STM32-14-FSMC_LCD

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文章目录

    • 1. 显示器分类
    • 2. LCD简介
    • 3. LCD驱动原理
    • 4. LCD驱动芯片
    • 5. LCD基本驱动步骤
    • 6. FSMC介绍
        • 1. FSMC简介
        • 2. FSMC框图
        • 3. FSMC时序
        • 4. FSMC地址映射
        • 5. FSMC相关寄存器
        • 6. FSMC相关库函数
    • 7. 代码实现

1. 显示器分类

显示器举例优点缺点
断码屏数码管、计算器、遥控器成本低，驱动简单，稳定色彩单一，显示内容少
点阵屏户外广告屏任意尺寸，亮度高贵，耗电，体积大
LCD屏显示器、电视屏、手机屏成本低，色彩好，薄，寿命长全彩稍差，漏光，拖影
OLED屏显示器、电视屏、手机屏自发光，色彩最好，超薄，功耗低比较贵，寿命短

2. LCD简介

  • 简介：

    Liquid Crystal Display，即液晶显示器，利用液晶导电后透光性可变的特性，配合显示器光源、彩色滤波片和电压控制等工艺，最终可以在液晶阵列上显示彩色的图像。目前，液晶显示技术以TN、STN、TFT三种技术为主，TFT-LCD即采用了TFT技术的液晶显示器，也叫薄膜晶体管液晶显示器。

  • 优点：

    1. 低成本：低至几块钱的价格
    2. 高解析度 ：高达500像素(500ppi)的分辨率，显示细腻
    3. 高对比度：高达1000:1的对比度，色彩清晰艳丽
    4. 响应速度快：高达1ms相应速度，显示效果好

  • LCD的组成：
    在这里插入图片描述

    ​ LCD（液晶显示器）的基本组成包括以下几个主要部分：

    • 玻璃基板（Glass Substrates）

      • 上玻璃基板（Top Glass Substrate）: 通常带有彩色滤光片，用于产生彩色图像。
      • 下玻璃基板（Bottom Glass Substrate）: 上面布有电极和TFT（薄膜晶体管）阵列，用于控制液晶分子的排列。

    • 背光源（Backlight）

      背光源提供必要的光源，通常由LED组成，光通过液晶层后形成可见图像。背光源的重要组成部分有：

      • 导光板（Light Guide Plate）: 将光均匀地分布在整个显示面板上。
      • 反射板（Reflector）: 反射光线，提高亮度。
      • 扩散板（Diffuser）: 使光均匀分布。

    • 驱动IC

      • 驱动IC是LCD屏幕的核心部件之一，负责控制液晶分子的排列，从而控制显示内容。驱动IC通常位于玻璃基板的边缘，通过电极与液晶层相连。驱动IC接收来自显示控制器的信号，并根据这些信号来调整液晶分子的排列，以实现所需的显示效果。

  • LCD接口分类：

    接口分辨率特性
    MCU≤800*480带SRAM，无需频繁刷新，无需大内存，驱动简单
    RGB≤1280*800不带SRAM，需要实时刷新，需要大内存，驱动稍微复杂
    MIPI4K不带SRAM，支持分辨率高，省电，大部分手机屏用此接口
    1. MCU接口

    • 特点:

      • 简单控制：MCU（Microcontroller Unit）接口通常用于小尺寸、低分辨率的显示屏。控制简单，适合使用嵌入式系统进行开发。
      • 低速数据传输：MCU接口的传输速度相对较低，适合显示静态图片和简单的UI界面。
      • 常见类型：8080和6800并行接口是常见的MCU接口类型，通常有8位、16位、18位和24位数据线。
      • 应用场景：适用于家用电器、仪表盘、小型电子设备等不需要高刷新率和高分辨率显示的场景。

    • 优缺点：

      • 优点：控制简单、成本低、容易实现和调试。
      • 缺点：传输速度慢，不适合高分辨率和动态显示需求。
    1. RGB接口

    • 特点：

      • 高速数据传输：RGB接口通过多条并行数据线传输红、绿、蓝三种颜色的数据，适合高分辨率和高速刷新显示屏。
      • 色彩表现力强：支持24-bit、18-bit等高色深传输，能显示丰富的颜色细节。
      • 应用场景：广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、电视和高端显示器。

    • 优缺点：

      • 优点：高传输速度、色彩丰富、适合动态视频和高分辨率图像。
      • 缺点：数据线多，连接复杂，布线成本高，对电磁干扰较敏感。
    1. MIPI接口

