26.1 实验内容
通过本实验主要学习以下内容:
26.2 实验原理
使用MCU的EXMC外设实现8080并口时序,和TFT-LCD控制器进行通信,控制LCD显示图片、字符、色块等。
26.2.1 TFT-LCD介绍
薄膜晶体管液晶显示器(英语:Thin film transistor liquid crystal display,常简称为TFT-LCD)是多数液晶显示器的一种,它使用薄膜晶体管技术改善影象品质。虽然TFT-LCD被统称为LCD,不过它是种主动式矩阵LCD,被应用在电视、平面显示器及投影机上。
简单说,TFT-LCD面板可视为两片玻璃基板中间夹着一层液晶,上层的玻璃基板是彩色滤光片、而下层的玻璃则有晶体管镶嵌于上。当电流通过晶体管产生电场变化,造成液晶分子偏转,藉以改变光线的偏极性,再利用偏光片决定像素的明暗状态。此外,上层玻璃因与彩色滤光片贴合,形成每个像素各包含红蓝绿三颜色,这些发出红蓝绿色彩的像素便构成了面板上的视频画面。
为了对TFT-LCD的显示进行控制,需要通过接口和液晶屏通信,但所谓与液晶屏通信,实际上还是与液晶屏驱动控制芯片在通信,而主控制器需要按控制芯片支持的通信进行交互,通常有UART、IIC、SPI、8080、MIPI等各类接口。另外需要注意的一点是:一般支持普通MCU接口的LCD驱动芯片,都需要内置GRAM(Graphics RAM), 至少能存储一个屏幕的数据。
这这里,我们使用了8080接口通过并行总线传输控制命令和数据,并通过往LCD液晶模组自带的GRAM更新数据实现屏幕的刷新。
GD32F3红枫派开发板TFT-LCD如下图所示,采用了ILI9488 LCD驱动器,分辨率320*480,支持多种通信接口,在GD32F303xx上,适合使用16-bit Parallel MCU Interface接口进行通信,开发板配套的LCD模块也采用了该接口设计和开发板进行连接。
26.2.2 LCD 8080并口时序介绍(16-bit Parallel MCU Interface)
8080接口是由英特尔设计,是一种并行、异步、半双工通信协议,作用是用于外扩RAM、ROM,后面也用于LCD接口。并行接口又分为 8位/16位/24位 三种, 顾名思义,就是数据总线的位宽。
26.2.3 EXMC外设和EXMC NOR/SRAM模式实现8080时序
我们对比上面的时序和16-bit Data Bus 8080 LCD时序,发现一些信号的时序是类似的,我们可以将这些信号进行对应:
EXMC_NEx -> CSx
EXMC_NOE->RDx
EXMC_NWE->WR
EXMC_D[15:0]->DB[15:0]
EXMC_Ax->D/C
这里巧妙的是使用EXMC_Ax引脚实现D/C的数据/命令切换功能,所以我们只需要选择一个方便布线的EXMC_Ax引脚,然后在软件中对该引脚对应的EXMC逻辑地址进行操作就可以实现程序读写不同地址时,D/C引脚的状态切换,从而实现访问一个EXMC地址时是数据或命令类似,访问该地址位反向的任意地址就是另外一个类型。对于程序中逻辑地址的影响,除了Ax引脚的选择外还有NEx引脚的选择。NE[0]-NE[3]对应如下图的NOR/SRAM BANK下的Region0-Region3。
26.3 硬件设计
在红枫派开发板设计中,我们使用EXMC_NE1引脚作为CS,EXMC_A12引脚作为D/C,同时LCD触摸接口使用SPI,LCD_BL为背光控制引脚,这里的引脚选用了带PWM的引脚,可以实现LCD的背光亮度调节。
LCD在显示过程电源电流会有变化,为了稳定电源我们在3.3V和5V接口上使用了1uf电容。
26.4 代码解析
26.4.1 CSx、D/C、BL相关功能定义和注册;
在EXMC LCD驱动代码中存在和电路设计匹配的变更点,往往让开发者头大,需要详细阅读用户手册来进行配置调整、读写地址调整;而在我们的驱动文件bsp_lcd.c中定义注册背光引脚、Ax、NEx引脚,当硬件设计变更时只需要在这里调整,驱动就可以在新的硬件中正常使用。
C //定义背光引脚的PWM通道和GPIO TIMER_CH_DEF(LCD_BL,TIMER12,0,TIMER_CH_PWM_HIGH,F,8,AF_PP,GPIO_TIMER12_REMAP); //定义使用的EXMC_Ax引脚 #define EXMC_Ax 12 GPIO_DEF(EXMC_Ax_GPIO,G,2,AF_PP,SET,NULL); //定义使用的EXMC_NEx引脚 #define EXMC_NEx 1 GPIO_DEF(EXMC_NEx_GPIO,D,7,AF_PP,SET,NULL); //LCD数据、命令地址转换 #define EXMC_LCD_D REG16(((uint32_t)(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGIONx_ADDR(EXMC_NEx)))|BIT(EXMC_Ax)*2) #define EXMC_LCD_C REG16(((uint32_t)(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGIONx_ADDR(EXMC_NEx)))) |
26.4.2 gpio和exmc初始化:
exmc使用了扩展模式,这样读和写的时序可以单独配置,因为LCD对读和写的要求时间是不同的,读的时候速率不能太高,如果使用一种参数类型就会为了满足读的要求而降低写的速率,影响最终刷屏的性能。这里主要调整读和写时的地址建立、数据建立时间,通常和硬件设计也有较大关系,这里红枫派开发板和配套LCD的电路可以在120M主频下,设置读数据建立5个clk、地址建立1个clk,写数据建立2个clk,地址建立1个clk。
