ILI9341液晶显示

17.1液晶显示原理

TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)即薄膜晶体管液晶显示器，是微电子技术与液晶显示器技术巧妙结合的的一种技术。

CRT显示器的工作原理是通电后灯丝发热，阴极被激发后发射出电子流，电子流受到高电压的金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电子束打在荧光屏上，使荧光粉发光显示图像。LCD显示器需要来自背后的光源，当光束通过这层液晶时，液晶会呈不规则扭转形状（形状由TFT上的信号与电压改变实现），所以液晶更像是一个个闸门，选择光线穿透与否，这样就可以在屏幕上看到深浅不一，错落有致的图像。目前主流的LCD显示器都是TFT-LCD，是由原有液晶技术发展而来。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，以此做到完全的单独控制一个像素点，液晶材料被夹在TFT阵列和彩色滤光片之间，通过改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度和色彩，如图7-1所示。

图7-1 液晶显示屏结构图

Kingst-32F1开发板配套的TFT-LCD是3.2寸大小，分辨率为240*320，即一共有240×320=76800个像素点，每个像素都设有一个半导体开关，像素之间是相对独立的，这么多像素如何控制呢？联想一下51单片机驱动LED点阵时，为了减少IO口的使用，采用三八译码器驱动点阵模块。同理，TFT-LCD也可以用专门的驱动器来驱动，教材所用的TFT-LCD采用ILI9341驱动芯片。该控制芯片是封装在TFT-LCD内部，只留有外部引脚接口。对于用户来说，只要掌握如何向ILI9341控制器发送指令和读写数据，并不需要再设计额外的驱动电路，该液晶的具体参数如表7-1所示。

7.1.1ILI9341硬件接口和像素格式

ILI9341驱动芯片主要由接口电路、显存(GRAM)、LCD驱动电路、背光控制、电源等部分组成，主要结构如图7-2所示。

由于STM32的I/O口资源丰富，为了提高数据的读写效率，采用16位的8080并行接口，可以比8位的8080并行接口的传输速率高出一倍（数据线多出一倍），由于是并行接口，比SPI串行接口的传输速率更快，并且通讯时序简单，因此这里将TFT-LCD的IM2~IM0引脚接地。

7.1.4  ILI9341 GRAM指令和像素格式

GRAM(Graphics RAM)——显存，也称作帧存储器，是ILI9341用来存储显示数据的图像RAM。GRAM中一个像素点的颜色数据用18bit表示，GRAM的大小为240*320*18/8=172800字节，所有像素数据都存储在GRAM中。当TFT-LCD开显示时，LCD源极驱动会根据GRAM中存储的数据对液晶像素进行刷新，从而实现图像显示。如果改变GRAM中单个像素点的数据，刷新显示时，TFT-LCD对应的像素状态也会改变。如何才能准确的向每个像素对应的数据位写入显示数据呢？ILI9341控制器内部设计了一个“控制寄存器”，用户只需要按照要求发送相应的控制指令，“控制寄存器”收到控制指令后，通过“地址计数器”在对应的像素位置写入像素数据，最终通过LCD源极驱动LCD刷新显示，ILI9341控制器内部结构如图7-8所示。

ILI9341控制器共有76条控制指令，每条指令的控制功能在手册中都有详细描述，本书只针对常用指令做重点说明。

1、读取驱动器ID：用于读取TFT-LCD的驱动器的的ID，板载液晶的驱动器是ILI9341，ID固定为0x9341。在读取的过程中，首先通过写命令函数发送指令0xD3，然后连续读取4次数据。其中第1次是无效数据，第二次是版本号，也是无效数据，第三次和第四次的高8位也是无效数据，只有第三次和第四次的低8位才是有效的ID数据，读取ID成功，表明单片机和驱动器通信正常，读ID指令如图7-9所示。

2、设置显示窗口：当用户将一部分要显示的内容填充到液晶显示屏的某一个区域，这个区域的列范围用0x2A这条指令设置，行范围用0x2B这条指令设置。首先通过写命令函数发送指令0x2A，紧跟着列起始地址的高字节、列起始地址的低字节、列结束地址的高字节、列结束地址的低字节；然后通过写命令函数发送指令0x2B，紧跟着行起始地址的高字节、行起始地址的低字节、行结束地址的高字节、行结束地址的低字节。注意：结束地址只能大于等于起始地址，不能小于起始地址。

通过限定这4个角的坐标，就可以从液晶中选取其中一个区域作为显示窗口。指令和地址都只有低8位数据有效，发送过程如图7-10和图7-11所示。

3、写存储器指令：设置好显示窗口后，在写入数据之前，需要先写入0x2C指令。无论当前行寄存器和列寄存器的地址是多少，写入0x2C后，行寄存器和列寄存器会自动复位，复位值就是通过0x2A和0x2B写入的列起始地址和行起始地址，此时如果发送数据，数据会写入帧存储器对应地址中，数据写入具体流程如图7-12所示。

4、帧存储器扫描方向控制指令：设置显示窗口后，发送0x2C指令开始向内存中写数据，数据是从设置窗口的起始地址开始写入，先写行，行地址自增直至该行的终止地址，然后列地址加1，数据再从下一行的起始地址开始写入，如此循环直至将整个显示窗口的数据写入到帧存储器中。帧存储器读/写扫描方向如图7-13所示，图中B表示起始位置，E表示终止位置。

