以用底端單片機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)終端類型的液晶模組，這種模組價(jià)格比較貴，當(dāng)然用起來還是很方便的。只要單片機(jī)通過串口或并行口向TFT發(fā)送幾個(gè)字節(jié)的命令，就能在屏幕上顯示你需要的效果。本設(shè)計(jì)利用STM32的FSMC總線直接驅(qū)動(dòng)TFT數(shù)字彩屏。這種方案對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置后就可以自動(dòng)向TFT數(shù)字彩屏發(fā)送數(shù)據(jù)，無需CPU參與，讓CPU有足夠時(shí)間來處理其他程序。

1 STM32簡介

STM32是基于ARM內(nèi)核Cortex?M3的32位微控制器系列。Cortex?M3內(nèi)核是為低功耗和價(jià)格敏感的應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的，具有突出的能效比和處理速度。通過采用Thumb?2高密度指令集，Cortex?M3內(nèi)核降低了系統(tǒng)存儲(chǔ)要求，同時(shí)快速的中斷處理能夠滿足控制領(lǐng)域的高實(shí)時(shí)性要求，使基于該內(nèi)核設(shè)計(jì)的STM32系列微控制器能夠以更優(yōu)越的性價(jià)比，面向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

STM32系列微控制器為用戶提供了豐富的選擇，可適用于工業(yè)控制、智能家電、建筑安防、醫(yī)療設(shè)備以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品等多方位嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。STM32系列采用一種新型的存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)———FSMC，在外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用需要，方便地進(jìn)行不同類型大容量靜態(tài)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展[1]。

2 TFT彩屏模塊工作原理

本設(shè)計(jì)采用3.2寸分辨率為320×240的液晶屏，并使用ILI9341芯片控制液晶屏。

液晶屏的控制芯片電路非常復(fù)雜。GRAM中一個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)顯示屏的一個(gè)像素點(diǎn)。芯片內(nèi)部有電路把GRAM存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成液晶屏的控制信號(hào)，使每個(gè)點(diǎn)呈現(xiàn)特定的亮度和顏色，而這些點(diǎn)組合起來則成為顯示界面。ILI9341里有主要配置引腳和控制信號(hào)線，可以根據(jù)它的設(shè)置使芯片工作在不同的模式；使用8080接口或SPI接口與MCU進(jìn)行通信；使用8080接口的什么模式。MUC通過SPI或8080接口與ILI9341進(jìn)行通信，從而訪問它的地址計(jì)數(shù)器（AC）、控制寄存器（CR）、GRAM及一個(gè)LED控制器。LCD本身不會(huì)發(fā)光，它需要借助背光源才實(shí)現(xiàn)顯示功能，LED控制器就是用來控制液晶屏模塊中發(fā)光二級(jí)管的背光源。LI9341使用8080通信時(shí)序工作，ILI9341的8080接口有5條控制信號(hào)線：寫使能信號(hào)線WRX，讀使能信號(hào)線RDX，復(fù)位信號(hào)線RESX，片選信號(hào)線CSX，區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和命令信號(hào)線D/CX。除了控制信號(hào)，還有數(shù)據(jù)信號(hào)線[2]。

3 總體方案與硬件設(shè)計(jì)

本文以STM32F103VE芯片的FSMC接口連接RGB接口數(shù)字屏，并利用DMA從片外FLASH讀取顯示數(shù)據(jù)。DMA即直接內(nèi)存存取，CPU只需配置DMA相關(guān)的寄存器后，DMA控制器就會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)從一個(gè)地址傳送到另外一個(gè)地址，不占用CPU時(shí)間。本文采用STM32F103VE芯片外部連接FLASH用作顯存，其整體硬件方案如圖1所示。

由于圖片的數(shù)據(jù)太大需要外接FLASH存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)圖片數(shù)據(jù)，電路如圖2所示。本設(shè)計(jì)使用的AT25DF041A芯片是一個(gè)串行接口的閃存設(shè)備，靈活的架構(gòu)AT25DF041A擦掉、消除粒度小至4 KB，使它非常適合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，不再需要額外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)E2PROM設(shè)備。

4 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件主要有硬件層配置和顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù)。硬件層配置主要是對(duì)STM32的I/O口的輸入/輸出和FSMC相關(guān)的寄存器配置。顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù)主要是向TFT彩屏發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)，另外還有一些簡單的畫圖函數(shù)。

