基于小凌派RK2206开发板-LCD液晶屏显示案例原创

福州市凌睿智捷电子有限公司

发布于 2022-6-9 09:37

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一、简介
LCD的应用很广泛，简单如手表上的液晶显示屏，仪表仪器上的液晶显示器或者是电脑笔记本上的液晶显示器，都使用了LCD。在一般的办公设备上也很常见，如传真机，复印机，以及一些娱乐器材玩具等也常常见到LCD的足迹。
本小节使用的是ST7789V, 用于单片驱动262K色图像TFT-LCD, 包含 720(240*3色) x 320 线输出, 可以直接以SPI协议, 或者8位/9位/16位/18位并行连接外部控制器。ST7789V显示数据存储在片内240x320x18 bits内存中, 显示内存的读写不需要外部时钟驱动。
二、硬件电路设计
模块整体硬件电路如图1所示，电路中包含了电源电路、液晶接口以及小凌派-RK2206开发板连接的相关引脚。
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图1 硬件电路图
其中，液晶屏ST7789V的相关引脚资源如图2所示。

图2 液晶屏ST7789V硬件资源示意图
其中，LCD液晶屏引脚功能描述，如下表1所示。
表1 LCD液晶屏引脚功能表

序号 LCD引脚功能描述
1 D/C 指令/数据选择端，L:指令，H:数据
2 RESET 复位信号线，低电平有效
3 SPI_MOSI SPI数据输入信号线
4 SPI_CLK SPI时钟信号线
5 SPI_CS SPI片选信号线，低电平有效
6 GND 电源地引脚
7 5V 5V电源输入引脚

其中，LCD液晶屏与小凌派-RK2206开发板连接如图3所示。
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图3 2.4寸液晶屏和小凌派-RK2206开发板连接图
三、软件设计
本章节将利用小凌派-RK2206开发板上的GPIO和SPI接口方式来点亮2.4寸液晶屏，并实现ASCII字符的显示及汉字的显示。

主程序设计
如图4所示为LCD液晶屏主程序流程图，开机LiteOS系统初始化后，进入主程序。主程序首先进行GPIO和SPI总线初始化，然后配置LCD液晶屏设备，最后进入循环中。在循环中，主程序控制SPI对LCD液晶屏进行ASCII字符和汉字显示。

图4 主程序流程图
LCD初始化程序设计
LCD初始化程序主要分为GPIO和SPI总线初始化，配置LCD两部分。
其中，GPIO初始化首先用LzGpioInit()函数将GPIO0_PC3初始化为GPIO引脚，然后用LzGpioSetDir()将引脚设置为输出模式，最后调用LzGpioSetVal()输出低电平。

    /* 初始化GPIO0_C3 */
    LzGpioInit(LCD_PIN_RES);
    LzGpioSetDir(LCD_PIN_RES, LZGPIO_DIR_OUT);
    LzGpioSetVal(LCD_PIN_RES, LZGPIO_LEVEL_HIGH);

    /* 初始化GPIO0_C6 */
    LzGpioInit(LCD_PIN_DC);
    LzGpioSetDir(LCD_PIN_DC, LZGPIO_DIR_OUT);
    LzGpioSetVal(LCD_PIN_DC, LZGPIO_LEVEL_LOW);

SPI初始化首先用SpiIoInit()函数将GPIO0_PC0复用为SPI0_CS0n_M1，GPIO0_PC1复用为SPI0_CLK_M1，GPIO0_PC2复用为SPI0_MOSI_M1。其次调用LzI2cInit()函数初始化SPI0端口。

 LzSpiDeinit(LCD_SPI_BUS);

    if (SpiIoInit(m_spiBus) != LZ_HARDWARE_SUCCESS) {
        printf("%s, %d: SpiIoInit failed!\n", __FILE__, __LINE__);
        return __LINE__;
    }
    if (LzSpiInit(LCD_SPI_BUS, m_spiConf) != LZ_HARDWARE_SUCCESS) {
        printf("%s, %d: LzSpiInit failed!\n", __FILE__, __LINE__);
        return __LINE__;
    }

