实验十四 TFTLCD显示-FSMC

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一.实验目标

\1. 通过本实验熟悉STM32的FSMC接口；

2.熟悉TFTLCD显示屏使用。

3.掌握在2.4寸显示屏上显示操作。

二.知识储备及设计思路

TFTLCD简介

TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。

本章，我们给大家介绍TFTLCD模块，该模块有如下特点：

1，2.4’寸大小的屏幕。

2，320×240的分辨率。

3，16位真彩显示。

TFTLCD模块模块支持65K色显示，显示分辨率为320×240，接口为16位的80并口，该模块的外观图如图所示：

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管脚接口定义：

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和单片机连接方式：

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​ 如上图所示，屏幕和开发板P1座自连接方式。

从图可以看出， TFTLCD模块采用16位的并方式与外部连接，之所以不采用8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其在显示图片的时候，如果用8位数据线，就会比16位方式慢一倍以上，我们当然希望速度越快越好，所以我们选择16位的接口。该模块的80并口有如下一些信号线：

CS：TFTLCD片选信号。

WR：向TFTLCD写入数据。

RD：从TFTLCD读取数据。

D[15：0]：16位双向数据线。

RST：硬复位TFTLCD。

RS：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）

BLK: 背光控制。

TFTLCD模块的RST信号线是直接接到STM32F4的复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个IO口。另外我们还需要一个背光控制线来控制TFTLCD的背光。所以，我们总共需要的IO口数目为21个。这里还需要注意，我们标注的DB0DB15，是相对于LCD控制IC标注的，实际上大家可以把他们就等同于FMC_D0 FMC_D15。

ILI9341液晶控制器自带显存，其显存总大小为172800（24032018/8），即18位模式（26万色）下的显存量。在16位模式下，ILI9341采用RGB565格式存储颜色数据，此时ILI9341的18位数据线与MCU的16位数据线以及LCD GRAM的对应关系如图:

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从图中可以看出，ILI9341在16位模式下面，数据线有用的是：D17D13和D11D1，D0和D12没有用到，，ILI9341的D0和D12压根就没有引出来，这样，ILI9341的D17D13和D11D1对应MCU的FMC_D0~ FMC_D15。这样MCU的16位数据，最低5位代表蓝色，中间6位为绿色，最高5位为红色。数值越大，表示该颜色越深。另外，特别注意ILI9341所有的指令都是8位的（高8位无效），且参数除了读写GRAM的时候是16位，其他操作参数，都是8位的。

接下来，我们介绍一下ILI9341的几个重要命令，因为ILI9341的命令很多，我们这里就不全部介绍了，有兴趣的大家可以找到ILI9341的datasheet看看。里面对这些命令有详细的介绍。我们将介绍：0XD3，0X36，0X2A，0X2B，0X2C，0X2E等6条指令。

首先来看指令：0XD3，这个是读ID4指令，用于读取LCD控制器的ID，该指令如表所示：

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从上表可以看出，0XD3指令后面跟了4个参数，最后2个参数，读出来是0X93和0X41，刚好是我们控制器ILI9341的数字部分，从而，通过该指令，即可判别所用的LCD驱动器是什么型号，这样，我们的代码，就可以根据控制器的型号去执行对应驱动IC的初始化代码，从而兼容不同驱动IC的屏，使得一个代码支持多款LCD。

接下来看指令：0X36，这是存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向，简单的说，就是在连续写GRAM的时候，可以控制GRAM指针的增长方向，从而控制显示方式（读GRAM也是一样）。该指令如表所示:

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从上表可以看出，0X36指令后面，紧跟一个参数，这里我们主要关注：MY、MX、MV这三个位，通过这三个位的设置，我们可以控制整个ILI9341的全部扫描方向，如表所示:

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这样，我们在利用ILI9341显示内容的时候，就有很大灵活性了，比如显示BMP图片，BMP解码数据，就是从图片的左下角开始，慢慢显示到右上角，如果设置LCD扫描方向为从左到右，从下到上，那么我们只需要设置一次坐标，然后就不停的往LCD填充颜色数据即可，这样可以大大提高显示速度。

接下来看指令：0X2A，这是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置横坐标（x坐标），该指令如表所示：

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在默认扫描方式时，该指令用于设置x坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SC和EC，即列地址的起始值和结束值，SC必须小于等于EC，且0≤SC/EC≤239。一般在设置x坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SC即可，因为如果EC没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。

与0X2A指令类似，指令：0X2B，是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置纵坐标（y坐标）。该指令如表所示：

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在默认扫描方式时，该指令用于设置y坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SP和EP，即页地址的起始值和结束值，SP必须小于等于EP，且0≤SP/EP≤319。一般在设置y坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SP即可，因为如果EP没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。

接下来看指令：0X2C，该指令是写GRAM指令，在发送该指令之后，我们便可以往LCD的GRAM里面写入颜色数据了，该指令支持连续写，指令描述如表所示：

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从上表可知，在收到指令0X2C之后，数据有效位宽变为16位，我们可以连续写入LCD GRAM值，而GRAM的地址将根据MY/MX/MV设置的扫描方向进行自增。例如：假设设置的是从左到右，从上到下的扫描方式，那么设置好起始坐标（通过SC，SP设置）后，每写入一个颜色值，GRAM地址将会自动自增1（SC++），如果碰到EC，则回到SC，同时SP++，一直到坐标：EC，EP结束，其间无需再次设置的坐标，从而大大提高写入速度。