C /*! * 说明 emxc LCD模式通用gpio初始化 * 输入[1] norsram_region: @EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION1/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION2/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION3 * 返回值 无 */ void driver_exmc_lcd_16bit_gpio_init(void) { /* EXMC clock enable */ rcu_periph_clock_enable(RCU_EXMC); /* GPIO clock enable */ rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOG); rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); /* configure EXMC_D[0~15]*/ /* PD14(EXMC_D0), PD15(EXMC_D1),PD0(EXMC_D2), PD1(EXMC_D3), PD8(EXMC_D13), PD9(EXMC_D14), PD10(EXMC_D15) */ gpio_init(GPIOD, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1| GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15); /* PE7(EXMC_D4), PE8(EXMC_D5), PE9(EXMC_D6), PE10(EXMC_D7), PE11(EXMC_D8), PE12(EXMC_D9), PE13(EXMC_D10), PE14(EXMC_D11), PE15(EXMC_D12) */ gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15); // /* configure PE2(EXMC_Ax) */ // gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_2); /* configure NOE and NWE */ gpio_init(GPIOD, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5); // /* configure EXMC NEx */ // gpio_init(GPIOD, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_7); gpio_compensation_config(GPIO_COMPENSATION_ENABLE); while(gpio_compensation_flag_get()==RESET); } /*! * 说明 emxc LCD模式初始化 * 输入[1] norsram_region: @EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION1/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION2/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION3 * 返回值 无 */ void driver_exmc_lcd_init(uint32_t norsram_region) { exmc_norsram_parameter_struct nor_init_struct; exmc_norsram_timing_parameter_struct nor_timing_read_init_struct; exmc_norsram_timing_parameter_struct nor_timing_write_init_struct; /* EXMC clock enable */ rcu_periph_clock_enable(RCU_EXMC); nor_init_struct.read_write_timing = &nor_timing_read_init_struct; nor_init_struct.write_timing = &nor_timing_write_init_struct; exmc_norsram_struct_para_init(&nor_init_struct); /* config timing parameter */ nor_timing_read_init_struct.asyn_access_mode = EXMC_ACCESS_MODE_A; nor_timing_read_init_struct.syn_data_latency = EXMC_DATALAT_2_CLK; nor_timing_read_init_struct.syn_clk_division = EXMC_SYN_CLOCK_RATIO_2_CLK; nor_timing_read_init_struct.bus_latency = 1; nor_timing_read_init_struct.asyn_data_setuptime = 5; nor_timing_read_init_struct.asyn_address_holdtime = 1; nor_timing_read_init_struct.asyn_address_setuptime = 1; /* config timing parameter */ nor_timing_write_init_struct.asyn_access_mode = EXMC_ACCESS_MODE_A; nor_timing_write_init_struct.syn_data_latency = EXMC_DATALAT_2_CLK; nor_timing_write_init_struct.syn_clk_division = EXMC_SYN_CLOCK_RATIO_2_CLK; nor_timing_write_init_struct.bus_latency = 1; nor_timing_write_init_struct.asyn_data_setuptime = 2; nor_timing_write_init_struct.asyn_address_holdtime = 1; nor_timing_write_init_struct.asyn_address_setuptime = 1; /* config EXMC bus parameters */ nor_init_struct.norsram_region = norsram_region; nor_init_struct.write_mode = EXMC_ASYN_WRITE; nor_init_struct.extended_mode = ENABLE; nor_init_struct.asyn_wait = DISABLE; nor_init_struct.nwait_signal = DISABLE; nor_init_struct.memory_write = ENABLE; nor_init_struct.nwait_config = EXMC_NWAIT_CONFIG_BEFORE; nor_init_struct.wrap_burst_mode = DISABLE; nor_init_struct.nwait_polarity = EXMC_NWAIT_POLARITY_LOW; nor_init_struct.burst_mode = DISABLE; nor_init_struct.databus_width = EXMC_NOR_DATABUS_WIDTH_16B; nor_init_struct.memory_type = EXMC_MEMORY_TYPE_SRAM; nor_init_struct.address_data_mux = DISABLE; exmc_norsram_init(&nor_init_struct); /* enable the EXMC bank0 NORSRAM */ exmc_norsram_enable(norsram_region); } |
26.4.3 LCD数据、命令读写:
LCD的命令、数据的读写都通过EXMC来实现,在读写EXMC的逻辑地址时对应的波形会发送到LCD上,命令/数据目前通过地址引脚控制,所以我们需要定义两个地址分别对应命令、数据地址,对这两个地址读和写就可以实现LCD读写数据、写命令功能。
C /** * 说明 LCD写数据 * 输入 data: 要写入的数据 * 返回值 无 */ void bsp_lcd_wr_data(__IO uint16_t data) { //delay_sysclk(1); EXMC_LCD_D = data; } /** * 说明 LCD写寄存器编号/地址函数 * 输入 regno: 寄存器编号/地址 * 返回值 无 */ void bsp_lcd_wr_regno(__IO uint16_t regno) { //delay_sysclk(1); EXMC_LCD_C = regno; /* 写入要写的寄存器序号 */ } /** * 说明 LCD写寄存器 * 输入 regno:寄存器编号/地址 * 输入 data:要写入的数据 * 返回值 无 */ void bsp_lcd_write_reg(__IO uint16_t regno,__IO uint16_t data) { //delay_sysclk(1); EXMC_LCD_C = regno; /* 写入要写的寄存器序号 */ //delay_sysclk(1); EXMC_LCD_D = data; /* 写入数据 */ } /** * 说明 LCD读数据 * 输入 无 * 返回值 读取到的数据 */ static uint16_t bsp_lcd_read_data(void) { //delay_sysclk(1); return EXMC_LCD_D; } |
26.4.4 LCD初始化
LCD初始化序列通常LCD驱动器厂家会提供相关寄存器配置,为了兼容不同的LCD,可以读取LCD ID后执行不同的驱动芯片初始化,初始化过程的寄存器配置就通过25.4.3章节实现的命令、数据读写接口实现:
C /** * 说明 初始化LCD * @note 该初始化函数可以初始化各种型号的LCD(详见本.c文件最前面的描述) * * 输入 无 * 返回值 无 */ uint32_t bsp_lcd_init(void) { bsp_lcd_port_init(); bsp_lcd_backlight_duty_set(BACK_LIGHT_DUTY); bsp_lcd_backlight_on(); /* 点亮背光 */ /* LCD的画笔颜色和背景色 */ bsp_lcd_parameter.g_point_color = WHITE; /* 画笔颜色 */ bsp_lcd_parameter.g_back_color = BLACK; /* 背景色 */ delay_ms(1); /* 初始化FSMC后,必须等待一定时间才能开始初始化 */ /* 尝试9341 ID的读取 */ bsp_lcd_wr_regno(0XD3); bsp_lcd_parameter.id = bsp_lcd_read_data(); /* dummy read */ bsp_lcd_parameter.id = bsp_lcd_read_data(); /* 读到0X00 */ bsp_lcd_parameter.id = bsp_lcd_read_data(); /* 读取0X93 */ bsp_lcd_parameter.id <<= 8; bsp_lcd_parameter.id |= bsp_lcd_read_data(); /* 读取0X41 */ if (bsp_lcd_parameter.id == 0X9488) { lcd_ex_ili9488_reginit(); /* 执行ILI9388初始化 */ } else if (bsp_lcd_parameter.id == 0X9341) { lcd_ex_ili9341_reginit(); /* 执行ILI9341初始化 */ }else{ return DRV_ERROR; } bsp_lcd_display_dir(0); /* 默认为竖屏 */ bsp_lcd_clear(WHITE); return DRV_SUCCESS; } /** * @brief ILI9488寄存器初始化代码 * @param 无 * @retval 无 */ void lcd_ex_ili9488_reginit(void) { //************* Start Initial Sequence **********// bsp_lcd_wr_regno(0XF7); bsp_lcd_wr_data(0xA9); bsp_lcd_wr_data(0x51); bsp_lcd_wr_data(0x2C); bsp_lcd_wr_data(0x82); bsp_lcd_wr_regno(0XEC); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x02); bsp_lcd_wr_data(0x03); bsp_lcd_wr_data(0x7A); bsp_lcd_wr_regno(0xC0); bsp_lcd_wr_data(0x13); bsp_lcd_wr_data(0x13); bsp_lcd_wr_regno(0xC1); bsp_lcd_wr_data(0x41); bsp_lcd_wr_regno(0xC5); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x28); bsp_lcd_wr_data(0x80); bsp_lcd_wr_regno(0xB1); //Frame rate 70HZ bsp_lcd_wr_data(0xB0); bsp_lcd_wr_data(0x11); bsp_lcd_wr_regno(0xB4); bsp_lcd_wr_data(0x02); bsp_lcd_wr_regno(0xB6); //RGB/MCU Interface Control bsp_lcd_wr_data(0x02); //MCU bsp_lcd_wr_data(0x22); bsp_lcd_wr_regno(0xB7); bsp_lcd_wr_data(0xc6); bsp_lcd_wr_regno(0xBE); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x04); bsp_lcd_wr_regno(0xE9); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_regno(0xF4); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x0f); bsp_lcd_wr_regno(0xE0); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x04); bsp_lcd_wr_data(0x0E); bsp_lcd_wr_data(0x08); bsp_lcd_wr_data(0x17); bsp_lcd_wr_data(0x0A); bsp_lcd_wr_data(0x40); bsp_lcd_wr_data(0x79); bsp_lcd_wr_data(0x4D); bsp_lcd_wr_data(0x07); bsp_lcd_wr_data(0x0E); bsp_lcd_wr_data(0x0A); bsp_lcd_wr_data(0x1A); bsp_lcd_wr_data(0x1D); bsp_lcd_wr_data(0x0F); bsp_lcd_wr_regno(0xE1); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x1B); bsp_lcd_wr_data(0x1F); bsp_lcd_wr_data(0x02); bsp_lcd_wr_data(0x10); bsp_lcd_wr_data(0x05); bsp_lcd_wr_data(0x32); bsp_lcd_wr_data(0x34); bsp_lcd_wr_data(0x43); bsp_lcd_wr_data(0x02); bsp_lcd_wr_data(0x0A); bsp_lcd_wr_data(0x09); bsp_lcd_wr_data(0x33); bsp_lcd_wr_data(0x37); bsp_lcd_wr_data(0x0F); bsp_lcd_wr_regno(0xF4); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x00); bsp_lcd_wr_data(0x0f); bsp_lcd_wr_regno(0x36); bsp_lcd_wr_data(0x08); bsp_lcd_wr_regno(0x3A); //Interface Mode Control bsp_lcd_wr_data(0x55); //0x66 18bit; 0x55 16bit bsp_lcd_wr_regno(0x20); bsp_lcd_wr_regno(0x11); delay_ms(120); bsp_lcd_wr_regno(0x29); delay_ms(50); } |
26.4.5 LCD画点函数实现
LCD在任意点显示想要的颜色值,需要设置显示光标到目标位置,然后就可以从该光标进行颜色数据写入,颜色信息将显示到LCD的指定坐标上。
C /** * 说明 画点 * 输入 x,y: 坐标 * 输入 color: 点的颜色(32位颜色,方便兼容LTDC) * 返回值 无 */ void bsp_lcd_draw_point(uint16_t x, uint16_t y, uint32_t color) { bsp_lcd_set_cursor(x, y); /* 设置光标位置 */ EXMC_LCD_C = bsp_lcd_parameter.wramcmd; /* 开始写入GRAM */ EXMC_LCD_D = color; } |
26.4.6 窗口设置和色块填充
LCD可以设置需显示的窗口,设置窗口后可以连续的写数据,像素信息会从窗口起始坐标开始自动递增和换行显示颜色。通过图块设置函数可以显示图片,移植到GUI等;这里我们通过DMA的MEM TO MEM模式可以降低色块填充过程的CPU占用率,同时提升刷屏速率。
C /** * 说明 在指定区域内填充指定颜色块 * 输入 (sx,sy),(ex,ey):填充矩形对角坐标,区域大小为:(ex - sx + 1) * (ey - sy + 1) * 输入 color: 要填充的颜色数组首地址 * 返回值 无 */ void bsp_lcd_color_fill(uint16_t sx, uint16_t sy, uint16_t ex, uint16_t ey, uint16_t *color) { uint16_t height, width; // uint32_t i; width = ex - sx + 1; /* 得到填充的宽度 */ height = ey - sy + 1; /* 高度 */ bsp_lcd_set_window(sx,sy,width,height); EXMC_LCD_C = bsp_lcd_parameter.wramcmd; driver_dma_mem_to_exmclcd_start((void*)&EXMC_LCD_D,&color[0],DMA_Width_16BIT,height*width); // for(uin32_t i = 0; i < height*width; i++) // { // EXMC_LCD_D = color[i]; // } } |