    • 特点：

      • 高带宽低功耗：MIPI（Mobile Industry Processor Interface） DSI（Display Serial Interface）是为移动设备设计的高带宽、低功耗接口，采用高速串行传输。
      • 差分信号传输：采用差分信号传输，具有抗干扰能力强的优点。
      • 集成度高：减少引脚数，提高数据传输效率，同时支持触摸屏控制信号的传输。
      • 应用场景：广泛应用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备等便携式电子设备。

    • 优缺点：

      • 优点：传输速度快、功耗低、抗干扰能力强、引脚数少，适合高分辨率和动态显示需求。
      • 缺点：设计和实现较复杂，对硬件设计和信号完整性要求高。

      总结：

      • MCU接口适合低分辨率、低刷新率的显示应用，控制简单、成本低，但传输速度慢。
      • RGB接口适合高分辨率、高刷新率的显示应用，传输速度快、色彩表现力强，但布线复杂、成本高。
      • MIPI接口则适合移动设备和便携式电子设备，具有高带宽、低功耗和强抗干扰能力的特点，但实现较复杂。

  • ILI9341驱动芯片：
    在这里插入图片描述

    1. MCU接口：可以使用8、9、16或18位接口进行通信；
    2. SPI接口：可以使用3线或4线SPI接口进行通信；
    3. RGB接口：可以使用6、16或18位接口进行通信。

  • 三基色原理：
    在这里插入图片描述

    在计算机中，颜色通常使用32位的格式表示，称为ARGB888格式，其中A表示Alpha通道，R、G、B分别表示红、绿、蓝三个颜色通道。在单片机中，由于资源限制，颜色通常以16位或24位表示，分别称为RGB565和RGB888格式，其中RGB565使用16位来表示颜色，而RGB888使用24位来表示颜色。

3. LCD驱动原理

  • LCD驱动原理：

    LCD屏（MCU接口）驱动的核心是：驱动LCD驱动芯片
    在这里插入图片描述

  • LCD驱动过程：
    在这里插入图片描述

  • 8080时序：

    信号名称控制状态作用
    CS片选低电平选中器件，低电平有效，先选中，后操作
    WR写↑写信号，上升沿有效，用于数据/命令写入
    RD读↑读信号，上升沿有效，用于数据/命令读取
    RS数据/命令0=命/1=数表示当前是读写数据还是命令，也叫DC信号
    D[15:0]数据线无双向数据线，可以写入/读取驱动IC数据

    • 写时序
      在这里插入图片描述

      void lcd_wr_data(uint16_t data)
{LCD_RS(1);		/* 操作数据 */LCD_CS(0);		/* 选中 */LCD_DATA_OUT(data);	/* 数据 */LCD_WR(0);		/* WR低电平 */LCD_WR(1);		/* WR高电平 */LCD_CS(1);		/* 释放片选 */
}

    • 读时序
      在这里插入图片描述

      uint16_t  lcd_rd_data(void)
{uint16_t ram;  		/* 定义变量 */LCD_RS(1);          /* 操作数据 */LCD_CS(0);			/* 选中 */LCD_RD(0);			/* RD低电平 */ram = LCD_DATA_IN;  /* 读取数据 */LCD_RD(1);			/* RD高电平 */LCD_CS(1);			/* 释放片选 */return ram；		   /* 返回读数 */
}

4. LCD驱动芯片

  • 驱动芯片用于控制LCD的各种显示功能，整体功能复杂。常见型号ILI9341/ST7789等 。

    一般我们只需要6条指令即可完成对LCD的基本使用

    指令(HEX)名称作用
    0XD3读ID用于读取LCD控制器的ID，区分型号用
    0X36访问控制设置GRAM读写方向，控制显示方向
    0X2A列地址一般用于设置X坐标
    0X2B页地址一般用于设置Y坐标
    0X2C写GRAM用于往LCD写GRAM数据
    0X2E读GRAM用于读取LCD的GRAM数据

    • 读ID指令
      在这里插入图片描述

      具体步骤：

      1. 设置RS为低电平（0），表示要发送命令;
      2. 将命令0xD3（读ID指令）写入数据线D[15:0];
      3. 将CS信号置为低电平，选中LCD驱动IC;
      4. 触发WR信号的上升沿，将命令写入LCD驱动IC;
      5. 将RS设置为高电平（1），表示要读取数据;
      6. 将CS信号保持低电平，继续选中LCD驱动IC;
      7. 触发RD信号的上升沿，从LCD驱动IC读取数据
      8. 读取数据线D[15:0]上的数据，这就是LCD控制器型号。

    • 访问控制指令
      在这里插入图片描述

      具体步骤：

      1. 设置RS为低电平（0），表示要发送命令；
      2. 将命令0x36（访问控制指令）写入数据线D[15:0]；
      3. 将CS信号置为低电平，选中LCD驱动IC；
      4. 触发WR信号的上升沿，将命令写入LCD驱动IC；
      5. 设置RS为高电平（1），表示要写入参数数据；
      6. 将参数数据（MX, MY, MV, BGR）写入数据线D[15:0]；
      7. 再次触发WR信号的上升沿，将参数数据写入LCD驱动IC；
      8. 将CS信号置为高电平，取消对LCD驱动IC的选中状态。