最后，来看看指令：0X2E，该指令是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存（GRAM），该指令在ILI9341的数据手册上面的描述是有误的，真实的输出情况如表所示：

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该指令用于读取GRAM，如表所示，ILI9341在收到该指令后，第一次输出的是dummy数据，也就是无效的数据，第二次开始，读取到的才是有效的GRAM数据（从坐标：SC，SP开始），输出规律为：每个颜色分量占8个位，一次输出2个颜色分量。比如：第一次输出是R1G1，随后的规律为：B1R2àG2B2àR3G3àB3R4àG4B4àR5G5… 以此类推。如果我们只需要读取一个点的颜色值，那么只需要接收到参数3即可，如果要连续读取（利用GRAM地址自增，方法同上），那么就按照上述规律去接收颜色数据。

以上，就是操作ILI9341常用的几个指令，通过这几个指令，我们便可以很好的控制ILI9341显示我们所要显示的内容了。

一般TFTLCD模块的使用流程如图：

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任何LCD，使用流程都可以简单的用以上流程图表示。其中硬复位和初始化序列，只需要执行一次即可。而画点流程就是：设置坐标à写GRAM 指令à写入颜色数据，然后在LCD 上面，我们就可以看到对应的点显示我们写入的颜色了。读点流程为：设置坐标à读GRAM 指令à读取颜色数据，这样就可以获取到对应点的颜色数据了。

以上只是最简单的操作，也是最常用的操作，有了这些操作，一般就可以正常使用TFTLCD 了。接下来我们将该模块用来来显示字符和数字，通过以上介绍，我们可以得出TFTLCD 显示需要的相关设置步骤如下：

1）设置STM32F4 与TFTLCD 模块相连接的IO。

这一步，先将我们与TFTLCD 模块相连的IO 口进行初始化，以便驱动LCD。这里我们用到的是FSMC。

2）初始化TFTLCD 模块。

初始化序列，这里我们没有硬复位LCD，因为开发板的LCD 接口，将TFTLCD 的RST 同STM32F4 的RESET 连接在一起了，只要按下开发板的RESET 键，就会对LCD 进行硬复位。初始化序列，就是向LCD 控制器写入一系列的设置值，这些初始化序列一般LCD 供应商会提供给客户，我们直接使用这些序列即可，不需要深入研究。在初始化之后，LCD 才可以正常使用。

3）通过函数将字符和数字显示到TFTLCD 模块上。

这一步的流程，即：设置坐标à写GRAM 指令à写GRAM 来实现，但是这个步骤，只是一个点的处理，我们要显示字符/数字，就必须要多次使用这个步骤，从而达到显示字符/数字的目的，所以需要设计一个函数来实现数字/字符的显示，之后调用该函数，就可以实现数字/字符的显示了。

FSMC 简介

STM32F407 或STM32F417 系列芯片都带有FSMC 接口， STM32F4 开发板的主芯片为STM32F407IGT6，是带有FSMC 接口的。

FSMC，即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和16 位PC 存储器卡连接，STM32F4 的FSMC 接口支持包括SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH 和PSRAM 等存储器。FSMC 的框图如图所示：

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从上图我们可以看出，STM32F4的FSMC将外部设备分为2类：NOR/PSRAM设备、NAND/PC卡设备。他们共用地址数据总线等信号，他们具有不同的CS以区分不同的设备，比如本章我们用到的TFTLCD就是用的FSMC_NE4做片选，其实就是将TFTLCD当成SRAM来控制。

这里我们介绍下为什么可以把TFTLCD当成SRAM设备用：首先我们了解下外部SRAM的连接，外部SRAM的控制一般有：地址线（如A0A18）、数据线（如D0D15）、写信号（WE）、读信号（OE）、片选信号（CS），如果SRAM支持字节控制，那么还有UB/LB信号。而TFTLCD的信号我们前面有介绍，包括：RS、D0D15、WR、RD、CS、RST和BL等，其中真正在操作LCD的时候需要用到的就只有：RS、D0D15、WR、RD和CS。其操作时序和SRAM的控制完全类似，唯一不同就是TFTLCD有RS信号，但是没有地址信号。

TFTLCD通过RS信号来决定传送的数据是数据还是命令，本质上可以理解为一个地址信号，比如我们把RS接在A0上面，那么当FSMC控制器写地址0的时候，会使得A0变为0，对TFTLCD来说，就是写命令。而FSMC写地址1的时候，A0将会变为1，对TFTLCD来说，就是写数据了。这样，就把数据和命令区分开了，他们其实就是对应SRAM操作的两个连续地址。当然RS也可以接在其他地址线上，开发板STM32F4开发板是把RS连接在A18上面的。

STM32F4的FSMC支持8/16/32位数据宽度，我们这里用到的LCD是16位宽度的，所以在设置的时候，选择16位宽就OK了。我们再来看看FSMC的外部设备地址映像，STM32F4的FSMC将外部存储器划分为固定大小为256M字节的四个存储块，如图所示：

