STM32CubeMX | 41 - 使用LTDC驱动TFT-LCD屏幕（RGB屏）

Posted 2021-07-30 Mculover666

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置 STM32F767IGT6 的 LTDC 外设驱动 TFT-LCD （RGB）屏幕。

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板：首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32F767IGT6的核心板+底板。
• TFT-LCD（RGB）屏幕：正点原子7寸RGB屏幕。

开发板底板（只用到了图中的核心板+底板）：

RGB屏幕（v1.3）：

软件准备

• STM32CubeMX：6.2.1
• Keil MDK：5.3.0

2. STM32 LTDC外设概述

2.1. 什么是LTDC

LTDC全称 LCD-TFT Display Controller，LCD显示控制器，提供了RGB信号和控制信号来直接控制外部LCD显示屏。

为什么是直接控制呢？

一般 TFT-LCD 屏幕中带有驱动IC，并集成有显存，其内部就在不断的将显存内容显示到LCD面板上，我们驱动这类屏幕时往往是直接去操作驱动IC，通过发送操作命令来设置显示模式，通过发送显示数据来修改显存内容，如图：

还有一些屏幕称为RGB屏幕，内部没有驱动IC，操作这种屏幕时往往使用MCU内部集成的LCD控制器直接去控制LCD显示，显存空间当然也是在MCU内部，按照空间大小可以选择放在内部SRAM或者外部SDRAM中，如图：

2.2. 颜色格式

LCD的原理可以理解为一个像素阵，常见的参数如下：

• 屏幕尺寸：对角线长度，单位英寸；
• 屏幕分辨率：像素点的数量，800*480表示一行有800个像素点、有480行；
• 色彩格式：像素点的颜色；

色彩格式是个很重要的参数，用来控制每个像素点的颜色。

单色屏的每个像素点只需要 1bit 来表示（非黑即白），而彩色屏的每个像素点则是由RGB三原色的值混合而成，常用有两种格式：

• RGB888（3B）：R值8位、G值8位、B值8位
• RGB565（2B）：R值5位、G值6位、B值5位

显然，RGB888 比 RGB565 表示的颜色更多、LTDC也支持RGB888格式，但是RGB888每个像素点需要24bit（3个字节）的显存空间来存储。在资源紧张的嵌入式系统中，在一般屏幕显示需求中过于浪费珍贵的SRAM空间，所以在不影响显示的情况下，建议使用RGB565格式，每个像素点只需要16bit（两个字节）的显存空间就够了。

除此之外，LTDC还支持透明颜色格式：

• ARGB8888（4B）：在RGB888的基础上增加了8位A值（Alpha），0x00表示完全透明、0xFF表示不透明；
• ARGB1555（2B）：在RGB565的基础上砍掉一位，用作A值，0表示完全透明、1表示不透明；

2.3. LTDC外设功能框图

2.4. LTDC的关键时序参数（重要）

LCD_CLK：像素时钟，每个脉冲刷新一个像素点，所有时序以此为基本单位；

名称	作用
HSYNC width	水平同步宽度
HBP	水平后沿周期
Active width	有效宽度
HFP	水平前沿周期
VSYNC width	垂直同步宽度
VBP	垂直后沿周期
Active height	有效高度
VFP	垂直前沿周期

Active width 和 Active height是可见的LCD显示面板分辨率，所以称为有效宽度和有效高度。

但是在LCD刷新显示的过程中需要水平消隐和垂直消隐：

• 水平消隐（行切换，从上一行到下一行）：HSYNC width + HBP + HFP
• 垂直消隐（帧切换，整屏刷新完毕）：VSYNC width + VBP + VFP

有效显示宽度和消隐宽度合在一起就是总宽度（Total width），有效显示高度和消隐高度合在一起就是总高度（Total height）。

2.5. LTDC的层和窗口

LTDC有三个层：背景层（BG）、图层1（Layer1）、图层2（Layer2），如图：

① 背景层只能是RGB888格式，并且是一个常量值，在LTDC初始化结构体中由 Backcolor 成员指定；

② 图层用来显示内容；

• 大小是之前我们设置的 Active width 和 Active height，称为有效区域，图中黄色部分；
• 在这个图层的有效区域中可以设置一个任意大小的窗口用于显示，称为Window，图中绿色部分；
• 当窗口小于图层有效区域时，窗口之外的区域会显示该图层背景色；

③ 图层混合

首先要清楚一点，背景和图层的大小都是 Active width 和 Active height。

背景层在最下面，如果开了单个图层，则显示结果为背景层和单个图层混合结果；如果两个图层都开，则显示结果为背景层先和图层1混合，混合结果再与图层2混合的结果。

图层混合在LTDC硬件上是一直开启的，可以直接配置该图层用于混合的Alapha常量来调节整层透明度，范围为0-255，0为完全透明、255为不透明、127为半透明。

如果配合ARGB数据格式可以玩出更多的花样，在此不再展开，后续专门写篇文章玩玩。

3. 使用STM32CubeMX生成工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32F767IGT6：

配置时钟源

• 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
• 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