      在这里插入图片描述

    • X坐标设置指令
      在这里插入图片描述

      具体步骤：

      1. 设置RS为低电平（0），表示要发送命令；
      2. 将命令0x2A（X坐标设置指令）写入数据线D[15:0]；
      3. 将CS信号置为低电平，选中LCD驱动IC；
      4. 触发WR信号的上升沿，将命令写入LCD驱动IC；
      5. 设置RS为高电平（1），表示要写入参数数据；
      6. 将起始坐标（SC）写入数据线D[15:0]；
      7. 再次触发WR信号的上升沿，将起始坐标写入LCD驱动IC；
      8. 将结束坐标（EC）写入数据线D[15:0]；
      9. 再次触发WR信号的上升沿，将结束坐标写入LCD驱动IC；
      10. 将CS信号置为高电平，取消对LCD驱动IC的选中状态。

    • Y坐标设置指令
      在这里插入图片描述

      具体步骤：

      1. 设置RS为低电平（0），表示要发送命令；
      2. 将命令0x2B（Y坐标设置指令）写入数据线D[15:0]；
      3. 将CS信号置为低电平，选中LCD驱动IC；
      4. 触发WR信号的上升沿，将命令写入LCD驱动IC；
      5. 设置RS为高电平（1），表示要写入参数数据；
      6. 将起始坐标（SP）写入数据线D[15:0]；
      7. 再次触发WR信号的上升沿，将起始坐标写入LCD驱动IC；
      8. 将结束坐标（EP）写入数据线D[15:0]；
      9. 再次触发WR信号的上升沿，将结束坐标写入LCD驱动IC；
      10. 将CS信号置为高电平，取消对LCD驱动IC的选中状态。

    • 写GRAM指令
      在这里插入图片描述

      具体步骤：

      1. 设置RS为低电平（0），表示要发送命令；
      2. 将命令0x2C（写GRAM指令）写入数据线D[15:0]；
      3. 将CS信号置为低电平，选中LCD驱动IC；
      4. 触发WR信号的上升沿，将命令写入LCD驱动IC；
      5. 设置RS为高电平（1），表示要写入数据；
      6. 准备要写入的像素点的颜色值（RGB565格式），写入数据线D[15:0]；
      7. 再次触发WR信号的上升沿，将像素点的颜色值写入LCD驱动IC；
      8. 如果需要连续写入多个像素点，数据线会自动自增，无需重新设置坐标。

    • 读GRAM指令
      在这里插入图片描述

      具体步骤：

      1. 设置RS为低电平（0），表示要发送命令；
      2. 将命令0x2E（读GRAM指令）写入数据线D[15:0]；
      3. 将CS信号置为低电平，选中LCD驱动IC；
      4. 触发WR信号的上升沿，将命令写入LCD驱动IC；
      5. 设置RS为高电平（1），表示要读取数据；
      6. 发送dummy数据，读取GRAM中的垃圾数据（dummy）；
      7. 依次读取R1G1和B1R2数据，每次读取一个像素点的颜色；
      8. 根据RGB565格式的颜色值，提取出红色、绿色和蓝色通道的值，并返回合并后的颜色值。

      在这个过程中，需要连续读取3次数据，每次读取一个像素点的颜色值。其中，dummy数据用于丢弃GRAM中的垃圾数据，实际上不会被使用。而读取R1G1和B1R2数据则是实际的颜色值数据，需要根据RGB565格式进行处理，提取出红色、绿色和蓝色通道的值，最终合并成完整的颜色值。

      读取某个点颜色函数代码：

      uint16_t lcd_rd_data(void)
{uint16_t ram;  		/* 定义变量 */DATA_IN_MODE();	    /* 设置数据输入 */LCD_RS(1);          /* 操作数据 */LCD_CS(0);			/* 选中 */LCD_RD(0);		    /* RD低电平 */ram = LCD_DATA_IN;  /* 读取数据 */LCD_RD(1);		    /* RD高电平 */LCD_CS(1);			/* 释放片选 */DATA_OUT_MODE();	/* 设置数据输出 */return ram；		   /* 返回读数 */
}uint16_t lcd_read_point(uint16_t x, uint16_t y)
{uint16_t r = 0, g = 0, b = 0;	/* 定义变量 */lcd_set_cursor(x, y);		/* 设置坐标 */lcd_wr_regno(0X2E);		    /* 发读点命令 */r = lcd_rd_data();  		/* 假读 */r = lcd_rd_data();  		/* 读rg */b = lcd_rd_data(); 		    /* 读b */g = r & 0XFF;       	    /* 得到g值 */return (((r >> 11) << 11) | ((g >> 2) << 5) | (b >> 11));
}

