單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD的編程思路

單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD的方法有很多，網(wǎng)絡(luò)上也有很多配套的例程，但是，網(wǎng)上例程千千萬，誰是你的“no.1”。今天給大家分享一個(gè)以面向?qū)ο蟮姆绞接脝纹瑱C(jī)驅(qū)動(dòng)LCD的思路。LCD種類概述在討論怎么寫LCD驅(qū)動(dòng)之前，我們先大概了解一下嵌入式常用LCD。概述一些跟驅(qū)動(dòng)架構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的概念，在此不對原理和細(xì)節(jié)做深入討論，會(huì)有專門文章介紹，或者參考網(wǎng)絡(luò)文檔。TFTlcdTFTLCD，也就是我們常說的彩屏。通常像素較高，例如常見的2.8寸，320X240像素。4.0寸的，像素800X400。這些屏通常使用并口，也就是8080或6800接口（STM32的FSMC接口）；或者是RGB接口，STM32F429等芯片支持。其他例如手機(jī)上使用的有MIPI接口。總之，接口種類很多。也有一些支持SPI接口的。除非是比較小的屏幕，否則不建議使用SPI接口，速度慢，刷屏閃屏。玩STM32常用的TFTlcd屏幕驅(qū)動(dòng)IC通常有：ILI9341/ILI9325等。tftlcd：IPS：COGlcd很多人可能不知道COGLCD是什么，我覺得跟現(xiàn)在開發(fā)板銷售方向有關(guān)系，大家都出大屏，玩酷炫界面，對于更深的技術(shù)，例如軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，都不涉及。使用單片機(jī)的產(chǎn)品，COGLCD其實(shí)占比非常大。COG是ChipOnGlass的縮寫，就是驅(qū)動(dòng)芯片直接綁定在玻璃上，透明的。實(shí)物像下圖：這種LCD通常像素不高，常用的有128X64，128X32。一般只支持黑白顯示，也有灰度屏。接口通常是SPI，I2C。也有號(hào)稱支持8位并口的，不過基本不會(huì)用，3根IO能解決的問題，沒必要用8根吧？常用的驅(qū)動(dòng)IC：STR7565。OLEDlcd買過開發(fā)板的應(yīng)該基本用過。新技術(shù)，大家都感覺高檔，在手環(huán)等產(chǎn)品常用。OLED目前屏幕較小，大一點(diǎn)的都很貴。在控制上跟COGLCD類似，區(qū)別是兩者的顯示方式不一樣。從我們程序角度來看，最大的差別就是，OLEDLCD，不用控制背光。。。。。實(shí)物如下圖：常見的是SPI跟I2C接口。常見驅(qū)動(dòng)IC：SSD1615。硬件場景接下來的討論，都基于以下硬件信息：1、有一個(gè)TFT屏幕，接在硬件的FSMC接口，什么型號(hào)屏幕？不知道。2、有一個(gè)COGlcd，接在幾根普通IO口上，驅(qū)動(dòng)IC是STR7565，128X32像素。3、有一個(gè)COGLCD，接在硬件SPI3跟幾根IO口上，驅(qū)動(dòng)IC是STR7565，128x64像素。4、有一個(gè)OLEDLCD，接在SPI3上，使用CS2控制片選，驅(qū)動(dòng)IC是SSD1315。預(yù)備知識(shí)在進(jìn)入討論之前，我們先大概說一下下面幾個(gè)概念，對于這些概念，如果你想深入了解，請GOOGLE。面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο?，是編程界的一個(gè)概念。什么叫面向?qū)ο竽兀烤幊逃袃煞N要素：程序（方法），數(shù)據(jù)（屬性）。例如：一個(gè)LED，我們可以點(diǎn)亮或者熄滅它，這叫方法。LED什么狀態(tài)？亮還是滅？這就是屬性。我們通常這樣編程：u8ledsta=0;voidledset(u8sta){}這樣的編程有一個(gè)問題，假如我們有10個(gè)這樣的LED，怎么寫？這時(shí)我們可以引入面向?qū)ο缶幊?，將每一個(gè)LED封裝為一個(gè)對象?？梢赃@樣做：/*定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，將LED這個(gè)對象的屬性跟方法封裝。這個(gè)結(jié)構(gòu)體就是一個(gè)對象。但是這個(gè)不是一個(gè)真實(shí)的存在，而是一個(gè)對象的抽象。*/typedefstruct{u8sta;void(*setsta)(u8sta);}LedObj;/*聲明一個(gè)LED對象，名稱叫做LED1，并且實(shí)現(xiàn)它的方法drv_led1_setsta*/voiddrv_led1_setsta(u8sta){}LedObjLED1={.sta=0,.setsta=drv_led1_setsta,};/*聲明一個(gè)LED對象，名稱叫做LED2，并且實(shí)現(xiàn)它的方法drv_led2_setsta*/voiddrv_led2_setsta(u8sta){}LedObjLED2={.sta=0,.setsta=drv_led2_setsta,};/*操作LED的函數(shù)，參數(shù)指定哪個(gè)led*/voidledset(LedObj*led,u8sta){led->setsta(sta);}是的，在C語言中，實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮氖侄尉褪墙Y(jié)構(gòu)體的使用。