配置串口

配置USART1用于打印日志，需要注意引脚：

配置SDRAM

本实验中需要在SDRAM中分配显存空间，参考教程：

• STM32CubeMX | 31-使用硬件FMC读写SDRAM（W9825G6KH）

配置LTDC

RGB LCD 原理图

本文使用的 RGB LCD 提供的接口示意图如下：

除了用来控制LCD背光的LCD_BL引脚连接到普通GPIO上，其余所有引脚都连接到LTDC外设对应的引脚上。

LCD的扫描方向控制引脚LCD_LR和LCD_UD由屏幕背面焊接的电阻决定，默认LCD_LR上拉、LCD_UD下拉：

LCD_LR对应屏幕引脚SHLR，LCD_UD对应屏幕引脚UPDN，根据默认上下拉情况得到默认扫描方向：从左到右，从上到下。

屏幕的上下左右标识如下：

为了同一个底板支持不同分辨率的屏幕，原子搞了一个垃圾设计，用LCD R7、LCD G7、LCD B7三个引脚来读取RGB屏幕的ID，从而判断是哪种类型的分辨率。

这里为了方便起见，使用例程测试出是 1024*600 分辨率的7寸RGB屏幕。

为什么说这是垃圾设计呢？因为我们一般情况下使用的是RGB565接口，参考手册中给出，接线方式是LCD R[0:4] <—> LTDC R[7:3]，R值低位是空余的，应该利用这三个去检测ID。

颜色格式配置

本文中使用RGB565颜色格式：

原子的板子设计和cubemx默认配置并不符合，需要手动检查修改GPIO。

屏幕时序参数配置

查阅屏幕的数据手册：


屏幕时序极性配保持默认即可：

背景颜色配置保持默认即可：

层配置

本文中为了演示层混合效果，使用两层配置。

① 图层上的窗口设置如下，有交叉部分，方便观察效果：

② 设置背景色和混合参数：

③ 设置显存空间：

本文中将帧缓存buffer创建在SDRAM中，SDRAM的起始地址为 0xC0000000，由于使用 RGB565 格式，每个像素点需要两个字节显存，所以整个显存空间为：10246002 = 1228800 B。

不设置显存空间，则该层窗口显示颜色会是黑框，与层1的窗口进行区分。

LTDC GPIO速度配置

LTDC的通信引脚一定要配置为高速度，否则无法驱动屏幕：

配置GPIO

LCD背光控制引脚接在PB5，配置为输出模式：

配置时钟树

STM32F767IG的最高主频到216M，使HCLK = 216Mhz即可：

LCD_DCK时钟在数据手册中给出的范围是：

保持默认的 48Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

4. 背景层显示测试

背景层的显示无需SDRAM，可以用来检查LTDC是否配置成功。

① 修改 main 函数，在LTDC初始化之前，GPIO初始化之后，打开背光：

② 修改ltdc.c中的 MX_LTDC_Init 函数，设置背景色为蓝色，并卡在初始化后等待：

如果配置无误，则屏幕会显示蓝色：

5. 添加SDRAM驱动

参考教程：STM32CubeMX | 31-使用硬件FMC读写SDRAM（W9825G6KH）

SDRAM驱动添加之后，需要在LTDC外设初始化之前，FMC外设初始化之后，添加SDRAM初始化函数：

6. 图层混合测试

图层1+背景层混合测试

保持背景层设置为蓝色不变，开启第1层显示，将while(1) 挪动到图层1初始化完毕之后：

显示效果如下，图层1的窗口显示内容从SDRAM中读出（否则会显示黑色），为白色区域，其余区域显示窗口1的背景色绿色：

此时，背景层的颜色为蓝色，图层1的颜色为白色+绿色，如果将图层透明度设置为半透明，则会看到图层1+背景层混合的效果：

见证奇迹的时刻来啦：

可以看到，图层1的白色区域和背景层混合，变为蓝色，而图层1的绿色区域与背景层混合，变为，我也不知道这是什么色~

图层2+图层1+背景层混合测试

接着再打开图层2，将while(1)挪至图层2初始化代码之后：

虽然三层都有显示，但是图层2设置为不透明，所以只会显示图层2；图层2的窗口因为没有设置显存，为黑色，窗口之外的区域为图层2的背景色红色，效果如下：

接下来将图层2的透明度也设置为半透明，即可看到三层混合的效果：

见证奇迹：

7. 图片显示

生成图片数组

虽然我们没有配置DMA2D外设，但这不能影响我们愉快的玩耍！DMA2D只是为了方便修改SDRAM中的显存用的。

之前配置的时候图层2没有配置显存空间，我们可以把一张图片编译进代码，然后把图片地址作为LTDC的显存地址，虽然此时显存空间在Flash里，我们没法在程序运行时动态的修改显存内容，但这丝毫不影响LTDC外设去读取显存中的图片内容啊！

之前我们设置图层2的窗口大小是400400，所以先去找一张图片，在画图工具中将大小改为400400像素，并另存为 .bmp 图片。

接着使用STemwin中提供的 BmpCvtST.exe 工具，打开刚刚生成的bmp图片，点击另存为：

选择保存为C文件：

格式选择RGB565、红蓝交换：

添加图片数组到工程中

将该文件复制到工程目录中，添加进MDK工程，因为这是适用于STemwin的，所以该文件需要进行少量修改，改成如下即可，其它的都删除（文件的也有一段代码记得删除）。

在 ltdc.c中声明该数组：

将图片数组作为显存

将图片数组的地址传递给LTDC，并指定显存的大小为400*400：

编译，下载，见证奇迹：

至此，LTDC外设如何驱动RGB 屏幕讲解完毕，下节我们使用DMA2D来修改显存内容，实现打点画线字符等多样显示。

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