基于STM的FSMC接口驱动TFT彩屏的设计方案样本.doc

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[导读] 本文提出了一种能直接驱动数字液晶屏的设计方案, 方案先介绍了TFT数字彩屏的工作原理, 利用STM32处理器的FSMC接口设计的硬件电路和软件程序均能对显示控制芯片进行有效的控制。TFT-LCD技术是微电子技术和LCD技术巧妙结合的高新技术。随着人们对图像清晰度、 刷新率、 保真度的要求越来越高, TFT-LCD的应用范围越来越广。本文提出了一种能直接驱动数字液晶屏的设计方案, 方案先介绍了TFT数字彩屏的工作原理, 利用STM32处理器的FSMC接口设计的硬件电路和软件程序均能对显示控制芯片进行有效的控制。在实际应用中显示清晰流畅, 而且CPU有足够的时间来处理用户程序。该方案能成功应用在电脑横机的人机界面显示中, 且其硬件电路结构简单、 控制方式灵活、 对于其它型号的接口芯片也能提供参考。
　　0 引言
　　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。当前驱动TFT彩屏的方案有很多, 能够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。
　　只要单片机经过串口或并行口向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STM32 的FSMC 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能够自动向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它程序。
　　1 STM32 简介
　　STM32 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。经过采用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---FSMC, 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, 能够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经过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FSMC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, 因此只需分析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, 而且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。因此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, 而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, 其它的与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, 就能够使用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, 能够从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经过。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、 对于其它型号的接口芯片也有参考价值