上面的代碼，對于API來說，就很友好了。操作所有LED，使用同一個(gè)接口，只需告訴接口哪個(gè)LED。大家想想，前面說的LCD硬件場景。4個(gè)LCD，如果不面向?qū)ο?，「顯示漢字的接口是不是要實(shí)現(xiàn)4個(gè)」？每個(gè)屏幕一個(gè)？驅(qū)動(dòng)與設(shè)備分離如果要深入了解驅(qū)動(dòng)與設(shè)備分離，請看LINUX驅(qū)動(dòng)的書籍。什么是設(shè)備？我認(rèn)為的設(shè)備就是「屬性」，就是「參數(shù)」，就是「驅(qū)動(dòng)程序要用到的數(shù)據(jù)和硬件接口信息」。那么驅(qū)動(dòng)就是「控制這些數(shù)據(jù)和接口的代碼過程」。通常來說，如果LCD的驅(qū)動(dòng)IC相同，就用相同的驅(qū)動(dòng)。有些不同的IC也可以用相同的，例如SSD1315跟STR7565，除了初始化，其他都可以用相同的驅(qū)動(dòng)。例如一個(gè)COGlcd:驅(qū)動(dòng)IC是STR7565128*64像素用SPI3背光用PF5,命令線用PF4,復(fù)位腳用PF3上面所有的信息綜合，就是一個(gè)設(shè)備。驅(qū)動(dòng)就是STR7565的驅(qū)動(dòng)代碼。為什么要驅(qū)動(dòng)跟設(shè)備分離，因?yàn)橐鉀Q下面問題：有一個(gè)新產(chǎn)品，收銀設(shè)備。系統(tǒng)有兩個(gè)LCD，都是OLED，驅(qū)動(dòng)IC相同，但是一個(gè)是128x64，另一個(gè)是128x32像素，一個(gè)叫做主顯示，收銀員用；一個(gè)叫顧顯，顧客看金額。這個(gè)問題，「兩個(gè)設(shè)備用同一套程序控制」才是最好的解決辦法。驅(qū)動(dòng)與設(shè)備分離的手段：在驅(qū)動(dòng)程序接口函數(shù)的參數(shù)中增加設(shè)備參數(shù)，驅(qū)動(dòng)用到的所有資源從設(shè)備參數(shù)傳入。驅(qū)動(dòng)如何跟設(shè)備綁定呢？通過設(shè)備的驅(qū)動(dòng)IC型號(hào)。模塊化我認(rèn)為模塊化就是將一段程序封裝，提供穩(wěn)定的接口給不同的驅(qū)動(dòng)使用。不模塊化就是，在不同的驅(qū)動(dòng)中都實(shí)現(xiàn)這段程序。例如字庫處理，在顯示漢字的時(shí)候，我們要找點(diǎn)陣，在打印機(jī)打印漢字的時(shí)候，我們也要找點(diǎn)陣，你覺得程序要怎么寫？把點(diǎn)陣處理做成一個(gè)模塊，就是模塊化。非模塊化的典型特征就是「一根線串到底，沒有任何層次感」。LCD到底是什么前面我們說了面向?qū)ο螅F(xiàn)在要對LCD進(jìn)行抽象，得出一個(gè)對象，就需要知道LCD到底是什么。問自己下面幾個(gè)問題：LCD能做什么？要LCD做什么？誰想要LCD做什么？剛剛接觸嵌入式的朋友可能不是很了解，可能會(huì)想不通。我們模擬一下LCD的功能操作數(shù)據(jù)流。APP想要在LCD上顯示一個(gè)漢字。1、首先，需要一個(gè)顯示漢字的接口，APP調(diào)用這個(gè)接口就可以顯示漢字，假設(shè)接口叫做lcd_display_hz。2、漢字從哪來？從點(diǎn)陣字庫來，所以在lcd_display_hz函數(shù)內(nèi)就要調(diào)用一個(gè)叫做find_font的函數(shù)獲取點(diǎn)陣。3、獲取點(diǎn)陣后要將點(diǎn)陣顯示到LCD上，那么我們調(diào)用一個(gè)ILL9341_dis的接口，將點(diǎn)陣刷新到驅(qū)動(dòng)IC型號(hào)為ILI9341的LCD上。4、ILI9341_dis怎么將點(diǎn)陣顯示上去？調(diào)用一個(gè)8080_WRITE的接口。好的，這個(gè)就是大概過程，我們從這個(gè)過程去抽象LCD功能接口。漢字跟LCD對象有關(guān)嗎？無關(guān)。在LCD眼里，無論漢字還是圖片，都是一個(gè)個(gè)點(diǎn)。那么前面問題的答案就是：LCD可以一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)顯示內(nèi)容。要LCD顯示漢字或圖片-----就是顯示一堆點(diǎn)APP想要LCD顯示圖片或文字。結(jié)論就是：所有LCD對象的功能就是顯示點(diǎn)。「那么驅(qū)動(dòng)只要提供顯示點(diǎn)的接口就可以了，顯示一個(gè)點(diǎn)，顯示一片點(diǎn)?！钩橄蠼涌谌缦拢?