      将红色、绿色和蓝色分量组合成一个16位的颜色值并返回：

      • 红色分量：将 r 右移11位，获得红色分量的高5位，再左移11位放到返回值的高5位。
      • 绿色分量：将 g 右移2位，获得绿色分量的高6位，再左移5位放到返回值的中6位。
      • 蓝色分量：将 b 右移11位，获得蓝色分量的高5位，直接放到返回值的低5位。

      这段代码通过指定坐标，发送读取命令，读取并组合红、绿、蓝三种颜色的分量，最后返回组合后的16位颜色值。每个颜色分量都经过适当的移位和合并操作，以符合16位颜色格式。

5. LCD基本驱动步骤

  • LCD驱动的一般过程

    1. 电源初始化：

      • 打开LCD电源并进行复位。
      • 配置电源电压、时钟等参数。

    2. 硬件接口初始化：

      • 根据LCD的接口类型（MCU接口、RGB接口、MIPI接口等）配置MCU的GPIO引脚和通信协议。
        在这里插入图片描述

    3. 寄存器配置：

      • 通过写入特定命令到LCD控制器寄存器来配置显示参数，例如分辨率、颜色格式、扫描方向等。

    4. 内存映射：

      • 将LCD的显示内存映射到MCU的地址空间，方便后续的读写操作。

    5. 显示测试：

      • 进行显示测试，例如填充屏幕、显示图像等，确保LCD初始化成功。

    8080底层操作函数

    8080接口是一种并行通信接口，常用于LCD与MCU之间的数据传输。8080底层操作函数：

    /* 8080 写数据 */
void lcd_wr_data (uint16_t data)
{LCD_RS(1);          /* 操作数据 */LCD_CS(0);          /* 选中 */LCD_DATA_OUT(data); /* 数据 */LCD_WR(0);          /* WR低电平 */LCD_WR(1);          /* WR高电平 */LCD_CS(1);          /* 释放片选 */
}/* 8080 写命令 */
void lcd_wr_regno(uint16_t regno)
{LCD_RS(0);          /* RS=0,表示写寄存器 */LCD_CS(0);          /* 选中 */LCD_DATA_OUT(regno);/* 命令 */LCD_WR(0);          /* WR低电平 */LCD_WR(1);          /* WR高电平 */LCD_CS(1);          /* 释放片选 */
}

    初始化LCD

    初始化LCD的过程包括设置电源、配置寄存器和初始化显示内存等步骤。

    /* 初始化LCD */
void lcd_init(void)
{GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;LCD_BL_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_BL脚时钟使能 */LCD_CS_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_CS脚时钟使能 */LCD_WR_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_WR脚时钟使能 */LCD_RD_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_RD脚时钟使能 */LCD_RS_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_RS脚时钟使能 */LCD_DATA_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LCD_DATA脚时钟使能 */__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();__HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NOJTAG(); /* 禁止JTAG, 使能SWD, 释放PB3,PB4两个引脚做普通IO用 */gpio_init_struct.Pin = LCD_BL_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽复用 */gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* 高速 */HAL_GPIO_Init(LCD_BL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* LCD_BL引脚模式设置(推挽输出) */gpio_init_struct.Pin = LCD_CS_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_CS_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_CS引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_WR_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_WR_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_WR引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_RD_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_RD_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_RD引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_RS_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_RS_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_RS引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_DATA_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽输出 */HAL_GPIO_Init(LCD_DATA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* LCD_DATA引脚模式设置 */LCD_WR(1);                  /* WR 默认高电平 */LCD_RD(1);                  /* RD 默认高电平 */LCD_CS(1);                  /* CS 默认高电平 */LCD_RS(1);                  /* RS 默认高电平 */LCD_DATA_OUT(0XFFFF);       /* DATA 默认高电平 *//* 读取ID */lcd_wr_regno(0xD3);lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 假读 */lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 00 */lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 93 */lcddev.id <<= 8;lcddev.id |= lcd_rd_data();  /* 41 */printf("lcddev_id:%#x \r\n", lcddev.id);/* 完成初始化序列 */if (lcddev.id == 0x9341)lcd_ex_ili9341_reginit();elselcd_ex_st7789_reginit();/* 对LCD控制结构体赋值 */lcddev.width = 240;lcddev.height = 320;lcddev.setxcmd = 0x2A;lcddev.setycmd = 0x2B;lcddev.wramcmd = 0x2C;lcd_wr_regno(lcddev.setxcmd);lcd_wr_data(0);lcd_wr_data(0);lcd_wr_data((lcddev.width - 1) >> 8);lcd_wr_data((lcddev.width - 1) & 0XFF);lcd_wr_regno(lcddev.setycmd);lcd_wr_data(0);lcd_wr_data(0);lcd_wr_data((lcddev.height - 1) >> 8);lcd_wr_data((lcddev.height - 1) & 0XFF);/* 设置扫描方向 */lcd_write_reg(0x36, 1 << 3);/* 点亮背光 */LCD_BL(1);/* lcd_clear */lcd_clear(0xFFFF);
}

