一个单片机驱动LCD编程思路

频道:技术教程 日期: 浏览:4980
来源| 屋脊雀|strongerHuang单片机驱动LCD的方法有很多,网络上也有很多配套的例程,但是,网上例程千千万,谁是你的“no.1”。
今天给大家分享一个以面向对象的方式用单片机驱动LCD的思路。
LCD种类概述在讨论怎么写LCD驱动之前,我们先大概了解一下嵌入式常用LCD。概述一些跟驱动架构设计有关的概念,在此不对原理和细节做深入讨论,会有专门文章介绍,或者参考网络文档。
TFT lcdTFT LCD,也就是我们常说的彩屏。通常像素较高,例如常见的2.8寸,320X240像素。4.0寸的,像素800X400。这些屏通常使用并口,也就是(STM32 的FSMC接口);或者是RGB接口,STM32F429等芯片支持。其他例如手机上使用的有MIPI接口。
总之,接口种类很多。也有一些支持SPI接口的。除非是比较小的屏幕,否则不建议使用SPI接口,速度慢,刷屏闪屏。玩STM32常用的TFT lcd屏幕驱动IC通常有:ILI9341/ILI9325等。
tft lcd:

IPS:

COG lcd很多人可能不知道COG LCD是什么,我觉得跟现在开发板销售方向有关系,大家都出大屏,玩酷炫界面,对于更深的技术,例如软件架构设计,都不涉及。使用单片机的产品,COG LCD其实占比非常大。COG是Chip On Glass的缩写,就是驱动芯片直接绑定在玻璃上,透明的。实物像下图:

这种LCD通常像素不高,常用的有128X64,128X32。一般只支持黑白显示,也有灰度屏。
接口通常是SPI,I2C。也有号称支持8位并口的,不过基本不会用,3根IO能解决的问题,没必要用8根吧?常用的驱动IC:STR7565。
OLED lcd买过开发板的应该基本用过。新技术,大家都感觉高档,在手环等产品常用。OLED目前屏幕较小,大一点的都很贵。在控制上跟COG LCD类似,区别是两者的显示方式不一样。从我们程序角度来看,最大的差别就是,OLED LCD,不用控制背光。。。。。实物如下图:

常见的是SPI跟I2C接口。常见驱动IC:SSD1615。
硬件场景接下来的讨论,都基于以下硬件信息:
1、有一个TFT屏幕,接在硬件的FSMC接口,什么型号屏幕?不知道。
2、有一个COG lcd,接在几根普通IO口上,驱动IC是STR7565,128X32像素。
3、有一个COG LCD,接在硬件SPI3跟几根IO口上,驱动IC是STR7565,128x64像素。
4、有一个OLED LCD,接在SPI3上,使用CS2控制片选,驱动IC是SSD1315。