*LCD驅(qū)動(dòng)定義*/typedefstruct{u16id;s32(*init)(DevLcd*lcd);s32(*draw_point)(DevLcd*lcd,u16x,u16y,u16color);s32(*color_fill)(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey,u16color);s32(*fill)(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey,u16*color);s32(*onoff)(DevLcd*lcd,u8sta);s32(*prepare_display)(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey);void(*set_dir)(DevLcd*lcd,u8scan_dir);void(*backlight)(DevLcd*lcd,u8sta);}_lcd_drv;上面的接口，也就是對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，包含了一個(gè)驅(qū)動(dòng)id號(hào)。id，驅(qū)動(dòng)型號(hào)初始化畫點(diǎn)將一片區(qū)域的點(diǎn)顯示某種顏色將一片區(qū)域的點(diǎn)顯示某些顏色顯示開關(guān)準(zhǔn)備刷新區(qū)域（主要彩屏直接DMA刷屏使用）設(shè)置掃描方向背光控制顯示字符，劃線等功能，不屬于LCD驅(qū)動(dòng)。應(yīng)該歸類到GUI層。LCD驅(qū)動(dòng)框架我們設(shè)計(jì)了如下的驅(qū)動(dòng)框架：設(shè)計(jì)思路：1、中間顯示驅(qū)動(dòng)IC驅(qū)動(dòng)程序提供統(tǒng)一接口，接口形式如前面說的_lcd_drv結(jié)構(gòu)體。2、各顯示IC驅(qū)動(dòng)根據(jù)設(shè)備參數(shù)，調(diào)用不同的接口驅(qū)動(dòng)。例如TFT就用8080驅(qū)動(dòng)，其他的都用SPI驅(qū)動(dòng)。SPI驅(qū)動(dòng)只有一份，用IO口控制的我們也做成模擬SPI。3、LCD驅(qū)動(dòng)層做LCD管理，例如完成TFTLCD的識(shí)別。并且將所有LCD接口封裝為一套接口。4、簡易GUI層封裝了一些顯示函數(shù)，例如劃線、字符顯示。5、字體點(diǎn)陣模塊提供點(diǎn)陣獲取與處理接口。由于實(shí)際沒那么復(fù)雜，在例程中我們將GUI跟LCD驅(qū)動(dòng)層放到一起。TFTLCD的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)也放到一個(gè)文件，但是邏輯是分開的。OLED除初始化，其他接口跟COGLCD基本一樣，因此這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)也放在一個(gè)文件。代碼分析代碼分三層：1、GUI和LCD驅(qū)動(dòng)層dev_lcd.cdev_lcd.h2、顯示驅(qū)動(dòng)IC層dev_str7565.c&dev_str7565.hdev_ILI9341.c&dev_ILI9341.h3、接口層mcu_spi.c&mcu_spi.hstm324xg_eval_fsmc_sram.c&stm324xg_eval_fsmc_sram.hGUI和LCD層這層主要有3個(gè)功能：「1、設(shè)備管理」首先定義了一堆LCD參數(shù)結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體包含ID，像素。并且把這些結(jié)構(gòu)體組合到一個(gè)list數(shù)組內(nèi)。/*各種LCD的規(guī)格參數(shù)*/_lcd_praLCD_IIL9341={.id=0x9341,.width=240,//LCD寬度.height=320,//LCD高度};.../*各種LCD列表*/_lcd_pra*LcdPraList[5]={&LCD_IIL9341,&LCD_IIL9325,&LCD_R61408,&LCD_Cog12864,&LCD_Oled12864,};然后定義了所有驅(qū)動(dòng)list數(shù)組，數(shù)組內(nèi)容就是驅(qū)動(dòng)，在對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)文件內(nèi)實(shí)現(xiàn)。/*所有驅(qū)動(dòng)列表驅(qū)動(dòng)列表*/_lcd_drv*LcdDrvList[]={&TftLcdILI9341Drv,&TftLcdILI9325Drv,&CogLcdST7565Drv,&OledLcdSSD1615rv,定義了設(shè)備樹，即是定義了系統(tǒng)有多少個(gè)LCD，接在哪個(gè)接口，什么驅(qū)動(dòng)IC。如果是一個(gè)完整系統(tǒng)，可以做成一個(gè)類似LINUX的設(shè)備樹。