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STM32 FSMC接口驱动TFT-LCD设计

作者:时间:2016-09-20来源:网络收藏

  0 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201609/297214.htm

  随着电子产品的不断更新,各种显示界面的开发越来越多,由于TFT彩屏的性价比高,因而被广泛用在各种电子设备上作为显示屏。目前驱动TFT彩屏的方案有很多,可以用底端单片机驱动一个终端类型的液晶模组,这种模组价格比较贵,当然用起来还是很方便的。

  只要单片机通过串口或并行口向TFT发送几个字节的命令,就能在屏幕上显示你需要的效果。本设计利用 总线直接驱动TFT 数字彩屏。这种方案对相应的寄存器进行配置后就可以自动向TFT数字彩屏发送数据,无需CPU参与,让CPU有足够时间来处理其他程序。

  1 简介

   是基于ARM 内核Cortex-M3 的32 位微控制器系列。Cortex-M3内核是为低功耗和价格敏感的应用而专门设计的,具有突出的能效比和处理速度。通过采用Thumb-2 高密度指令集,Cortex-M3 内核降低了系统存储要求,同时快速的中断处理能够满足控制领域的高实时性要求,使基于该内核设计的STM32 系列微控制器能够以更优越的性价比,面向更广泛的应用领域。

  STM32系列微控制器为用户提供了丰富的选择,可适用于工业控制、智能家电、建筑安防、医疗设备以及消费类电子产品等多方位嵌入式系统设计。STM32系列采用一种新型的存储器扩展技术---,在外部存储器扩展方面具有独特的优势,可根据系统的应用需要,方便地进行不同类型大容量静态存储器的扩展。

  2 TFT彩屏模块工作原理

  本设计采用3.2 寸分辨率为320×240 的液晶屏,并使用ILI9341芯片控制液晶屏。

  液晶屏的控制芯片电路非常复杂。GRAM 中一个存储单元对应显示屏的一个像素点。芯片内部有电路把GRAM存储单元的数据转化成液晶屏的控制信号,使每个点呈现特定的亮度和颜色,而这些点组合起来则成为显示界面。ILI9341 里有主要配置引脚和控制信号线,可以根据它的设置使芯片工作在不同的模式;使用8080 接口或SPI接口与MCU 进行通信;使用8080 接口的什么模式。MUC通过SPI或8080接口与ILI9341进行通信,从而访问它的地址计数器(AC)、控制寄存器(CR)、GRAM及一个LED控制器。LCD本身不会发光,它需要借助背光源才实现显示功能,LED控制器就是用来控制液晶屏模块中发光二级管的背光源。LI9341使用8080通信时序工作,ILI9341的8080接口有5条控制信号线:写使能信号线WRX,读使能信号线RDX,复位信号线RESX,片选信号线CSX,区分数据和命令信号线D/CX.除了控制信号,还有数据信号线。

  3 总体方案的硬件设计

  本文以STM32F103VE 芯片的接口连接RGB接口数字屏,并利用DMA 从片外FLASH 读取显示数据。DMA即直接内存存取,CPU只需配置DMA相关的寄存器后,DMA 控制器就会自动将数据从一个地址传送到另外一个地址,不占用CPU 时间。本文采用STM32F103VE 芯片外部连接FLASH 用作显存,其整体硬件方案如图1所示。

  

 

  由于图片的数据太大需要外接FLASH存储器用来存储图片数据,电路如图2 所示。

  

 

  本设计使用的AT25DF041A芯片是一个串行接口的闪存设备,灵活的架构AT25DF041A擦掉、消除粒度小至4 KB,使它非常适合数据存储,不再需要额外数据存储E2PROM设备。

  4 软件设计

  本设计的软件主要有硬件层配置和显示驱动函数。硬件层配置主要是对STM32 的I/O 口的输入/输出和FSMC 相关的寄存器配置。显示驱动函数主要是向TFT彩屏发送控制命令和数据,另外还有一些简单的画图函数。