数据按照上面介绍的顺序写入，但是液晶屏刷新显示时，并不一定按照写入的顺序刷新数据，而是可以通过“存储器访问控制”指令0x36设置帧存储器的扫描方向（即行列方向）。设置帧存储器扫描方向时，先发送指令0x36，紧跟着发送设置参数，参数由18位组成，只有2~7位有效。其中D7：MY-设置行地址方向；D6：MX-设置列地址方向；D5：MV-设置行列地址交换；D4：ML-设置垂直刷新方向；D3：BGR-设置刷新像素格式为BGR或RGB；D2：MH-设置水平刷新方向，存储器访问控制指令如图7-14所示。

其中MY、MX、MV这三位用来设置扫描方向，也是重点介绍的地方，MX和MY分别设置行列扫描方向，MV设置行列交换，它们可以组合成23=8种扫描模式，如图7-15所示。

注意：无论MY、MX、MV设置的存储器扫描方向如何，数据总是以相同的顺序写入帧存储器。设置扫描方向后，还需要通过0x2A、0x2B指令重新设置显示窗口大小。

其中模式0和3为竖屏显示，模式5和6为横屏显示，这四种模式的扫描方向和稍后所讲的文字取模方向相同，旋转液晶屏即可达到阅读效果，其他模式直接显示时呈现乱码，需要根据扫描方向重新取模。

ML和MH主要设置帧存储器到LCD显示面板的数据刷新方向，就像过年贴春联，可以选择从上向下贴，或者从下向上贴，无论哪种方式，最后的显示效果是不变的，默认ML和MH都为0。

5、像素格式：

TFT-LCD的每个像素点由红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色组成，帧存储器为每个像素分配了18bit的存储空间，三原色各用6个数据位表示，也就是常说的RGB666格式，该模式色彩度最大，它们按不同比例的混合可以组成218种颜色，俗称262K色。同时ILI9341还支持16位、9位数据格式。

GRAM选择16位数据格式，16位数据格式下按照R:G:B =5:6:5格式存储，俗称RGB565格式，由于GRAM为每个像素预留的存储空间是18bit，为了保证写入的16bit像素数据能够正常匹配GRAM中18bit像素存储空间，控制器会自动将RGB565格式转换成RGB666格式，转换后数据存储形式如图7-16所示，空白位置表示没有数据。由于缺少了两位数据，此时TFT-LCD最大支持216种色彩度，也就是65K色

像素数据在帧存储器按照图7-18的格式存储，即R位于高位，B位于低位。但是像素数据刷新到LCD显示屏上时，可以通过“存储器访问控制(0x36)”指令中的 BGR位选择像素数据写入到显示屏的方向，当BGR位为 0时，数据按照RGB（即R在高位，B在低位）的顺序写入；当BGR位为1时，数据沿BGR（即B在高位，R在低位）的顺序写入到液晶面板中。默认BGR位为1，该模式下写入的颜色与显示效果相同，像素刷新示意图如图7-17所示。

6、读存储器指令；读存储器指令为0x2E，与上面介绍的写存储器指令0x2C类似，首先发送0x2A和0x2B设置行列起始和终止地址，然后发送0x2E，行列地址自动复位。通过读数据函数可以读取帧存储器存储的像素数据，第一次读取的数据无效，之后每一次读取16bit数据，由于帧存储器中每个像素占18位，因此一个像素点的数据需要分两次读取，第一次读取RG的值，第二次读取B值。读数据时行列地址会自增，直至读完整个显示窗口，读存储器指令如图7-18所示。

7、ILI9341初始化

由于ILI9341液晶屏初始化需要设置的参数比较多，在此就不再一一讲解，仅提供初始化代码。如果想深入研究，可以按照上面介绍指令的方式，到ILI9341参考手册中查找相关指令和对应参数位的作用。

27.2ILI9341 TFT-LCD 显示操作

7.2.1  画点

画点就是向单个像素点填充颜色，画点主要分为三部分：

第一步、通过窗口设置函数设置像素点的坐标，由于设置的是一个像素点，所以窗口设置函数的起始和终止坐标相同；

第二步、发送写存储器指令0x2C；

第三步、写入像素数据。为了提高速率，通过写指令和数据函数一并将指令和数据写入。

7.2.2  读点

读点就是读取帧存储器中相应像素点的数据。读点也分为三部分：

第一步、通过窗口设置函数确定像素点的坐标；

第二步、发送读存储器指令0x2E；

第三步、读取像素数据。

由于帧存储中像素数据为18bit，写入帧存储器中的像素数据是RGB565格式，帧存储器中存储的数据是RGB666格式。16位并口模式下读取一个像素点数据需要读两次，数据按照高位在前，低位在后顺序输出。第一次读取的数据无效，之后读取的才是真正的像素数据；第二次读取的是RG值，其中高8位为R值，有效位为[15:11]位，低8位为G值，有效位为[7:2]位，第三次读取的B值位于高8位，有效位为[15:11]位，像素数据读取完毕后还需要转换为RGB565格式。需要注意的是读数据时需要设置数据总线为输入模式，读取完毕后再重新设置为输出模式。

7.2.4  填充和清屏

填充是对某一区域填充特定颜色。首先通过“显示窗口设置函数”设置被填充区域范围，然后发送0x2C写存储器指令，最后通过写数据函数写入像素数据。该函数如下所示：其中xStart、yStart、xEnd、yEnd表示填充区域起始和终止坐标，Color表示填充的颜色。

void LcdFill(u16 xStart, u16 yStart, u16 xEnd, u16 yEnd, u16 Color)

清屏函数实际是一个填充函数，只不过清屏函数的显示窗口大小设置为全屏。该函数如下所示，Color表示全屏填充的颜色。

void LcdClear(u16 Color)

参考了网友的文章：https://mp.weixin.qq.com/s/JME3VArPETgPjD0n_cHKNQ