/*設(shè)備樹定義*/#defineDEV_LCD_C3//系統(tǒng)存在3個(gè)LCD設(shè)備LcdObjLcdObjList[DEV_LCD_C]={{"oledlcd",LCD_BUS_VSPI,0X1315},{"coglcd",LCD_BUS_SPI,0X7565},{"tftlcd",LCD_BUS_8080,NULL},};「2、接口封裝」voiddev_lcd_setdir(DevLcd*obj,u8dir,u8scan_dir)s32dev_lcd_init(void)DevLcd*dev_lcd_open(char*name)s32dev_lcd_close(DevLcd*dev)s32dev_lcd_drawpoint(DevLcd*lcd,u16x,u16y,u16color)s32dev_lcd_prepare_display(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey)s32dev_lcd_display_onoff(DevLcd*lcd,u8sta)s32dev_lcd_fill(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey,u16*color)s32dev_lcd_color_fill(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey,u16color)s32dev_lcd_backlight(DevLcd*lcd,u8sta)大部分接口都是對驅(qū)動(dòng)IC接口的二次封裝。有區(qū)別的是初始化和打開接口。初始化，就是根據(jù)前面定義的設(shè)備樹，尋找對應(yīng)驅(qū)動(dòng)，找到對應(yīng)設(shè)備參數(shù)，并完成設(shè)備初始化。打開函數(shù)，根據(jù)傳入的設(shè)備名稱，查找設(shè)備，找到后返回設(shè)備句柄，后續(xù)的操作全部需要這個(gè)設(shè)備句柄。「3、簡易GUI層」目前最重要就是顯示字符函數(shù)。s32dev_lcd_put_string(DevLcd*lcd,FontTypefont,intx,inty,char*s,unsignedcolidx)其他劃線畫圓的函數(shù)目前只是測試，后續(xù)會(huì)完善。驅(qū)動(dòng)IC層驅(qū)動(dòng)IC層分兩部分：「1、封裝LCD接口」LCD有使用8080總線的，有使用SPI總線的，有使用VSPI總線的。這些總線的函數(shù)由單獨(dú)文件實(shí)現(xiàn)。但是，除了這些通信信號(hào)外，LCD還會(huì)有復(fù)位信號(hào)，命令數(shù)據(jù)線信號(hào)，背光信號(hào)等。我們通過函數(shù)封裝，將這些信號(hào)跟通信接口一起封裝為「LCD通信總線」，也就是buslcd。BUS_8080在dev_ILI9341.c文件中封裝。BUS_LCD1和BUS_lcd2在dev_str7565.c中封裝?！?驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)」實(shí)現(xiàn)_lcd_drv驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體。每個(gè)驅(qū)動(dòng)都實(shí)現(xiàn)一個(gè)，某些驅(qū)動(dòng)可以共用函數(shù)。_lcd_drvCogLcdST7565Drv={.id=0X7565,.init=drv_ST7565_init,.draw_point=drv_ST7565_drawpoint,.color_fill=drv_ST7565_color_fill,.fill=drv_ST7565_fill,.onoff=drv_ST7565_display_onoff,.prepare_display=drv_ST7565_prepare_display,.set_dir=drv_ST7565_scan_dir,.backlight=drv_ST7565_lcd_bl};接口層8080層比較簡單，用的是官方接口。SPI接口提供下面操作函數(shù)，可以操作SPI，也可以操作VSPI。externs32mcu_spi_init(void);externs32mcu_spi_open(SPI_DEVdev,SPI_MODEmode,u16pre);externs32mcu_spi_close(SPI_DEVdev);externs32mcu_spi_transfer(SPI_DEVdev,u8*snd,u8*rsv,s32len);externs32mcu_spi_cs(SPI_DEVdev,u8sta);至于SPI為什么這樣寫，會(huì)有一個(gè)單獨(dú)文件說明。總體流程前面說的幾個(gè)模塊時(shí)如何聯(lián)系在一起的呢？請看下面結(jié)構(gòu)體：/*初始化的時(shí)候會(huì)根據(jù)設(shè)備數(shù)定義，并且匹配驅(qū)動(dòng)跟參數(shù)，并初始化變量。打開的時(shí)候只是獲取了一個(gè)指針*/struct_strDevLcd{s32gd;//句柄，控制是否可以打開LcdObj*dev;/*LCD參數(shù)，固定，不可變*/_lcd_pra*pra;/*LCD驅(qū)動(dòng)*/_lcd_drv*drv;/*驅(qū)動(dòng)需要的變量*/u8dir;//橫屏還是豎屏控制：0，豎屏；1，橫屏。