转载自金沙滩工作室《https://mp.weixin.qq.com/s/JME3VArPETgPjD0n_cHKNQ》

  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，如图所示。

  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，主要结构如图所示。   ILI9341控制器的通信接口支持8/9/16/18-bit 8080并行接口、3/4线SPI串行接口、6/16/18-bit RGB通信接口，这些接口通过TFT-LCD的38~40引脚IM0、IM1、IM2设置，具体如表7-2所示。不同的接口主要是为了适应不同的应用场合。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。

  8080并行总线协议是由Intel公司提出的一种数据传输协议，接口包括：复位（RESET）、片选(CS)、双向数据线(DB0~DB15)、数据/指令选择端(DC)、读使能(RD)、写使能(WR)。

  8080并行总线时序分为两部分：“写操作”时序和“读操作”时序，同时“写操作”时序又分为“写命令”操作和“写数据”操作。通过操作DC端口，当DC为低表示“命令”传输，当DC为高表示“数据”传输。

  写指令时，单片机发送过程为，CS = H→L，DC = H→ L，WR = H→L，RD = H，D[15:0] = Data，此时信号发生变化；当D[15:0]数据稳定后，WR = L→H，ILI9341在WR的上升沿读取D[15:0]总线上的信号。

  写数据和写指令的时序唯一差别是：写指令时，DC为低电平；写数据时，DC为高电平。写操作的时序图如图7-5所示。

  当命令或数据传输完成，且不再进行“写操作”时，需要将CS置高，失能片选。

  读数据之前，首先要进行一次写命令操作，通知LCD主机所要读取的数据类别。写命令操作完成后，首先DC= L→H，而后RD = H→L，通知ILI9341输出数据，最终RD = L→H，开始读取D[15:0]上的数据。当读操作完毕后，需要将CS置高，失能片选。读操作的时序图如图7-6所示。

  编写时序程序时必须严格按照数据手册中要求的时间和顺序，否则容易造成数据通信错误。8080时序的写操作周期为twc=66ns，其中twrl和twrh分别表示主机写周期和ILI9341读周期，即当WR置低时，主机开始写，此时WR至少保持tdst=10ns的低电平，等待总线数据锁存；当数据线输出数据后，如果WR低电平周期低于10ns，有可能在WR置高时，总线上的数据还在变化。当WR置高时，至少保持tdht=10ns的高电平，等待ILI9341读取数据完毕。在执行写操作时，主机可以先发送数据，然后WR = L→H，当WR置高时，数据一定准备好了。因此编写时序程序时，注意加适当延时保证时序的准确性，由于STM32执行一条语句超过10ns，在此并不需要使用延时。

  读操作与写操作类似，当RD置低时，ILI9341开始输出数据，此时必须等待tratfm ns，等待ILI9341将数据准备好，其中tratfm最大为340ns，没有规定最小时间。我们取 tratfm大于等于340ns，因为超过340ns，ILI9341一定将数据准备好了，但是少于340ns就不能保证数据完全正确。RD置高时，单片机开始读取数据，此时需要保持RD高电平时间不少于trod=20ns，保证ILI9341将数据输出完毕，8080总线时序参数如图7-7所示。

  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24032018/8=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。

  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。

  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。

如果行末坐标或列末坐标没变，在设置x、Y坐标的时候，只需要带2个参数即可，也就是设置起始地址即可，从而提高速度。

设置光标代码如下：

  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。

  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。   Kingst-32F1开发板默认扫描方向为“模式0”，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。

以下是设置液晶扫描方向代码：

/* 设置LCD扫描方向，dir-扫描模式0~7*/

  TFT-LCD的每个像素点由红®、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。

Kingst-32F1开发板采用16位的8080并行接口与ILI9341通信，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，此时8080总线单次传输的就是一个像素的数据。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。

  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。

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。画点函数如下：

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。读点函数如下：

（1）画线分为画直线和画斜线，同时直线又分为水平线和竖直线。画直线是通过“显示窗口设置函数”设定显示区域为一行或一列，然后发送0x2C写存储器指令，最后通过写数据函数填充颜色。画斜线时相对比较麻烦，需要从起始位置开始，计算斜线上每个像素点的坐标，然后再调用画点函数填充每个像素点的颜色。画线函数如下所示；其中xStart、yStart、xEnd、yEnd分别表示起始和终止坐标，Color表示填充的颜色。

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

（2）画矩形分为填充和非填充两种情况，非填充矩形是由四条线组成，通过矩形的对角坐标，计算每条线的起始坐标和终止坐标，再调用画线函数画出矩形的四条边。填充矩形可以直接使用“显示窗口设置函数”，设置一个矩形窗口，然后发送0x2C指令，最后填充颜色。

画矩形函数如下所示，其中xStart、yStart、xEnd、yEnd表示矩形的对角坐标，Color为填充的颜色，Filled 为0表示非填充，为1表示填充。

void LcdDrawRectangle(u16 xStart,u16 yStart,u16 xEnd,u16 yEnd,u16 Color,u8 Filled)

（3）画圆与画斜线类似，先确定圆心坐标以及半径后，通过公式计算出圆周的位置，最后调用画点函数画出整个圆。画圆函数如下所示，其中xDot、yDot表示圆心坐标，R表示半径，Color表示圆的颜色，Filled为0表示非填充，为1表示填充。

void LcdDrawCircle(u16 xDot, u16 yDot, u8 R, u16 Color, u8 Filled)

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)