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从上图可以看出，FSMC总共管理1GB空间，拥有4个存储块（Bank），本章，我们用到的是块1，所以在本章我们仅讨论块1的相关配置，其他块的配置，请参考《STM32F4xx中文参考手册》第32章（1191页）的相关介绍。

STM32F4的FSMC存储块1（Bank1）被分为4个区，每个区管理64M字节空间，每个区都有独立的寄存器对所连接的存储器进行配置。Bank1的256M字节空间由28根地址线（HADDR[27:0]）寻址。

这里HADDR是内部AHB地址总线，其中HADDR[25:0]来自外部存储器地址FSMC_A[25:0]，而HADDR[26:27]对4个区进行寻址。如表所示：

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我们要特别注意HADDR[25:0]的对应关系：

当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：HADDR[25:1]àFSMC_A[24:0]。

当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：HADDR[25:0]àFSMC_A[25:0]。

不论外部接8位**/16位宽设备，FSMC_A[0]永远接在外部设备地址A[0]**。这里，TFTLCD使用的是16位数据宽度，所以HADDR[0]并没有用到，只有HADDR[25:1]是有效的，对应关系变为：HADDR[25:1]àFSMC_A[24:0]，相当于右移了一位，这里请大家特别留意。另外，HADDR[27:26]的设置，是不需要我们干预的，比如：当你选择使用Bank1的第三个区，即使用FSMC_NE3来连接外部设备的时候，即对应了HADDR[27:26]=10，我们要做的就是配置对应第3区的寄存器组，来适应外部设备即可。STM32F4的FSMC各Bank配置寄存器如表：

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对于NOR FLASH控制器，主要是通过FSMC_BCRx、FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx寄存器设置（其中x=1~4，对应4个区）。通过这3个寄存器，可以设置FSMC访问外部存储器的时序参数，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。FSMC的NOR FLASH控制器支持同步和异步突发两种访问方式。选用同步突发访问方式时，FSMC将HCLK(系统时钟)分频后，发送给外部存储器作为同步时钟信号FSMC_CLK。此时需要的设置的时间参数有2个：

1，HCLK与FSMC_CLK的分频系数(CLKDIV)，可以为2～16分频；

2，同步突发访问中获得第1个数据所需要的等待延迟(DATLAT)。

对于异步突发访问方式，FSMC主要设置3个时间参数：地址建立时间(ADDSET)、数据建立时间(DATAST)和地址保持时间(ADDHLD)。FSMC综合了SRAM／ROM、PSRAM和NOR Flash产品的信号特点，定义了4种不同的异步时序模型。选用不同的时序模型时，需要设置不同的时序参数，如表所列：

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在实际扩展时，根据选用存储器的特征确定时序模型，从而确定各时间参数与存储器读／写周期参数指标之间的计算关系；利用该计算关系和存储芯片数据手册中给定的参数指标，可计算出FSMC所需要的各时间参数，从而对时间参数寄存器进行合理的配置。

本章，我们使用异步模式A（ModeA）方式来控制TFTLCD，模式A的读操作时序如图所示：

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模式A读操作时序图

模式A支持独立的读写时序控制，这个对我们驱动TFTLCD来说非常有用，因为TFTLCD在读的时候，一般比较慢，而在写的时候可以比较快，如果读写用一样的时序，那么只能以读的时序为基准，从而导致写的速度变慢，或者在读数据的时候，重新配置FSMC的延时，在读操作完成的时候，再配置回写的时序，这样虽然也不会降低写的速度，但是频繁配置，比较麻烦。而如果有独立的读写时序控制，那么我们只要初始化的时候配置好，之后就不用再配置，既可以满足速度要求，又不需要频繁改配置。

模式A的写操作时序如图所示：

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模式A写操作时序

​ 图中的ADDSET与DATAST，是通过不同的寄存器设置的，接下来我们讲解一下Bank1的几个控制寄存器。

SRAM/NOR闪存片选控制寄存器：FSMC_BCRx（x=1~4），该寄存器各位描述如图所示：

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图FSMC_BCRx寄存器各位描述

该寄存器我们在本章用到的设置有：EXTMOD、WREN、MWID、MTYP和MBKEN这几个设置，我们将逐个介绍。

EXTMOD：扩展模式使能位，也就是是否允许读写不同的时序，很明显，我们本章需要读写不同的时序，故该位需要设置为1。

WREN：写使能位。我们需要向TFTLCD写数据，故该位必须设置为1。

MWID[1:0]：存储器数据总线宽度。00，表示8位数据模式；01表示16位数据模式；10和11保留。我们的TFTLCD是16位数据线，所以设置WMID[1:0]=01。

MTYP[1:0]：存储器类型。00表示SRAM、ROM；01表示PSRAM；10表示NOR FLASH;11保留。前面提到，我们把TFTLCD当成SRAM用，所以需要设置MTYP[1:0]=00。