配置LCD主要是配置ST7789V的工作模式，具体代码如下所示：

/* 重启lcd */
    LCD_RES_Clr();
    LOS_Msleep(100);
    LCD_RES_Set();
    LOS_Msleep(100);
    LOS_Msleep(500);
    lcd_wr_reg(0x11);
    /* 等待LCD 100ms */
    LOS_Msleep(100);
    /* 启动LCD配置，设置显示和颜色配置 */
    lcd_wr_reg(0X36);
    if (USE_HORIZONTAL == 0)
    {
        lcd_wr_data8(0x00);
    }
    else if (USE_HORIZONTAL == 1)
    {
        lcd_wr_data8(0xC0);
    }
    else if (USE_HORIZONTAL == 2)
    {
        lcd_wr_data8(0x70);
    }
    else
    {
        lcd_wr_data8(0xA0);
    }
    lcd_wr_reg(0X3A);
    lcd_wr_data8(0X05);
    /* ST7789S帧刷屏率设置 */
    lcd_wr_reg(0xb2);
    lcd_wr_data8(0x0c);
    lcd_wr_data8(0x0c);
    lcd_wr_data8(0x00);
    lcd_wr_data8(0x33);
    lcd_wr_data8(0x33);
    lcd_wr_reg(0xb7);
    lcd_wr_data8(0x35);
    /* ST7789S电源设置 */
    lcd_wr_reg(0xbb);
    lcd_wr_data8(0x35);
    lcd_wr_reg(0xc0);
    lcd_wr_data8(0x2c);
    lcd_wr_reg(0xc2);
    lcd_wr_data8(0x01);
    lcd_wr_reg(0xc3);
    lcd_wr_data8(0x13);
    lcd_wr_reg(0xc4);
    lcd_wr_data8(0x20);
    lcd_wr_reg(0xc6);
    lcd_wr_data8(0x0f);
    lcd_wr_reg(0xca);
    lcd_wr_data8(0x0f);
    lcd_wr_reg(0xc8);
    lcd_wr_data8(0x08);
    lcd_wr_reg(0x55);
    lcd_wr_data8(0x90);
    lcd_wr_reg(0xd0);
    lcd_wr_data8(0xa4);
    lcd_wr_data8(0xa1);
    /* ST7789S gamma设置 */
    lcd_wr_reg(0xe0);
    lcd_wr_data8(0xd0);
    lcd_wr_data8(0x00);
    lcd_wr_data8(0x06);
    lcd_wr_data8(0x09);
    lcd_wr_data8(0x0b);
    lcd_wr_data8(0x2a);
    lcd_wr_data8(0x3c);
    lcd_wr_data8(0x55);
    lcd_wr_data8(0x4b);
    lcd_wr_data8(0x08);
    lcd_wr_data8(0x16);
    lcd_wr_data8(0x14);
    lcd_wr_data8(0x19);
    lcd_wr_data8(0x20);
    lcd_wr_reg(0xe1);
    lcd_wr_data8(0xd0);
    lcd_wr_data8(0x00);
    lcd_wr_data8(0x06);
    lcd_wr_data8(0x09);
    lcd_wr_data8(0x0b);
    lcd_wr_data8(0x29);
    lcd_wr_data8(0x36);
    lcd_wr_data8(0x54);
    lcd_wr_data8(0x4b);
    lcd_wr_data8(0x0d);
    lcd_wr_data8(0x16);
    lcd_wr_data8(0x14);
    lcd_wr_data8(0x21);
    lcd_wr_data8(0x20);
    lcd_wr_reg(0x29);

LCD的点数据设计
ST7789V采用SPI通信方式，数据传输协议如下：
4-Line Serial Interface => 16-bit/pixel(RGB 5-6-5-bit input)，65K-Color，3Ah=“05h”
数据传输时序图如图5所示。

图5 ST7789V液晶屏SPI数据传输时序图
也就是每个像素占用2个字节，RGB为5+6+5。因此，往LCD液晶屏发送某一个像素信息的程序如下所示：

static void lcd_write_bus(uint8_t dat)
{
    LzSpiWrite(LCD_SPI_BUS, 0, &dat, 1);
}

static void lcd_wr_data(uint16_t dat)
{
    lcd_write_bus(dat >> 8);
    lcd_write_bus(dat);
}

static void lcd_wr_reg(uint8_t dat)
{
    LCD_DC_Clr();
    lcd_write_bus(dat);
    LCD_DC_Set();
}

static void lcd_address_set(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2)
{
    /* 列地址设置 */
    lcd_wr_reg(0x2a);
    lcd_wr_data(x1);
    lcd_wr_data(x2);
    /* 行地址设置 */
    lcd_wr_reg(0x2b);
    lcd_wr_data(y1);
    lcd_wr_data(y2);
    /* 储存器写 */
    lcd_wr_reg(0x2c);
}

static void lcd_wr_data(uint16_t dat)
{
    lcd_write_bus(dat >> 8);
    lcd_write_bus(dat);
}

void lcd_draw_point(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color)
{
    /* 设置光标位置 */
    lcd_address_set(x, y, x, y);
    lcd_wr_data(color);
}

LCD的ASCII字符显示设计
预先将规定字号的ASCII字符的LCD液晶屏像素信息存放于在lcd_font.h源代码文件中。该表格依照ASCII的数值来存放像素信息。例如：空格的ASCII数值是0x0，则程序将像素放到第一行像素中，如下源代码所示。