26.4.7 字符显示和LCD Printf
实现上述功能后,通过字库信息结合打点函数就可以实现字符的显示,我们同时实现了在lcd上打印信息,以printf的形式更轻易便捷的输出信息到LCD上。
C /** * 说明 LCD打印 * 输入 ...和printf相同用法,自动换行 * 返回值 无 */ void bsp_lcd_printf(const char * sFormat, ...) { char printf_buffer[64]; char* p=printf_buffer; uint16_t len=0,count=0; va_list ParamList; va_start(ParamList, sFormat); vsprintf(printf_buffer,sFormat, ParamList); va_end(ParamList); len=strlen(printf_buffer); while( ( ((*p <= '~') && (*p >= ' ')) || (*p =='\r') || (*p =='\n') ) && (count { if((*p =='\r')) { bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now = bsp_lcd_pritnf_parameter.x_start; } else if((*p =='\n')) { bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now += bsp_lcd_pritnf_parameter.size; bsp_lcd_fill(bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now,bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now,bsp_lcd_pritnf_parameter.x_end,bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now+bsp_lcd_pritnf_parameter.size,bsp_lcd_pritnf_parameter.back_color); } else if( (bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now + bsp_lcd_pritnf_parameter.size/2) > bsp_lcd_pritnf_parameter.x_end) { bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now = bsp_lcd_pritnf_parameter.x_start; bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now += bsp_lcd_pritnf_parameter.size; bsp_lcd_fill(bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now,bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now,bsp_lcd_pritnf_parameter.x_end,bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now+bsp_lcd_pritnf_parameter.size,bsp_lcd_pritnf_parameter.back_color); } else if ( (bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now+bsp_lcd_pritnf_parameter.size) > bsp_lcd_pritnf_parameter.y_end) { bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now = bsp_lcd_pritnf_parameter.x_start; bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now = bsp_lcd_pritnf_parameter.y_start; bsp_lcd_fill(bsp_lcd_pritnf_parameter.x_start,bsp_lcd_pritnf_parameter.y_start,bsp_lcd_pritnf_parameter.x_end,bsp_lcd_pritnf_parameter.y_end,bsp_lcd_pritnf_parameter.back_color); } if((*p !='\r')&&(*p !='\n')) { bsp_lcd_show_char(bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now, bsp_lcd_pritnf_parameter.y_now, *p, bsp_lcd_pritnf_parameter.size, 0, bsp_lcd_pritnf_parameter.point_color,bsp_lcd_pritnf_parameter.back_color); bsp_lcd_pritnf_parameter.x_now += bsp_lcd_pritnf_parameter.size / 2; } p++; count++; } } |
26.5 实验结果
复位后显示聚沃和GD LOG图片,大字显示LCD ID,刷屏时间、聚沃相关链接地址等。在下方设置了一个printf区窗口,循环打印亮度信息和系统tic信息。左右波动摇杆可以调节LCD亮度。
本教程由GD32 MCU方案商聚沃科技原创发布,了解更多GD32 MCU教程,关注聚沃科技官网
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