MBKEN：存储块使能位。这个容易理解，我们需要用到该存储块控制TFTLCD，当然要使能这个存储块了。

​ SRAM/NOR闪存片选时序寄存器：FSMC_BTRx（x=1~4），该寄存器各位描述如图所示：

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FSMC_BTRx寄存器各位描述

这个寄存器包含了每个存储器块的控制信息，可以用于SRAM、ROM和NOR闪存存储器。如果FSMC_BCRx寄存器中设置了EXTMOD位，则有两个时序寄存器分别对应读(本寄存器)和写操作(FSMC_BWTRx寄存器)。因为我们要求读写分开时序控制，所以EXTMOD是使能了的，也就是本寄存器是读操作时序寄存器，控制读操作的相关时序。本章我们要用到的设置有：ACCMOD、DATAST和ADDSET这三个设置。

ACCMOD[1:0]：访问模式。00表示访问模式A；01表示访问模式B；10表示访问模式C；11表示访问模式D，本章我们用到模式A，故设置为00。

DATAST[7:0]：数据保持时间。0为保留设置，其他设置则代表保持时间为: DATAST个HCLK时钟周期，最大为255个HCLK周期。对ILI9341来说，其实就是RD低电平持续时间，一般为355ns。而一个HCLK时钟周期为6ns左右（1/168Mhz），为了兼容其他屏，我们这里设置DATAST为60，也就是60个HCLK周期，时间大约是360ns。

ADDSET[3:0]：地址建立时间。其建立时间为：ADDSET个HCLK周期，最大为15个HCLK周期。对ILI9341来说，这里相当于RD高电平持续时间，为90ns，我们设置ADDSET为15，即15*6=90ns。

SRAM/NOR闪写时序寄存器：FSMC_BWTRx（x=1~4），该寄存器各位描述如图所示：

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FSMC_BWTRx寄存器各位描述

该寄存器在本章用作写操作时序控制寄存器，需要用到的设置同样是：ACCMOD、DATAST和ADDSET这三个设置。这三个设置的方法同FSMC_BTRx一模一样，只是这里对应的是写操作的时序，ACCMOD设置同FSMC_BTRx一模一样，同样是选择模式A，另外DATAST和ADDSET则对应低电平和高电平持续时间，对ILI9341来说，这两个时间只需要15ns就够了，比读操作快得多。所以我们这里设置DATAST为2，即3个HCLK周期，时间约为18ns。然后ADDSET设置为3，即3个HCLK周期，时间为18ns。

至此，我们对STM32F4的FSMC介绍就差不多了，通过以上两个小节的了解，我们可以开始写LCD的驱动代码了。不过，这里还要给大家做下科普，在MDK的寄存器定义里面，并没有定义FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等这个单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合。

FSMC_BCRx和FSMC_BTRx，组合成BTCR[8]寄存器组，他们的对应关系如下：

BTCR[0]对应FSMC_BCR1，BTCR[1]对应FSMC_BTR1

BTCR[2]对应FSMC_BCR2，BTCR[3]对应FSMC_BTR2

BTCR[4]对应FSMC_BCR3，BTCR[5]对应FSMC_BTR3

BTCR[6]对应FSMC_BCR4，BTCR[7]对应FSMC_BTR4

FSMC_BWTRx则组合成BWTR[7]，他们的对应关系如下：

BWTR[0]对应FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应FSMC_BWTR2，

BWTR[4]对应FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应FSMC_BWTR4，

BWTR[1]、BWTR[3]和BWTR[5]保留，没有用到。

通过上面的讲解，通过对FSMC相关的寄存器的描述，大家对FSMC的原理有了一个初步的认识，如果还不熟悉的朋友，请一定要搜索网络资料理解FSMC的原理。只有理解了原理，使用库函数才可以得心应手。那么在库函数中是怎么实现FSMC的配置的呢？FSMC_BCRx，FSMC_BTRx寄存器在库函数是通过什么函数来配置的呢？下面我们来讲解一下FSMC相关的库函数：

FSMC初始化函数

根据前面的讲解，初始化FSMC主要是初始化三个寄存器FSMC_BCRx，FSMC_BTRx，FSMC_BWTRx，在HAL库中提供了FSMC初始化函数为

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HAL_SRAM_Init();

下面我们看看函数定义：

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HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Init(SRAM_HandleTypeDef *hsram, FMC_NORSRAM_TimingTypeDef  *Timing, FMC_NORSRAM_TimingTypeDef *ExtTiming);

​ 这个函数有三个入口参数，SRAM_HandleTypeDef类型指针变量、FMC_NORSRAM_TimingTypeDef类型指针变量、FMC_NORSRAM_TimingTypeDef类型指针变量。

FMC_NORSRAM_TimingTypeDef指针类型的成员变量。前面我们讲到，FSMC有读时序和写时序之分，所以这里就是用来设置读时序和写时序的参数了，也就是说，这两个参数是用来配置寄存器FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx，后面我们会讲解到。下面我们主要来看看模式A下的相关配置参数：

参数NSBank用来设置使用到的存储块标号和区号，前面讲过，我们是使用的存储块1区号1，所以选择值为FSMC_NORSRAM_BANK1。

参数MemoryType用来设置存储器类型，我们这里是SRAM，所以选择值为

FSMC_MEMORY_TYPE_SRAM。

参数MemoryDataWidth用来设置数据宽度，可选8位还是16位，这里我们是16位数据宽度，所以选择值为FSMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16。

参数WriteOperation用来设置写使能，毫无疑问，我们前面讲解过我们要向TFT写数据，所以要写使能，这里我们选择FSMC_WRITE_OPERATION_ENABLE。