/* 12*6的ASCII码显示 */
const unsigned char ascii_1206[][12] =
{
    {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*" ",0*/
    {0x00, 0x00, 0x04, 0x04, 0x04, 0x04, 0x04, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x00}, /*"!",1*/
    {0x14, 0x14, 0x0A, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*""",2*/
    {0x00, 0x00, 0x0A, 0x0A, 0x1F, 0x0A, 0x0A, 0x1F, 0x0A, 0x0A, 0x00, 0x00}, /*"#",3*/
{0x00, 0x04, 0x0E, 0x15, 0x05, 0x06, 0x0C, 0x14, 0x15, 0x0E, 0x04, 0x00}, /*"$",4*/
.......
};

/* 16*8的ASCII码显示 */
const unsigned char ascii_1608[][16] =
{
    {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*" ",0*/
    {0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x00, 0x00, 0x18, 0x18, 0x00, 0x00}, /*"!",1*/
    {0x00, 0x48, 0x6C, 0x24, 0x12, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*""",2*/
{0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x24, 0x24, 0x7F, 0x12, 0x12, 0x12, 0x7F, 0x12, 0x12, 0x12, 0x00, 0x00}, /*"#",3*/
......
};

/* 24*12的ASCII码显示 */
const unsigned char ascii_2412[][48] =
{
    {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*" ",0*/
    {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x40, 0x00, 0x20, 0x00, 0x20, 0x00, 0x20, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x60, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*"!",1*/
{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x06, 0x60, 0x06, 0x30, 0x03, 0x98, 0x01, 0x88, 0x00, 0x44, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, /*""",2*/
......
};

当需要将某一个字号的ASCII字符投射到LCD液晶屏时，程序根据字号大小找到对应的字号的ASCII字符像素表，然后根据ASCII字符的数值找到对应的像素行，最后将该像素行数据依次通过SPI总线发送给LCD液晶屏。如下源代码所示。

void lcd_show_char(uint16_t x, uint16_t y, uint8_t num, uint16_t fc, uint16_t bc, uint8_t sizey, uint8_t mode)
{
    uint8_t temp,sizex,t,m = 0;
    uint16_t i;
    uint16_t TypefaceNum;//一个字符所占字节大小
    uint16_t x0 = x;
    
    sizex = sizey/2;
    TypefaceNum = (sizex/8 + ((sizex%8)?1:0)) * sizey;

    /* 得到偏移后的值 */
    num = num-' ';
    /* 设置光标位置 */
    lcd_address_set(x, y, x+sizex-1, y+sizey-1);
    
    for (i = 0; i < TypefaceNum; i++)
    { 
        if (sizey == 12)
        {
            /* 调用6x12字体 */
            temp = ascii_1206[num][i];
        }
        else if (sizey == 16)
        {
            /* 调用8x16字体 */
            temp = ascii_1608[num][i];
        }
        else if (sizey == 24)
        {
            /* 调用12x24字体 */
            temp = ascii_2412[num][i];
        }
        else if (sizey == 32)
        {
            /* 调用16x32字体 */
            temp = ascii_3216[num][i];
        }
        else
        {
            return;
        }
        
        for (t = 0; t < 8; t++)
        {
            if (!mode)
            {/* 非叠加模式 */
                if (temp & (0x01 << t))
                {
                    lcd_wr_data(fc);
                }
                else
                {
                    lcd_wr_data(bc);
                }
                
                m++;
                if (m%sizex == 0)
                {
                    m = 0;
                    break;
                }
            }
            else
            {/* 叠加模式 */
                if (temp & (0x01 << t))
                {
                    /* 画一个点 */
                    lcd_draw_point(x, y, fc);
                }
                
                x++;
                if ((x - x0) == sizex)
                {
                    x = x0;
                    y++;
                    break;
                }
            }
        }
    }             
}

LCD的汉字显示设计
同上原理，程序将某一个特定字号的汉字信息存放于一个数据结构体数组中。该数据结构体包含字体编码Index和像素数据Msk。具体原代码如下所示。

/* 定义中文字符 12*12 */
typedef struct
{
    unsigned char Index[2];
    unsigned char Msk[24];
} typFNT_GB12;

/* 定义中文字符 16*16 */
typedef struct
{
    unsigned char Index[2];
    unsigned char Msk[32];
} typFNT_GB16;

/* 定义中文字符 24*24 */
typedef struct
{
    unsigned char Index[2];
    unsigned char Msk[72];
} typFNT_GB24;
......