    实现画点函数

    画点函数用于在指定位置显示一个像素点。

    /* 画点 */
void lcd_draw_point(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color)
{lcd_set_cursor(x, y);lcd_write_ram_prepare();lcd_wr_data(color);
}

    实现读点函数

    读点函数用于读取指定位置的像素点颜色值。

    /* LCD读数据 */
uint16_t lcd_rd_data(void)
{volatile uint16_t ram;  /* 防止被优化 */GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;/* LCD_DATA 引脚模式设置, 上拉输入, 准备接收数据 */gpio_init_struct.Pin = LCD_DATA_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(LCD_DATA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); LCD_RS(1);              /* RS=1,表示操作数据 */LCD_CS(0);LCD_RD(0);lcd_opt_delay(2);ram = LCD_DATA_IN;      /* 读取数据 */LCD_RD(1);LCD_CS(1);/* LCD_DATA 引脚模式设置, 推挽输出, 恢复输出状态 */gpio_init_struct.Pin = LCD_DATA_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(LCD_DATA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   return ram;
}/* 读点 */
uint16_t  lcd_read_point (uint16_t x, uint16_t y)
{uint16_t r = 0, g = 0, b = 0;   /* 定义变量 */lcd_set_cursor(x, y);           /* 设置坐标 */lcd_wr_regno(0X2E);             /* 发读点命令 */r = lcd_rd_data();              /* 假读 */r = lcd_rd_data();              /* 读rg */b = lcd_rd_data();              /* 读b */g = r & 0XFF;                   /* 得到g值 */return (((r >> 11) << 11) | ((g >> 2) << 5) | (b >> 11));
}

6. FSMC介绍

1. FSMC简介
  • Flexible Static Memory Controller ，灵活的静态存储控制器。
  • 用途： 用于驱动SRAM，NOR FLASH，NAND FLASH及PC卡类型的存储器。 它的主要作用是简化对这些存储器的访问，通过配置FSMC外设，可以直接使用指针操作来修改存储单元的内容，而不需要程序员去实现复杂的时序控制。
  • 配置好FSMC后，可以定义一个指针指向这些存储器的地址，然后通过对指针的操作来读写存储单元的内容。FSMC会自动完成读写命令和数据访问操作，不需要程序员去关心时序控制的细节。
  • FSMC外设配置好就可以模拟出时序。F1/ F4(407)系列大容量型号，且引脚数目在100脚以上的芯片都有FSMC接口，F4/F7/H7系列就是FMC接口。
2. FSMC框图

在这里插入图片描述

  1. 时钟逻辑控制

    时钟控制逻辑负责生成和管理FSMC操作所需的时钟信号。这些时钟信号用于同步FSMC内部操作以及与外部设备的通信。主要功能包括：

    • 时钟源选择：FSMC可以从系统时钟或其他预定时钟源获取时钟信号。时钟源的选择可能通过配置寄存器进行设置。
    • 时钟分频：FSMC内部可以对输入时钟信号进行分频，以生成适合不同操作速度的时钟。分频比通过特定的配置寄存器设置。
    • 时钟启停控制：根据需要，可以启动或停止FSMC的时钟，以节省功耗。时钟控制逻辑负责在需要时准确地启动或停止时钟信号。

  2. 控制单元

    FSMC控制单元是FSMC的核心部分，负责管理与外部存储器的交互。主要功能包括：

    • 地址映射：将处理器生成的虚拟地址映射到外部存储器的物理地址。这涉及地址总线和片选信号的生成和管理。
    • 读写控制：生成读写操作的控制信号（如读使能、写使能）。这些信号用于协调处理器与外部存储器之间的数据传输。
    • 时序控制：FSMC控制单元负责控制读写操作的时序，以确保与外部存储器的通信符合时序要求。这包括设置和保持时间的控制。
    • 数据总线管理：管理数据总线的方向和数据传输。在读操作时，将外部存储器的数据传送到处理器；在写操作时，将处理器的数据传送到外部存储器。
    • 错误检测与纠正：在数据传输过程中进行错误检测，并在可能的情况下进行纠正，以确保数据完整性。