参数ExtendedMode是设置扩展模式使能位，也就是是否允许读写不同的时序，这里我们采取的读写不同时序，所以设置值为FSMC_EXTENDED_MODE_ENABLE。

上面的这些参数是与模式A相关的，下面我们也来稍微了解一下其他几个参数的意义吧：

参数DataAddressMux用来设置地址/数据复用使能，若设置为使能，那么地址的低16位和数据将共用数据总线，仅对NOR和PSRAM有效，所以我们设置为默认值不复用，值

FSMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE。

其他参数在成组模式同步模式才需要设置，大家可以参考中文参考手册了解相关参数的意思。

接下来我们看看设置读写时序参数的两个变量FSMC_ReadWriteTim和FSMC_WriteTim，他们都是FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef结构体指针类型，这两个参数在初始化的时候分别用来初始化片选控制寄存器FSMC_BTRx和写操作时序控制寄存器FSMC_BWTRx。下面我们看看FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef类型的定义：

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typedef  struct   {   uint32_t AddressSetupTime;  uint32_t  AddressHoldTime;   uint32_t  DataSetupTime;   uint32_t  BusTurnAroundDuration;   uint32_t  CLKDivision;   uint32_t  DataLatency;   uint32_t  AccessMode;   }FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef;

这个结构体有7个参数用来设置FSMC读写时序。其实这些参数的意思我们前面在讲解FSMC的时序的时候有提到，主要是设计地址建立保持时间，数据建立时间等等配置，对于我们的实验中，读写时序不一样，读写速度要求不一样，所以对于参数FSMC_DataSetupTime设置了不同的值，大家可以对照理解一下。记住，这些参数的意义在前面讲解FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx寄存器的时候都有提到，大家可以翻过去看看。

三.引脚说明与硬件连接

我们显示屏十连接在P1插座下方，P1是连接STM32内部FSMC总线。打开开发板的原理图，如图1所示，在使用过程中将TFTLCD屏幕向下对齐插在P1排母座上。

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图1 TFTLCD显示屏接口

表1 开发板上TFTLCD输出脚位置

设备名 引脚号 设备名 引脚号
3V3 3V3 PF13 PF13
GND GND FMC_D15 PD10
FMC_D14 PD9 FMC_D13 PD8
FMC_D12 PE15 FMC_D11 PE14
FMC_D10 PE13 FMC_D9 PE12
FMC_D8 PE11 FMC_D7 PE10
FMC_D6 PE9 FMC_D5 PE8
FMC_D4 PE7 FMC_D3 PD1
FMC_D2 PD0 FMC_D1 PD15
FMC_D0 PD14 RESET RESET
FMC_NOE PD4 FMC_NWE PD5
FMC_A18 PD13 FMC_NE1 PD7

图中圈出来的部分就是连接TFTLCD模块的接口，液晶模块直接插上去即可。

在硬件上，TFTLCD模块与探索者STM32F4开发板的IO口对应关系如下：

LCD_BL(背光控制)对应PF13;

LCD_CS对应PD7即FMC_NE1;

LCD _RS对应PD13即FMC_A18;

LCD _WR对应PD5即FMC_NWE;

LCD _RD对应PD4即FMC_NOE;

LCD _D[15:0]则直接连接在FMC_D15~FMC_D0;

这些线的连接，探索者STM32F4开发板的内部已经连接好了，我们只需要将TFTLCD模块插上去就好了。实物连接如图18.2.2所示：

​ TFTLCD屏幕和P1座子连接如图所示：

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四.程序设计

本实验，我们新建了lcd.c , lcd.h , font.h ,文件。文件用来存放lcd相关的驱动函数及显示代码。

同时，FSMC相关的库函数分布在stm32f4xx_hal_fsmc.c文件和头文件stm32f4xx_hal_fsmc.h中。配置FSMC接口的文件在fsmc.c中。

本实验，我们用到FSMC驱动LCD，通过前面的介绍，我们知道TFTLCD的RS接在FSMC的A18上面，CS接在FSMC_NE1上，并且是16位数据总线。即我们使用的是FSMC存储器1的第4区，我们定义如下LCD操作结构体（在lcd.h里面定义）：

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//LCD操作结构体  typedef struct   {   vu16 LCD_REG;   vu16 LCD_RAM;   } LCD_TypeDef;   //使用NOR/SRAM的Bank1.sector4,地址位HADDR[27,26]=11 A18作为数据命令区分线  //注意16位数据总线时，STM32内部地址会右移一位对齐!   #define LCD_BASE ((u32)(0x60000000 | 0x0007FFFE))   #define LCD ((LCD_TypeDef *) LCD_BASE)

其中LCD_BASE，必须根据我们外部电路的连接来确定，我们使用Bank1.sector1就是从地址0X60000000开始，而0x0007FFFE，则是A18的偏移量，这里很多朋友不理解这个偏移量的概念，简单说明下：以A18为例，7FFFE转换成二进制就是：1111111111111111110，而16位数据时，地址右移一位对齐，那么实际对应到地址引脚的时候，就是：A18:A0=0111111111111111111，此时A18是0，但是如果16位地址再加1（注意：对应到8位地址是加2，即7FFFE +0X02），那么：A18:A0=1000000000000000000，此时A18就是1了，即实现了对RS的0和1的控制。