预备知识在进入讨论之前,我们先大概说一下下面几个概念,对于这些概念,如果你想深入了解,请GOOGLE。
面向对象面向对象,是编程界的一个概念。什么叫面向对象呢?编程有两种要素:程序(方法),数据(属性)。例如:一个LED,我们可以点亮或者熄灭它,这叫方法。LED什么状态?亮还是灭?这就是属性。我们通常这样编程:
u8ledsta=0;voidledset(u8sta){}这样的编程有一个问题,假如我们有10个这样的LED,怎么写?这时我们可以引入面向对象编程,将每一个LED封装为一个对象。可以这样做:
/*定义一个结构体,将LED这个对象的属性跟方法封装。这个结构体就是一个对象。但是这个不是一个真实的存在,而是一个对象的抽象。*/typedefstruct{u8sta;void(*setsta)(u8sta);}LedObj;/*声明一个LED对象,名称叫做LED1,并且实现它的方法drv_led1_setsta*/voiddrv_led1_setsta(u8sta){}LedObjLED1={.sta=0,.setsta=drv_led1_setsta,};/*声明一个LED对象,名称叫做LED2,并且实现它的方法drv_led2_setsta*/voiddrv_led2_setsta(u8sta){}LedObjLED2={.sta=0,.setsta=drv_led2_setsta,};/*操作LED的函数,参数指定哪个led*/voidledset(LedObj*led,u8sta){led->setsta(sta);}是的,在C语言中,实现面向对象的手段就是结构体的使用。上面的代码,对于API来说,就很友好了。操作所有LED,使用同一个接口,只需告诉接口哪个LED。大家想想,前面说的LCD硬件场景。4个LCD,如果不面向对象,「显示汉字的接口是不是要实现4个」?每个屏幕一个?
驱动与设备分离如果要深入了解驱动与设备分离,请看LINUX驱动的书籍。
什么是设备?我认为的设备就是「属性」,就是「参数」,就是「驱动程序要用到的数据和硬件接口信息」。那么驱动就是「控制这些数据和接口的代码过程」。
通常来说,如果LCD的驱动IC相同,就用相同的驱动。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驱动。例如一个COG lcd:
❝驱动IC是STR7565 128 * 64 像素用SPI3背光用PF5 ,命令线用PF4 ,复位脚用PF3
❞上面所有的信息综合,就是一个设备。驱动就是STR7565的驱动代码。
为什么要驱动跟设备分离,因为要解决下面问题:
❝有一个新产品,收银设备。系统有两个LCD,都是OLED,驱动IC相同,但是一个是128x64,另一个是128x32像素,一个叫做主显示,收银员用;一个叫顾显,顾客看金额。
❞这个问题,「两个设备用同一套程序控制」才是最好的解决办法。驱动与设备分离的手段:
❝在驱动程序接口函数的参数中增加设备参数,驱动用到的所有资源从设备参数传入。
❞驱动如何跟设备绑定呢?通过设备的驱动IC型号。
我认为模块化就是将一段程序封装,提供稳定的接口给不同的驱动使用。不模块化就是,在不同的驱动中都实现这段程序。例如字库处理,在显示汉字的时候,我们要找点阵,在打印机打印汉字的时候,我们也要找点阵,你觉得程序要怎么写?把点阵处理做成一个模块,就是模块化。非模块化的典型特征就是「一根线串到底,没有任何层次感」。
LCD到底是什么前面我们说了面向对象,现在要对LCD进行抽象,得出一个对象,就需要知道LCD到底是什么。问自己下面几个问题:
LCD能做什么?要LCD做什么?谁想要LCD做什么?刚刚接触嵌入式的朋友可能不是很了解,可能会想不通。我们模拟一下LCD的功能操作数据流。APP想要在LCD上显示 一个汉字。
1、首先,需要一个显示汉字的接口,APP调用这个接口就可以显示汉字,假设接口叫做lcd_display_hz。
2、汉字从哪来?从点阵字库来,所以在lcd_display_hz函数内就要调用一个叫做find_font的函数获取点阵。
3、获取点阵后要将点阵显示到LCD上,那么我们调用一个ILL9341_dis的接口,将点阵刷新到驱动IC型号为ILI9341的LCD上。
4、ILI9341_dis怎么将点阵显示上去?调用一个8080_WRITE的接口。
好的,这个就是大概过程,我们从这个过程去抽象LCD功能接口。汉字跟LCD对象有关吗?无关。在LCD眼里,无论汉字还是图片,都是一个个点。那么前面问题的答案就是:
LCD可以一个点一个点显示内容。要LCD显示汉字或图片-----就是显示一堆点APP想要LCD显示图片或文字。结论就是:所有LCD对象的功能就是显示点。「那么驱动只要提供显示点的接口就可以了,显示一个点,显示一片点。」抽象接口如下:
/*LCD驱动定义*/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,也就是对应的驱动,包含了一个驱动id号。
id,驱动型号初始化画点将一片区域的点显示某种颜色将一片区域的点显示某些颜色显示开关准备刷新区域(主要彩屏直接DMA刷屏使用)设置扫描方向背光控制显示字符,划线等功能,不属于LCD驱动。应该归类到GUI层。
LCD驱动框架我们设计了如下的驱动框架:

设计思路:
1、中间显示驱动IC驱动程序提供统一接口,接口形式如前面说的_lcd_drv结构体。
2、各显示IC驱动根据设备参数,调用不同的接口驱动。例如TFT就用8080驱动,其他的都用SPI驱动。SPI驱动只有一份,用IO口控制的我们也做成模拟SPI。
3、LCD驱动层做LCD管理,例如完成TFT LCD的识别。并且将所有LCD接口封装为一套接口。
4、简易GUI层封装了一些显示函数,例如划线、字符显示。
5、字体点阵模块提供点阵获取与处理接口。
由于实际没那么复杂,在例程中我们将GUI跟LCD驱动层放到一起。TFT LCD的两个驱动也放到一个文件,但是逻辑是分开的。OLED除初始化,其他接口跟COG LCD基本一样,因此这两个驱动也放在一个文件。
代码分析代码分三层:
1、GUI和LCD驱动层 dev_lcd.c dev_lcd.h
2、显示驱动IC层 dev_str7565.c & dev_str7565.h dev_ILI9341.c & dev_ILI9341.h
3、接口层 mcu_spi.c & mcu_spi.h stm324xg_eval_fsmc_sram.c & stm324xg_eval_fsmc_sram.h
GUI和LCD层这层主要有3个功能 :
「1、设备管理」
首先定义了一堆LCD参数结构体,结构体包含ID,像素。并且把这些结构体组合到一个list数组内。
/*各种LCD的规格参数*/_lcd_praLCD_IIL9341={.id=0x9341,.width=240,//LCD宽度.height=320,//LCD高度};.../*各种LCD列表*/_lcd_pra*LcdPraList[5]={&LCD_IIL9341,&LCD_IIL9325,&LCD_R61408,&LCD_Cog12864,&LCD_Oled12864,};然后定义了所有驱动list数组,数组内容就是驱动,在对应的驱动文件内实现。
/*所有驱动列表驱动列表*/_lcd_drv*LcdDrvList[]={&TftLcdILI9341Drv,&TftLcdILI9325Drv,&CogLcdST7565Drv,&OledLcdSSD1615rv,定义了设备树,即是定义了系统有多少个LCD,接在哪个接口,什么驱动IC。如果是一个完整系统,可以做成一个类似LINUX的设备树。
/*设备树定义*/#defineDEV_LCD_C3//系统存在3个LCD设备LcdObjLcdObjList[DEV_LCD_C]={{"oledlcd",LCD_BUS_VSPI,0X1315},{"coglcd",LCD_BUS_SPI,0X7565},{"tftlcd",LCD_BUS_8080,NULL},};「2 、接口封装」
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)大部分接口都是对驱动IC接口的二次封装。有区别的是初始化和打开接口。初始化,就是根据前面定义的设备树,寻找对应驱动,找到对应设备参数,并完成设备初始化。打开函数,根据传入的设备名称,查找设备,找到后返回设备句柄,后续的操作全部需要这个设备句柄。
「3 、简易GUI层」
目前最重要就是显示字符函数。
s32dev_lcd_put_string(DevLcd*lcd,FontTypefont,intx,inty,char*s,unsignedcolidx)其他划线画圆的函数目前只是测试,后续会完善。
驱动IC层驱动IC层分两部分:
「1 、封装LCD接口」
LCD有使用8080总线的,有使用SPI总线的,有使用VSPI总线的。这些总线的函数由单独文件实现。但是,除了这些通信信号外,LCD还会有复位信号,命令数据线信号,背光信号等。我们通过函数封装,将这些信号跟通信接口一起封装为「LCD通信总线」, 也就是buslcd。BUS_8080在dev_ILI9341.c文件中封装。BUS_LCD1和BUS_lcd2在dev_str7565.c 中封装。
「2 驱动实现」
实现_lcd_drv驱动结构体。每个驱动都实现一个,某些驱动可以共用函数。
_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};接口层8080层比较简单,用的是官方接口。SPI接口提供下面操作函数,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为什么这样写,会有一个单独文件说明。
总体流程前面说的几个模块时如何联系在一起的呢?请看下面结构体:
/*初始化的时候会根据设备数定义,并且匹配驱动跟参数,并初始化变量。打开的时候只是获取了一个指针*/struct_strDevLcd{s32gd;//句柄,控制是否可以打开LcdObj*dev;/*LCD参数,固定,不可变*/_lcd_pra*pra;/*LCD驱动*/_lcd_drv*drv;/*驱动需要的变量*/u8dir;//横屏还是竖屏控制:0,竖屏;1,横屏。u8scandir;//扫描方向u16width;//LCD宽度u16height;//LCD高度void*pri;//私有数据,黑白屏跟OLED屏在初始化的时候会开辟显存};每一个设备都会有一个这样的结构体,这个结构体在初始化LCD时初始化。
成员dev指向设备树,从这个成员可以知道设备名称,挂在哪个LCD总线,设备ID。typedefstruct{char*name;//设备名字LcdBusTypebus;//挂在那条LCD总线上u16id;}LcdObj;成员pra指向LCD参数,可以知道LCD的规格。typedefstruct{u16id;u16width;//LCD宽度竖屏u16height;//LCD高度竖屏}_lcd_pra;成员drv指向驱动,所有操作通过drv实现。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;成员dir、scandir、 width、 height是驱动要使用的通用变量。因为每个LCD都有一个结构体,一套驱动程序就能控制多个设备而互不干扰。成员pri是一个私有指针,某些驱动可能需要有些比较特殊的变量,就全部用这个指针记录,通常这个指针指向一个结构体,结构体由驱动定义,并且在设备初始化时申请变量空间。目前主要用于COG LCD跟OLED LCD显示缓存。整个LCD驱动,就通过这个结构体组合在一起。
1、初始化,根据设备树,找到驱动跟参数,然后初始化上面说的结构体。
2、要使用LCD前,调用dev_lcd_open函数。打开成功就返回一个上面的结构体指针。
3、显示字符,接口找到点阵后,通过上面结构体的drv,调用对应的驱动程序。
4、驱动程序根据这个结构体,决定操作哪个LCD总线,并且使用这个结构体的变量。
用法和好处好处1请看测试程序
voiddev_lcd_test(void){DevLcd*LcdCog;DevLcd*LcdOled;DevLcd*LcdTft;/*打开三个设备*/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");/*打开背光*/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,"这是oledlcd",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdOled,FONT_SONGTI_1212,10,30,"www.wujique.com",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdOled,FONT_SIYUAN_1616,1,47,"屋脊雀工作室",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdCog,FONT_SONGTI_1212,10,1,"ABC-abc,",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdCog,FONT_SIYUAN_1616,1,13,"这是coglcd",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdCog,FONT_SONGTI_1212,10,30,"www.wujique.com",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdCog,FONT_SIYUAN_1616,1,47,"屋脊雀工作室",BLACK);dev_lcd_put_string(LcdTft,FONT_SONGTI_1212,20,30,"ABC-abc,",RED);dev_lcd_put_string(LcdTft,FONT_SIYUAN_1616,20,60,"这是tftlcd",RED);dev_lcd_put_string(LcdTft,FONT_SONGTI_1212,20,100,"www.wujique.com",RED);dev_lcd_put_string(LcdTft,FONT_SIYUAN_1616,20,150,"屋脊雀工作室",RED);while(1);}使用一个函数dev_lcd_open,可以打开3个LCD,获取LCD设备。然后调用dev_lcd_put_string就可以在不同的LCD上显示。其他所有的gui操作接口都只有一个。这样的设计对于APP层来说,就很友好。显示效果:

好处2现在的设备树是这样定义的
LcdObjLcdObjList[DEV_LCD_C]={{"oledlcd",LCD_BUS_VSPI,0X1315},{"coglcd",LCD_BUS_SPI,0X7565},{"tftlcd",LCD_BUS_8080,NULL},};某天,oled lcd要接到SPI上,只需要将设备树数组里面的参数改一下,就可以了,当然,在一个接口上不能接两个设备。
LcdObjLcdObjList[DEV_LCD_C]={{"oledlcd",LCD_BUS_SPI,0X1315},{"tftlcd",LCD_BUS_8080,NULL},};字库暂时不做细说,例程的字库放在SD卡中,各位移植的时候根据需要修改。具体参考font.c。
注:本方法仅供学习编程思路和编程技巧,不一定适合所有项目。

本篇文章来源于微信公众号:                 电子工程专辑

打赏
免责及版权声明
1、根据我国《计算机软件保护条例》第十七条规定:“为了学习和研究软件内含的设计思想和原理,通过安装、显示、传输或者存储软件等方式使用软件的,可以不经软件著作权人许可,不向其支付报酬。”您需知晓本站所有内容资源均来源于网络,仅供用户交流学习与研究使用,版权归属原版权方所有,版权争议与本人、论坛无关,用户本人下载后不能用作商业或非法用途,需在24小时之内删除,否则后果均由用户承担责任。
2、无特殊说明,如果需要解压密码,解压密码统一为:www.daxiange.com;
3、本站所有资源,无法保障链接的长久可用性,请你在确认需求后,自行保存至自己的云盘;如遇链接失效,你确实又特别需要这份资源,请及时反馈,我们及时更新。