  3. 通信引脚

    通信引脚是FSMC与外部设备（如SRAM、NOR Flash、NAND Flash等）进行实际物理连接的接口。主要引脚包括：
    在这里插入图片描述

  • 使用FSMC驱动LCD
    在这里插入图片描述

    右边是FSMC控制屏幕的过程，使用的是HADDR总线， CPU通过HADDR总线将控制信息发送给FSMC，然后FSMC再控制SRAM。 8080总线是CPU直接控制屏幕的方式，而HADDR总线是通过配置FSMC来控制屏幕的方式 。

3. FSMC时序

在这里插入图片描述

  • 模式1：
    • 这种模式适用于 SRAM/CRAM 存储器，其时序特性如下：
      • 在读操作时，输出使能（OE）在读时序片选过程不翻转。
      • 存在 NBL（Narrow Bus Low）信号，用于指示总线宽度。
      • 不存在 NADV（NAND Address Valid）信号。
  • 拓展模式：
    • 拓展模式相对于模式1来说，读写时序时间参数设置可以不同，以满足存储器读写时序不一样的需求。
    • 拓展模式包括了模式A、模式B/2、模式C 和模式D，针对不同类型的存储器有不同的时序特性：
      • 模式A：适用于 SRAM/PSRAM（CRAM）存储器，与模式1类似，但是在读操作时，输出使能（OE）在读时序片选过程翻转。
      • 模式B/2：适用于 NOR FLASH 存储器，读操作时输出使能（OE）在读时序片选过程不翻转，不存在 NBL 信号，但有 NADV 信号。
      • 模式C：也适用于 NOR FLASH 存储器，读操作时输出使能（OE）在读时序片选过程翻转，不存在 NBL 信号，但有 NADV 信号。
      • 模式D：适用于带地址扩展的异步操作，读操作时输出使能（OE）在读时序片选过程翻转，不存在 NBL 信号，有 NADV 信号，且存在地址保存时间。
        在这里插入图片描述
4. FSMC地址映射

在这里插入图片描述

针对FSMC存储块划分，可以进一步解释如下：

  1. 外部存储器划分为四个存储块：这意味着STM32可以与四个不同的外部存储器设备通信，每个设备都具有独立的存储空间。
  2. 每个存储块大小为256M字节：每个存储块都有256M字节的存储空间，可以容纳大量的数据。
  3. FSMC存储块1划分为四个区：存储块1是FSMC的一个特定区域，它被分成了四个区域，每个区域管理64M字节的空间。这种划分方式可以帮助对存储器进行更灵活的管理和组织。

  • HADDR与FSMC_A关系
    在这里插入图片描述

  • LCD的RS信号线与地址线关系
    在这里插入图片描述

5. FSMC相关寄存器

  • FSMC_BCR4、FSMC_BTR4、FSMC_BWTR4寄存器
    在这里插入图片描述

  • FSMC_BCRx寄存器
    在这里插入图片描述

  • FSMC_BTRx寄存器
    在这里插入图片描述

  • FSMC_BWTRx寄存器
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

6. FSMC相关库函数
HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Init ( SRAM_HandleTypeDef *hsram, FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef *Timing, FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef *ExtTiming )

参数：

  1. SRAM_HandleTypeDef *hsram：这是指向 SRAM 句柄结构的指针。该结构包含了 SRAM 模块的配置信息，如 SRAM 的基地址、数据宽度、存储器库编号等。
  2. FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef *Timing：这是指向 SRAM 读写访问时序结构的指针。FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef 结构定义了时序参数，如地址设置时间、数据保持时间、总线转换时间、时钟分频、数据延迟和访问模式等。
  3. FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef *ExtTiming：这是指向扩展模式时序结构的指针（如果使用的话）。扩展模式允许在某些操作需要不同的时序时应用额外的时序配置。

功能：

HAL_SRAM_Init 函数通过配置 FSMC 接口中的时序参数来初始化 SRAM 设备。具体步骤如下：

  1. 句柄初始化：函数首先初始化 SRAM 句柄 (hsram)，包括设置基地址和其他配置参数。
  2. 时序配置：设置 FSMC 的读写时序参数，这包括：
    • 地址设置时间：在片选之前设置地址的时间。
    • 数据保持时间：在操作完成之前保持数据的时间。
    • 访问模式：如异步模式。
  3. FSMC 配置：配置 FSMC 外设的时序参数，具体包括：
    • 设置 FSMC 控制寄存器，定义存储器类型、数据宽度、存储器库和读写时序参数。
    • 配置控制信号，如片选、输出使能和写入使能线。
  4. 扩展模式（可选）：如果提供了 ExtTiming 参数（非空），函数将配置扩展模式时序参数。扩展模式允许对某些操作使用不同的读写时序。
  5. 启用 FSMC：一旦设置了时序配置，启用 FSMC 控制器开始与 SRAM 通信。