我们将这个地址强制转换为LCD_TypeDef结构体地址，那么可以得到LCD->LCD_REG的地址就是0X6007FFFE，对应A18的状态为0(即RS=0)，而LCD-> LCD_RAM的地址就是0X6080,0000（结构体地址自增），对应A18的状态为1（即RS=1）。

所以，有了这个定义，当我们要往LCD写命令/数据的时候，可以这样写：

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LCD->LCD_REG=CMD;  //写命令  LCD->LCD_RAM=DATA; //写数据

而读的时候反过来操作就可以了，如下所示： 

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CMD=  LCD->LCD_REG;//读LCD寄存器  DATA = LCD->LCD_RAM;//读LCD

这其中，CS、WR、RD和IO口方向都是由FSMC控制，不需要我们手动设置了。接下来，我们先介绍一下lcd.h里面的另一个重要结构体:

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//LCD重要参数集  typedef struct   {   u16 width; //LCD 宽度  u16 height; //LCD 高度  u16 id; //LCD ID   u8 dir; //横屏还是竖屏控制：0，竖屏；1，横屏。  u16 wramcmd; //开始写gram指令  u16 setxcmd; //设置x坐标指令  u16 setycmd; //设置y坐标指令  }_lcd_dev;   //LCD参数  extern _lcd_dev lcddev; //管理LCD重要参数

该结构体用于保存一些LCD重要参数信息，比如LCD的长宽、LCD ID（驱动IC型号）、LCD横竖屏状态等，这个结构体虽然占用了十几个字节的内存，但是却可以让我们的驱动函数支持不同尺寸的LCD，同时可以实现LCD横竖屏切换等重要功能，所以还是利大于弊的。有了以上了解，下面我们开始介绍lcd.c里面的一些重要函数。

先看7个简单，但是很重要的函数：

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//写寄存器函数  //regval:寄存器值  void LCD_WR_REG(vu16 regval)   { regval=regval; //使用-O2优化的时候,必须插入的延时  LCD->LCD_REG=regval;//写入要写的寄存器序号  }   //写LCD数据  //data:要写入的值  void LCD_WR_DATA(vu16 data)   { data=data; //使用-O2优化的时候,必须插入的延时  LCD->LCD_RAM=data;   }  //读LCD数据  //返回值:读到的值  u16 LCD_RD_DATA(void)   { vu16 ram; //防止被优化  ram=LCD->LCD_RAM;   return ram;   }   //写寄存器  //LCD_Reg:寄存器地址  //LCD_RegValue:要写入的数据  void LCD_WriteReg(vu16 LCD_Reg, vu16 LCD_RegValue)   { LCD->LCD_REG = LCD_Reg; //写入要写的寄存器序号  LCD->LCD_RAM = LCD_RegValue; //写入数据  }   //读寄存器  //LCD_Reg:寄存器地址  //返回值:读到的数据  u16 LCD_ReadReg(vu16 LCD_Reg)   { LCD_WR_REG(LCD_Reg); //写入要读的寄存器序号  delay_us(5);   return LCD_RD_DATA(); //返回读到的值  }   //开始写GRAM   void LCD_WriteRAM_Prepare(void)   { LCD->LCD_REG=lcddev.wramcmd;   }   //LCD写GRAM    //RGB_Code:颜色值  void LCD_WriteRAM(u16 RGB_Code)   { LCD->LCD_RAM = RGB_Code;//写十六位GRAM   }

该函数实现将LCD的当前操作点设置到指定坐标(x,y)。因为9341/5310/6804/5510等的设置同其他屏有些不太一样，所以进行了区别对待。

接下来我们介绍第八个函数：画点函数。该函数实现代码如下：

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//画点  //x,y:坐标  //POINT_COLOR:此点的颜色  void LCD_DrawPoint(u16 x,u16 y)   {   LCD_SetCursor(x,y); //设置光标位置  LCD_WriteRAM_Prepare(); //开始写入GRAM   LCD->LCD_RAM=POINT_COLOR;  }

该函数实现比较简单，就是先设置坐标，然后往坐标写颜色。其中POINT_COLOR是我们定义的一个全局变量，用于存放画笔颜色，顺带介绍一下另外一个全局变量：BACK_COLOR，该变量代表LCD的背景色。LCD_DrawPoint函数虽然简单，但是至关重要，其他几乎所有上层函数，都是通过调用这个函数实现的。

有了画点，当然还需要有读点的函数，第九个介绍的函数就是读点函数，用于读取LCD的GRAM，这里我们读取TFTLCD模块数据的函数为LCD_ReadPoint，该函数直接返回读到的GRAM值。该函数使用之前要先设置读取的GRAM地址，通过LCD_SetCursor函数来实现。LCD_ReadPoint的代码如下：