4.1 FSMC簡介

FSMC是靈活靜態(tài)存儲(chǔ)控制器。STM32芯片可利用FSMC控制NOR FLASH、PSRAM和NAND FLASH存儲(chǔ)芯片[3]。這里，只使用FSMC的NOR/PSRAM模式控制LCD，所以只需分析NOR FLASH控制信號(hào)線部分。STM32尋址空間的地址映射中的0x60000000 ～ 0x6FFFFFFF是分配給PSRAM、NOR FLASH這類可直接尋址的器件。當(dāng)外部接了NOR FLASH，并且FSMC外設(shè)被設(shè)置為正常工作，當(dāng)向0x60000000地址寫入數(shù)據(jù)0xFFFF，F(xiàn)SMC會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成各信號(hào)線上相應(yīng)的電平信號(hào)寫入數(shù)據(jù)。

4.2 用FSMC模擬8080時(shí)序

FSMC寫NOR時(shí)序跟8080接口的時(shí)序是十分相似的，對(duì)它們的信號(hào)線對(duì)比如表1所示。

表1 8080接口信號(hào)線與FSMC寫NOR信號(hào)線功能對(duì)比

為了模擬出8080時(shí)序，把FSMC地址線中的A0連接8080的D＼CX，當(dāng)A0為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)線D[15：0]的信號(hào)會(huì)被理解為ILI9341命令，若A0為高電平時(shí)，傳輸?shù)男盘?hào)則會(huì)被理解為數(shù)據(jù)。所以傳送數(shù)據(jù)時(shí)只需向地址為0x6xxxxxx1，0x6xxxxxx3，0x6xxxxxx5這些奇數(shù)地址寫入數(shù)據(jù)，此時(shí)地址線A0（D/CX）會(huì)為高電平；需要發(fā)送命令時(shí)向0x6xxxxxx0，0x6xxxxxx2，0x6xxxxxx4這些偶數(shù)地址寫入數(shù)據(jù)時(shí)，地址線A0（D/CX）會(huì)為低電平，這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)被理解為命令。在代碼中利用指針變量，向不同的地址單元寫入數(shù)據(jù)，就能夠由FSMC模擬出8080接口向ILI9341寫入控制命令或GRAM的數(shù)據(jù)了。

4.3 部分代碼設(shè)計(jì)

（1）初始化液晶屏

初始化液晶屏是對(duì)液晶控制器ILI9341用到的I/O口、FSMC接口進(jìn)行初始化，并且向該控制器寫入了命令參數(shù)，配置好LCD液晶屏的基本功能。除了復(fù)位、背光用的PD11和PD0設(shè)置為通用推挽輸出外，其他的與FSMC接口相關(guān)的控制信號(hào)、地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)的端口全部設(shè)置為復(fù)用推挽輸出。代碼如下：

void LCD_Init（void）

{ unsigned long i；

LCD_GPIO_Config（）； //初始化使用到的GPIO或I/O口的方向和功能

LCD_FSMC_Config（）； //初始化FSMC模式

LCD_Rst（）； //復(fù)位液晶屏

Lcd_init_conf（）； //寫入命令，對(duì)液晶屏進(jìn)行基本的初始化

Lcd_data_start（）； //發(fā)送寫GRAM命令

for（i=0； i<（320*240）； i++）

{ LCD_WR_Data（GBLUE）；

} }

（2）初始化FSMC模式

LCD_Init（）函數(shù)調(diào)用LCD_FSMC_Config（）設(shè)置FSMC的模式使它模擬出8080接口，函數(shù)主要作用是設(shè)置各個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)間，使FSMC接口的時(shí)序與8080接口匹配。LCD_FSMC_Config（）設(shè)置FSMC模式的代碼如下：

void LCD_FSMC_Config（void）

{ FSMC_NORSRAMInitTypeDef；

FSMC_NORSRAMInitStructure；

FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDefp；

p.FSMC_AddressSetupTime = 0x02； //地址建立時(shí)間

p.FSMC_AddressHoldTime = 0x00； //地址保持時(shí)間

p.FSMC_DataSetupTime = 0x05； //數(shù)據(jù)建立時(shí)間

p.FSMC_BusTurnAroundDuration = 0x00； //總線恢復(fù)時(shí)間

p.FSMC_CLKDivision = 0x00； //時(shí)鐘分頻

p.FSMC_DataLatency = 0x00； //數(shù)據(jù)保持時(shí)間

p.FSMC_AccessMode = FSMC_AccessMode_B；

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_Bank = FSMC_Bank1_

NORSRAM1；

//數(shù)據(jù)線與地址線不復(fù)用

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_DataAddressMux=SMC_DataAddressMux_