7. 代码实现

  • LCD初始化函数

    void lcd_init(void)
{GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef fsmc_read_handle;FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef fsmc_write_handle;LCD_CS_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_CS脚时钟使能 */LCD_WR_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_WR脚时钟使能 */LCD_RD_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_RD脚时钟使能 */LCD_RS_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_RS脚时钟使能 */LCD_BL_GPIO_CLK_ENABLE();   /* LCD_BL脚时钟使能 */gpio_init_struct.Pin = LCD_CS_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;                /* 推挽复用 */gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* 高速 */HAL_GPIO_Init(LCD_CS_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_CS引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_WR_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_WR_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_WR引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_RD_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_RD_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_RD引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_RS_GPIO_PIN;HAL_GPIO_Init(LCD_RS_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* 初始化LCD_RS引脚 */gpio_init_struct.Pin = LCD_BL_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽输出 */HAL_GPIO_Init(LCD_BL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);     /* LCD_BL引脚模式设置(推挽输出) */g_sram_handle.Instance = FSMC_NORSRAM_DEVICE;g_sram_handle.Extended = FSMC_NORSRAM_EXTENDED_DEVICE;g_sram_handle.Init.NSBank = FSMC_NORSRAM_BANK4;                        /* 使用NE4 */g_sram_handle.Init.DataAddressMux = FSMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE;     /* 地址/数据线不复用 */g_sram_handle.Init.MemoryDataWidth = FSMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;    /* 16位数据宽度 */g_sram_handle.Init.BurstAccessMode = FSMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE;   /* 是否使能突发访问,仅对同步突发存储器有效,此处未用到 */g_sram_handle.Init.WaitSignalPolarity = FSMC_WAIT_SIGNAL_POLARITY_LOW; /* 等待信号的极性,仅在突发模式访问下有用 */g_sram_handle.Init.WaitSignalActive = FSMC_WAIT_TIMING_BEFORE_WS;      /* 存储器是在等待周期之前的一个时钟周期还是等待周期期间使能NWAIT */g_sram_handle.Init.WriteOperation = FSMC_WRITE_OPERATION_ENABLE;       /* 存储器写使能 */g_sram_handle.Init.WaitSignal = FSMC_WAIT_SIGNAL_DISABLE;              /* 等待使能位,此处未用到 */g_sram_handle.Init.ExtendedMode = FSMC_EXTENDED_MODE_ENABLE;           /* 读写使用不同的时序 */g_sram_handle.Init.AsynchronousWait = FSMC_ASYNCHRONOUS_WAIT_DISABLE;  /* 是否使能同步传输模式下的等待信号,此处未用到 */g_sram_handle.Init.WriteBurst = FSMC_WRITE_BURST_DISABLE;              /* 禁止突发写 *//* FSMC读时序控制寄存器 */fsmc_read_handle.AddressSetupTime = 0;      /* 地址建立时间(ADDSET)为1个HCLK 1/72M = 13.9ns (实际 > 200ns) */fsmc_read_handle.AddressHoldTime = 0;       /* 地址保持时间(ADDHLD) 模式A是没有用到 *//* 因为液晶驱动IC的读数据的时候，速度不能太快,尤其是个别奇葩芯片 */fsmc_read_handle.DataSetupTime = 15;        /* 数据保存时间(DATAST)为16个HCLK = 13.9 * 16 = 222.4ns */fsmc_read_handle.AccessMode = FSMC_ACCESS_MODE_A;    /* 模式A *//* FSMC写时序控制寄存器 */fsmc_write_handle.AddressSetupTime = 0;     /* 地址建立时间(ADDSET)为1个HCLK = 13.9ns */fsmc_write_handle.AddressHoldTime = 0;      /* 地址保持时间(ADDHLD) 模式A是没有用到 *//* 某些液晶驱动IC的写信号脉宽，最少也得50ns */fsmc_write_handle.DataSetupTime = 1;        /* 数据保存时间(DATAST)为2个HCLK = 13.9 * 2 = 27.8ns (实际 > 200ns) */fsmc_write_handle.AccessMode = FSMC_ACCESS_MODE_A;   /* 模式A */HAL_SRAM_Init(&g_sram_handle, &fsmc_read_handle, &fsmc_write_handle);delay_ms(50);/* 尝试9341 ID的读取 */lcd_wr_regno(0XD3);lcddev.id = lcd_rd_data();  /* dummy read */lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 读到0X00 */lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 读取0x93 */lcddev.id <<= 8;lcddev.id |= lcd_rd_data(); /* 读取0x41 */if (lcddev.id != 0X9341)    /* 不是 9341 , 尝试看看是不是 ST7789 */{lcd_wr_regno(0X04);lcddev.id = lcd_rd_data();      /* dummy read */lcddev.id = lcd_rd_data();      /* 读到0X85 */lcddev.id = lcd_rd_data();      /* 读取0X85 */lcddev.id <<= 8;lcddev.id |= lcd_rd_data();     /* 读取0X52 */if (lcddev.id == 0X8552)        /* 将8552的ID转换成7789 */{lcddev.id = 0x7789;}if (lcddev.id != 0x7789)        /* 也不是ST7789, 尝试是不是 NT35310 */{lcd_wr_regno(0XD4);lcddev.id = lcd_rd_data();  /* dummy read */lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 读回0X01 */lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 读回0X53 */lcddev.id <<= 8;lcddev.id |= lcd_rd_data(); /* 这里读回0X10 */if (lcddev.id != 0X5310)    /* 也不是NT35310,尝试看看是不是NT35510 */{/* 发送秘钥（厂家提供,照搬即可） */lcd_write_reg(0xF000, 0x0055);lcd_write_reg(0xF001, 0x00AA);lcd_write_reg(0xF002, 0x0052);lcd_write_reg(0xF003, 0x0008);lcd_write_reg(0xF004, 0x0001);lcd_wr_regno(0xC500);           /* 读取ID高8位 */lcddev.id = lcd_rd_data();      /* 读回0X55 */lcddev.id <<= 8;lcd_wr_regno(0xC501);           /* 读取ID低8位 */lcddev.id |= lcd_rd_data();     /* 读回0X10 */delay_ms(5);if (lcddev.id != 0X5510)        /* 也不是NT5510,尝试看看是不是SSD1963 */{lcd_wr_regno(0XA1);lcddev.id = lcd_rd_data();lcddev.id = lcd_rd_data();  /* 读回0X57 */lcddev.id <<= 8;lcddev.id |= lcd_rd_data(); /* 读回0X61 */if (lcddev.id == 0X5761)lcddev.id = 0X1963; /* SSD1963读回的ID是5761H,为方便区分,我们强制设置为1963 */}}}}/* 特别注意, 如果在main函数里面屏蔽串口1初始化, 则会卡死在printf* 里面(卡死在f_putc函数), 所以, 必须初始化串口1, 或者屏蔽掉下面* 这行 printf 语句 !!!!!!!*/printf("LCD ID:%x\r\n", lcddev.id); /* 打印LCD ID */if (lcddev.id == 0X7789){lcd_ex_st7789_reginit();    /* 执行ST7789初始化 */}else if (lcddev.id == 0X9341){lcd_ex_ili9341_reginit();   /* 执行ILI9341初始化 */}else if (lcddev.id == 0x5310){lcd_ex_nt35310_reginit();   /* 执行NT35310初始化 */}else if (lcddev.id == 0x5510){lcd_ex_nt35510_reginit();   /* 执行NT35510初始化 */}else if (lcddev.id == 0X1963){lcd_ex_ssd1963_reginit();   /* 执行SSD1963初始化 */lcd_ssd_backlight_set(100); /* 背光设置为最亮 */}lcd_display_dir(0); /* 默认为竖屏 */LCD_BL(1);          /* 点亮背光 */lcd_clear(WHITE);
}