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//读取个某点的颜色值  //x,y:坐标  //返回值:此点的颜色  u16 LCD_ReadPoint(u16 x,u16 y)   {   vu16 r=0,g=0,b=0;   if(x>=lcddev.width||y>=lcddev.height)return 0; //超过了范围,直接返回  LCD_SetCursor(x,y);   if(lcddev.id==0X9341||lcddev.id==0X6804||lcddev.id==0X5310)LCD_WR_REG(0X2E);    //9341/6804/3510 发送读GRAM指令  else if(lcddev.id==0X5510)LCD_WR_REG(0X2E00); //5510 发送读GRAM指令  else LCD_WR_REG(R34); //其他IC发送读GRAM指令  if(lcddev.id==0X9320)opt_delay(2); //FOR 9320,延时2us   LCD_RD_DATA(); //dummy Read   opt_delay(2);   r=LCD_RD_DATA(); //实际坐标颜色  if(lcddev.id==0X9341||lcddev.id==0X5310||lcddev.id==0X5510)    { //9341/NT35310/NT35510要分2次读出  opt_delay(2);   b=LCD_RD_DATA();   g=r&0XFF;//9341/5310/5510等,第一次读取的是RG的值,R在前,G在后,各占8位  g<<=8;   }   if(lcddev.id==0X9325||lcddev.id==0X4535||lcddev.id==0X4531||lcddev.id==0XB505||    lcddev.id==0XC505)return r; //这几种IC直接返回颜色值  else  if(lcddev.id==0X9341||lcddev.id==0X5310||lcddev.id==0X5510)return  (((r>>11)<<11)   |((g>>10)<<5)|(b>>11));  //ILI9341/NT35310/NT35510需要公式转换一下  else return LCD_BGR2RGB(r); //其他IC   }

在LCD_ReadPoint函数中，因为我们的代码不止支持一种LCD驱动器，所以，我们根据不同的LCD驱动器（(lcddev.id）型号，执行不同的操作，以实现对各个驱动器兼容，提高函数的通用性。

第十个要介绍的是字符显示函数LCD_ShowChar，该函数同前面OLED模块的字符显示函数差不多，但是这里的字符显示函数多了1个功能，就是可以以叠加方式显示，或者以非叠加方式显示。叠加方式显示多用于在显示的图片上再显示字符。非叠加方式一般用于普通的显示。该函数实现代码如下：

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//在指定位置显示一个字符  //x,y:起始坐标  //num:要显示的字符:" "--->"~"   //size:字体大小12/16/24   //mode:叠加方式(1)还是非叠加方式(0)   void  LCD_ShowChar(u16 x,u16 y,u8 num,u8 size,u8 mode)  {                                    u8 temp,t1,t;       u16 y0=y;       u8  csize=(size/8+((size%8)?1:0))*(size/2);               num=num-'  ';       for(t=0;t<csize;t++)       {               if(size==12)temp=asc2_1206[num][t];                   else  if(size==16)temp=asc2_1608[num][t];               else  if(size==24)temp=asc2_2412[num][t];               else  if(size==32)temp=asc2_3216[num][t];               else return;                                                for(t1=0;t1<8;t1++)            {                                  if(temp&0x80)LCD_Fast_DrawPoint(x,y,POINT_COLOR);                else  if(mode==0)LCD_Fast_DrawPoint(x,y,BACK_COLOR);                temp<<=1;                y++;                if(y>=lcddev.height)return;                        if((y-y0)==size)                {                     y=y0;                     x++;                     if(x>=lcddev.width)return;                         break;                }            }           }                      }

在LCD_ShowChar函数里面，我们采用快速画点函数LCD_Fast_DrawPoint来画点显示字符，该函数同LCD_DrawPoint一样，只是带了颜色参数，且减少了函数调用的时间，详见本例程源码。该代码中我们用到了三个字符集点阵数据数组asc2_2412、asc2_1206和asc2_1608，

最后，我们再介绍一下FSMC初始化函数MX_FSMC_Init ，该函数先初始化STM32与TFTLCD连接的IO口，并配置FSMC控制器，然后其简化代码如下：

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void  MX_FSMC_Init(void)  {   FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef Timing = {0};   FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef ExtTiming = {0};      /** Perform the SRAM1 memory initialization  sequence   */   hsram1.Instance = FSMC_NORSRAM_DEVICE;   hsram1.Extended = FSMC_NORSRAM_EXTENDED_DEVICE;   /* hsram1.Init */   hsram1.Init.NSBank = FSMC_NORSRAM_BANK1;   hsram1.Init.DataAddressMux =  FSMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE;   hsram1.Init.MemoryType =  FSMC_MEMORY_TYPE_SRAM;   hsram1.Init.MemoryDataWidth =  FSMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;   hsram1.Init.BurstAccessMode =  FSMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE;   hsram1.Init.WaitSignalPolarity =  FSMC_WAIT_SIGNAL_POLARITY_LOW;   hsram1.Init.WrapMode =  FSMC_WRAP_MODE_DISABLE;   hsram1.Init.WaitSignalActive =  FSMC_WAIT_TIMING_BEFORE_WS;   hsram1.Init.WriteOperation =  FSMC_WRITE_OPERATION_ENABLE;   hsram1.Init.WaitSignal =  FSMC_WAIT_SIGNAL_DISABLE;   hsram1.Init.ExtendedMode =  FSMC_EXTENDED_MODE_ENABLE;   hsram1.Init.AsynchronousWait =  FSMC_ASYNCHRONOUS_WAIT_DISABLE;   hsram1.Init.WriteBurst =  FSMC_WRITE_BURST_DISABLE;   hsram1.Init.PageSize = FSMC_PAGE_SIZE_NONE;   /* Timing */   Timing.AddressSetupTime = 15;   Timing.AddressHoldTime = 15;   Timing.DataSetupTime = 255;   Timing.BusTurnAroundDuration = 15;   Timing.CLKDivision = 16;   Timing.DataLatency = 17;   Timing.AccessMode = FSMC_ACCESS_MODE_A;   /* ExtTiming */   ExtTiming.AddressSetupTime = 15;   ExtTiming.AddressHoldTime = 15;   ExtTiming.DataSetupTime = 255;   ExtTiming.BusTurnAroundDuration = 15;   ExtTiming.CLKDivision = 16;   ExtTiming.DataLatency = 17;   ExtTiming.AccessMode = FSMC_ACCESS_MODE_A;      if (HAL_SRAM_Init(&hsram1, &Timing,  &ExtTiming) != HAL_OK)   {    Error_Handler( );   }     }