u8scandir;//掃描方向u16width;//LCD寬度u16height;//LCD高度void*pri;//私有數(shù)據(jù)，黑白屏跟OLED屏在初始化的時(shí)候會(huì)開辟顯存};每一個(gè)設(shè)備都會(huì)有一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體在初始化LCD時(shí)初始化。成員dev指向設(shè)備樹，從這個(gè)成員可以知道設(shè)備名稱，掛在哪個(gè)LCD總線，設(shè)備ID。typedefstruct{char*name;//設(shè)備名字LcdBusTypebus;//掛在那條LCD總線上u16id;}LcdObj;成員pra指向LCD參數(shù)，可以知道LCD的規(guī)格。typedefstruct{u16id;u16width;//LCD寬度豎屏u16height;//LCD高度豎屏}_lcd_pra;成員drv指向驅(qū)動(dòng)，所有操作通過drv實(shí)現(xiàn)。typedefstruct{u16id;s32(*init)(DevLcd*lcd);s32(*draw_point)(DevLcd*lcd,u16x,u16y,u16color);s32(*color_fill)(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey,u16color);s32(*fill)(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey,u16*color);s32(*prepare_display)(DevLcd*lcd,u16sx,u16ex,u16sy,u16ey);s32(*onoff)(DevLcd*lcd,u8sta);void(*set_dir)(DevLcd*lcd,u8scan_dir);void(*backlight)(DevLcd*lcd,u8sta);}_lcd_drv;成員dir、scandir、width、height是驅(qū)動(dòng)要使用的通用變量。因?yàn)槊總€(gè)LCD都有一個(gè)結(jié)構(gòu)體，一套驅(qū)動(dòng)程序就能控制多個(gè)設(shè)備而互不干擾。成員pri是一個(gè)私有指針，某些驅(qū)動(dòng)可能需要有些比較特殊的變量，就全部用這個(gè)指針記錄，通常這個(gè)指針指向一個(gè)結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體由驅(qū)動(dòng)定義，并且在設(shè)備初始化時(shí)申請變量空間。目前主要用于COGLCD跟OLEDLCD顯示緩存。整個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)，就通過這個(gè)結(jié)構(gòu)體組合在一起。1、初始化，根據(jù)設(shè)備樹，找到驅(qū)動(dòng)跟參數(shù)，然后初始化上面說的結(jié)構(gòu)體。2、要使用LCD前，調(diào)用dev_lcd_open函數(shù)。打開成功就返回一個(gè)上面的結(jié)構(gòu)體指針。3、顯示字符，接口找到點(diǎn)陣后，通過上面結(jié)構(gòu)體的drv，調(diào)用對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。4、驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)體，決定操作哪個(gè)LCD總線，并且使用這個(gè)結(jié)構(gòu)體的變量。用法和好處好處1請看測試程序voiddev_lcd_test(void){DevLcd*LcdCog;DevLcd*LcdOled;DevLcd*LcdTft;/*打開三個(gè)設(shè)備*/LcdCog=dev_lcd_open("coglcd");if(LcdCog==NULL)uart_printf("opencoglcderr\r\n");LcdOled=dev_lcd_open("oledlcd");if(LcdOled==NULL)uart_printf("openoledlcderr\r\n");LcdTft=dev_lcd_open("tftlcd");if(LcdTft==NULL)uart_printf("opentftlcderr\r\n");/*打開背光*/dev_lcd_backlight(LcdCog,1);dev_lcd_backlight(LcdOled,1);dev_lcd_backlight(LcdTft,1);dev_lcd_put_string(LcdOled,FONT_SONGTI_1212,10,1,"ABC-abc，",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdOled,FONT_SIYUAN_1616,1,13,"這是oledlcd",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdOled,FONT_SONGTI_1212,10,30,"",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdOled,FONT_SIYUAN_1616,1,47,"屋脊雀工作室",BLACK);dev_lcd_pu