  4.1 FSMC简介

  FSMC是灵活静态存储控制器。STM32芯片可利用FSMC 控制NOR FLASH、PSRAM 和NAND FLASH 存储芯片[3].这里,只使用FSMC 的NOR/PSRAM 模式控制LCD,所以只需分析NOR FLASH 控制信号线部分。

  STM32 寻址空间的地址映射中的0×60000000 ~0x6FFFFFFF 是分配给PSRAM、NOR FLASH 这类可直接寻址的器件。当外部接了NOR FLASH,并且FSMC外设被设置为正常工作,当向0×60000000 地址写入数据0xFFFF,FSMC会自动把数据转化成各信号线上相应的电平信号写入数据。

  4.2 用FSMC模拟8080时序

  FSMC写NOR 时序跟8080接口的时序是十分相似的,对它们的信号线对比如表1所示。

  

 

  为了模拟出8080 时序,把FSMC 地址线中的A0 连接8080的D\CX,当A0为低电平时,数据线D[15:0]的信号会被理解为ILI9341命令,若A0为高电平时,传输的信号则会被理解为数据。所以传送数据时只需向地址为0x6xxxxxx1,0x6xxxxxx3,0x6xxxxxx5 这些奇数地址写入数据,此时地址线A0(D/CX)会为高电平;需要发送命令时向0x6xxxxxx0,0x6xxxxxx2,0x6xxxxxx4 这些偶数地址写入数据时,地址线A0(D/CX)会为低电平,这个数据会被理解为命令。在代码中利用指针变量,向不同的地址单元写入数据,就能够由FSMC 模拟出8080 接口向ILI9341写入控制命令或GRAM的数据了。

  4.3 部分代码设计

  (1)初始化液晶屏

  初始化液晶屏是对液晶控制器ILI9341 用到的I/O口、FSMC 接口进行初始化,并且向该控制器写入了命令参数,配置好LCD液晶屏的基本功能。除了复位、背光用的PD11和PD0设置为通用推挽输出外,其他的与FSMC 接口相关的控制信号、地址信号、数据信号的端口全部设置为复用推挽输出。代码如下:

  

 

  (2)初始化FSMC模式

  LCD_Init()函数调用LCD_FSMC_Config()设置FSMC的模式使它模拟出8080接口,函数主要作用是设置各个信号的产生时间,使FSMC接口的时序与8080接口匹配。LCD_FSMC_Config()设置FSMC模式的代码如下:

  

 

  以上主要使用FSMC_NORSRAMInitTypeDef类型的结构体和FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef类型的结构体对FSMC 进行配置。第一种类型结构体主要配置存储器类型,数据宽度等用于NOR FLASH 的模式配置;另一种类型结构体用于配置FSMC 的NOR FLASH模式下读/写时序中的地址建立时间、地址保持时间等。

  (3)FSMC模拟8080读/写参数、命令

  初始化完成FSMC 接口后,就可以使用FSMC 向ILI9341发送数据了。在LCD_Ini(t )中调用Lcd_init_conf()函数向ILI9341写入一系列的控制参数:

  

 

  限于篇幅,以上只是该函数其中的一部分,省略部分的代码只是写入的参数和命令有些不一样,这些命令和参数设置了像素点颜色格式、屏幕扫描方式、横屏/竖屏等初始化配置,可以从ILI9341的datasheet命令列表中查到这些命令的意义。函数LCD_ILI9341_CMD()的作用是写入命令,函数LCD_ILI9341_Parameter()的作用是写入命令参数。

  5 结语

  本文对基于STM32的TFT液晶显示模块的驱动方法进行了探讨,设计的硬件电路和软件能对显示控制芯片ILI9341进行有效的控制,所有程序均在STM32系列的软件编译环境下调试通过。经实际证明,本方案是可行的,能保证320×240 点阵的TFT 刷新率,且留有足够CPU时间给用户程序。其硬件电路结构简单、控制方式灵活、对于其他型号的接口芯片也有参考价值。



关键词: STM32 FSMC

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