TFTLCD模块的初始化函数LCD_Init，读取LCD控制器的型号，根据控制IC的型号执行不同的初始化代码，

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//尝试9341 ID的读取  LCD_WR_REG(0XD3);   lcddev.id=LCD_RD_DATA(); //dummy read   lcddev.id=LCD_RD_DATA(); //读到0X00   lcddev.id=LCD_RD_DATA(); //读取93   lcddev.id<<=8;   lcddev.id|=LCD_RD_DATA(); //读取41   if(lcddev.id!=0X9341) //非9341,尝试看看是不是NT35310   {   LCD_WR_REG(0XD4);   lcddev.id=LCD_RD_DATA();//dummy read   lcddev.id=LCD_RD_DATA();//读回0X01   lcddev.id=LCD_RD_DATA();//读回0X53   lcddev.id<<=8;   lcddev.id|=LCD_RD_DATA(); //这里读回0X10   if(lcddev.id!=0X5310) //也不是NT35310,尝试看看是不是NT35510   {   LCD_WR_REG(0XDA00);   lcddev.id=LCD_RD_DATA(); //读回0X00   LCD_WR_REG(0XDB00);   lcddev.id=LCD_RD_DATA(); //读回0X80   lcddev.id<<=8;  LCD_WR_REG(0XDC00);    lcddev.id|=LCD_RD_DATA();  //读回0X00   if(lcddev.id==0x8000)lcddev.id=0x5510;   //NT35510读回的ID是8000H,为方便区分,我们强制设置为5510   if(lcddev.id!=0X5510) //也不是NT5510,尝试看看是不是SSD1963   {   LCD_WR_REG(0XA1);   lcddev.id=LCD_RD_DATA();   lcddev.id=LCD_RD_DATA(); //读回0X57   lcddev.id<<=8;   lcddev.id|=LCD_RD_DATA(); //读回0X61   if(lcddev.id==0X5761)lcddev.id=0X1963;   //SSD1963读回的ID是5761H,为方便区分,我们强制设置为1963   }   }   }   printf(" LCD ID:%x\r\n",lcddev.id); //打印LCD ID   if(lcddev.id==0X9341) //9341初始化  {   ……//9341初始化寄存器序列  }   else if(lcddev.id==0xXXXX) //其他LCD初始化代码  {   ……//其他LCD驱动IC，初始化代码  }   LCD_Display_Dir(0); //默认为竖屏显示  LCD_LED=1; //点亮背光  LCD_Clear(WHITE);   }

先对FSMC相关IO进行初始化，然后是FSMC的初始化，这个我们在前面都有介绍，最后根据读到的LCD ID，对不同的驱动器执行不同的初始化代码，从上面的代码可以看出，这个初始化函数可以针对十多款不同的驱动IC执行初始化操作，这样大大提高了整个程序的通用性。大家在以后的学习中应该多使用这样的方式，以提高程序的通用性、兼容性。

我们最后来看main函数，

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int  main(void)  {      uint16_t len=0;          HAL_Init();      SystemClock_Config();   MX_GPIO_Init();   MX_I2C2_Init();   MX_USART3_UART_Init();   MX_FSMC_Init();   MX_NVIC_Init();         delay_init(168);      delay_ms(100);      CH455_init();      LCD_Init();            CH455_Display(1,1);      CH455_Display(2,2);      CH455_Display(3,3);      CH455_Display(4,4);            __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,  UART_IT_RXNE);         HAL_UART_Transmit(&huart3,uartSendTitle,sizeof(uartSendTitle),1000);         while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_TC)!=SET);             while  (1)   {         POINT_COLOR=RED;         LCD_ShowString(10,0,240,32,32,"WWW.EMOOC.CC");                LCD_ShowString(10,40,240,32,32,"  STM32F4/H7");              LCD_ShowString(10,80,240,24,24,"TFTLCD  TEST");         LCD_ShowString(10,110,240,16,16,"2.4TFT@emooc");                            LCD_ShowString(10,150,240,12,12,"2021/6/30");                            }  }

五.实验结果

将TFTLCD屏幕插在P1接口上，下载程序后，观察界面波形：

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六.STM32CubeMX配置关键硬件截图

配置FSMC总线的cube图如图，所用到的外设如图所示：

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