Disable； //存儲(chǔ)器類NOR FLASH

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryType =

FSMC_MemoryType_NOR；

//數(shù)據(jù)寬度為16位

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth=FSMC_MemoryDataWidth_16b； //使用異步寫模式，禁止突發(fā)模式

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_BurstAccessMode=FSMC_BurstAccessMode_Disable；

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalPolarity=FSMC_WaitSignalPolarity_Low； //本成員的配置只在突發(fā)模式下有效，等待信號(hào)極性為低

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WrapMode=FSMC_ WrapMode_Disable；

//禁止非對(duì)齊突發(fā)模式

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalActive=FSMC_WaitSignalActive_BeforeWaitState； //本成員配置僅在突發(fā)模式下有效。NWAIT 信號(hào)在什么時(shí)期產(chǎn)生

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignal = FSMC_WaitSignal_Disable；

//本成員的配置只在突發(fā)模式下有效，禁用 NWAIT 信號(hào)

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteBurst =

FSMC_WriteBurst_Disable；

//禁止突發(fā)寫操作

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteOperation=FSMC_WriteOperation_Enable；

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ExtendedMode=FSMC_ExtendedMode_Disable；

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ReadWriteTimingStruct=p； //配置讀寫時(shí)序

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteTimingStruct=p； }

以上主要使用FSMC_NORSRAMInitTypeDef類型的結(jié)構(gòu)體和FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef類型的結(jié)構(gòu)體對(duì)FSMC進(jìn)行配置。第一種類型結(jié)構(gòu)體主要配置存儲(chǔ)器類型，數(shù)據(jù)寬度等用于NOR FLASH的模式配置；另一種類型結(jié)構(gòu)體用于配置FSMC的NOR FLASH模式下讀/寫時(shí)序中的地址建立時(shí)間、地址保持時(shí)間等。

（3）FSMC模擬8080讀/寫參數(shù)、命令

初始化完成FSMC接口后，就可以使用FSMC向ILI9341發(fā)送數(shù)據(jù)了。在LCD_Init（）中調(diào)用Lcd_init_conf（）函數(shù)向ILI9341寫入一系列的控制參數(shù)：

void Lcd_init_conf（void）

{ DEBUG_DELAY（）；

LCD_ILI9341_CMD（0xCF）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x00）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x81）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x30）；

DEBUG_DELAY（）；

LCD_ILI9341_CMD（0xED）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x64）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x03）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x12）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x81）；

DEBUG_DELAY（）；

LCD_ILI9341_CMD（0xE8）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x85）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x10）；

LCD_ILI9341_Parameter（0x78）；

//此次省略多行}

限于篇幅，以上只是該函數(shù)其中的一部分，省略部分的代碼只是寫入的參數(shù)和命令有些不一樣，這些命令和參數(shù)設(shè)置了像素點(diǎn)顏色格式、屏幕掃描方式、橫屏/豎屏等初始化配置，可以從ILI9341的datasheet命令列表中查到這些命令的意義。函數(shù)LCD_ILI9341_CMD（）的作用是寫入命令，函數(shù)LCD_ILI9341_Parameter（）的作用是寫入命令參數(shù)。

5 結(jié) 語

本文對(duì)基于STM32的TFT液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行了探討，設(shè)計(jì)的硬件電路和軟件能對(duì)顯示控制芯片ILI9341進(jìn)行有效的控制，所有程序均在STM32系列的軟件編譯環(huán)境下調(diào)試通過。經(jīng)實(shí)際證明，本方案是可行的，能保證320×240點(diǎn)陣的TFT刷新率，且留有足夠CPU時(shí)間給用戶程序。其硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方式靈活、對(duì)于其他型號(hào)的接口芯片也有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 王永虹，徐煒，郝立平，等. STM32系列ARM Cortex?M3微控制器原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[2] 張建華，張毅，方躍斌.液晶顯示器維修實(shí)戰(zhàn)教程[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009.

[3] 李寧.基于MDK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[4] 夏駿，王甜.基于STM32和GSM的遠(yuǎn)程遙控定時(shí)開關(guān)裝置[J].電子科技，2013（1）：112?114.

[5] 陳桂福，葉兵.基于STM32的紅光治療儀控制系統(tǒng)[J].電子科技，2012（4）：54?56.

[6] 胡祝格，趙敏華.基于信息融合技術(shù)的無線火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)[J].電子科技，2012（10）：36?39.

[7] 李秋雙，原明亭.基于STM32芯片的電能質(zhì)量在線檢測裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（20）：180?182.