通过汉字像素软件将对应的汉字和像素存放于lcd_font.h文件中。具体源代码如下所示。

const typFNT_GB12 tfont12[] =
{
    "小", 0x20, 0x00, 0x20, 0x00, 0x20, 0x00, 0x20, 0x00, 0x24, 0x01, 0x24, 0x02, 0x22, 0x02, 0x22, 0x04,
    0x21, 0x04, 0x20, 0x00, 0x20, 0x00, 0x38, 0x00, /*"小"*/
    
    "凌", 0x40, 0x00, 0xF9, 0x03, 0x42, 0x00, 0xFC, 0x07, 0x10, 0x01, 0x28, 0x02, 0xE0, 0x01, 0x14, 0x01,
    0xAA, 0x00, 0x41, 0x00, 0xB0, 0x01, 0x0C, 0x06, /*"凌"*/
    
    "派", 0x00, 0x03, 0xF2, 0x00, 0x14, 0x02, 0xD0, 0x01, 0x51, 0x01, 0x52, 0x05, 0x50, 0x03, 0x50, 0x01,
    0x54, 0x01, 0x52, 0x02, 0xD1, 0x02, 0x48, 0x04, /*"派"*/
    
};

const typFNT_GB16 tfont16[] =
{
    "小", 0x80, 0x00, 0x80, 0x00, 0x80, 0x00, 0x80, 0x00, 0x80, 0x00, 0x88, 0x08, 0x88, 0x10, 0x88, 0x20,
    0x84, 0x20, 0x84, 0x40, 0x82, 0x40, 0x81, 0x40, 0x80, 0x00, 0x80, 0x00, 0xA0, 0x00, 0x40, 0x00, /*"小",0*/
    
    "凌", 0x00, 0x02, 0x02, 0x02, 0xC4, 0x1F, 0x04, 0x02, 0x00, 0x02, 0xE0, 0x7F, 0x88, 0x08, 0x48, 0x11,
    0x24, 0x21, 0x87, 0x0F, 0xC4, 0x08, 0x24, 0x05, 0x04, 0x02, 0x04, 0x05, 0xC4, 0x08, 0x30, 0x30, /*"凌",1*/
    
    "派", 0x00, 0x10, 0x04, 0x3C, 0xE8, 0x03, 0x28, 0x00, 0x21, 0x38, 0xA2, 0x07, 0xA2, 0x04, 0xA8, 0x44,
    0xA8, 0x24, 0xA4, 0x14, 0xA7, 0x08, 0xA4, 0x08, 0xA4, 0x10, 0x94, 0x22, 0x94, 0x41, 0x88, 0x00, /*"派",2*/
    
};
......

当程序需要将某一个特定字号的汉字投射到LCD液晶屏时，程序就根据对应的字号查找对应字号的tfontXX数组，并将对应的像素行数据发送给LCD液晶屏。具体源代码如下所示。

void lcd_show_chinese(uint16_t x, uint16_t y, uint8_t *s, uint16_t fc, uint16_t bc, uint8_t sizey, uint8_t mode)
{
    uint8_t buffer[128];
    uint32_t buffer_len = 0;
    uint32_t len = strlen(s);

    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    /* utf8格式汉字转化为ascii格式 */
chinese_utf8_to_ascii(s, strlen(s), buffer, &buffer_len);

    for (uint32_t i = 0; i < buffer_len; i += 2, x += sizey)
    {
        if (sizey == 12)
        {
            lcd_show_chinese_12x12(x, y, &buffer[i], fc, bc, sizey, mode);
        }
        else if (sizey == 16)
        {
            lcd_show_chinese_16x16(x, y, &buffer[i], fc, bc, sizey, mode);
        }
        else if (sizey == 24)
        {
            lcd_show_chinese_24x24(x, y, &buffer[i], fc, bc, sizey, mode);
        }
        else if (sizey == 32)
        {
            lcd_show_chinese_32x32(x, y, &buffer[i], fc, bc, sizey, mode);
        }
        else
        {
            return;
        }
}
}

四、编译过程
1、打开sdk下面路径的文件
/vendor/lockzhiner/rk2206/samples/b4_lcd/lcd_example.c
注意：Gitee已有相关源代码，请大家根据上述的需求修改相关源代码。
网址：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk2206-openharmony3.0lts/tree/master/vendor/lockzhiner/rk2206/samples/b4_lcd
2、修改编译脚本
修改 vendor/lockzhiner/rk2206/sample 路径下 BUILD.gn 文件，指定 lcd_example 参与编译。
“./b4_lcd:lcd_example”,
修改 device/lockzhiner/rk2206/sdk_liteos 路径下 Makefile 文件，添加 -llcd_example 参与编译。
hardware_LIBS = -lhal_iothardware -lhardware -llcd_example
3、编译固件