  • 主函数

    int main(void)
{uint8_t lcd_id[12];HAL_Init();                                         /* 初始化HAL库 */sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);                 /* 设置时钟, 72Mhz */delay_init(72);                                     /* 延时初始化 */usart_init(115200);                                 /* 串口初始化为115200 */led_init();                                         /* 初始化LED */oled_init();lcd_init();                                         /* 初始化LCD */sprintf((char *)lcd_id, "LCD ID:%04X", lcddev.id);  /* 将LCD ID打印到lcd_id数组 */while (1){lcd_show_string(10, 40, 240, 32, 32, "STM32", GREEN);lcd_show_string(10, 80, 240, 24, 24, "TFTLCD TEST", BLUE);lcd_show_string(10, 110, 240, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);lcd_show_string(10, 130, 240, 16, 12, (char *)lcd_id, RED); /* 显示LCD ID */oled_show_string(0, 5, "STM32", 24);oled_show_string(0, 33, "TFTLCD TEST", 16);oled_show_string(0, 51, "ATOM@ALIENTEK", 12);oled_refresh_gram(); LED0_TOGGLE(); /*红灯闪烁*/delay_ms(1000);}
}

  • 实验结果
    在这里插入图片描述

声明：资料来源（战舰STM32F103ZET6开发板资源包）

  1. Cortex-M3权威指南(中文).pdf
  2. STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
  3. STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
  4. STM32F103ZET6（中文版）.pdf
  5. 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf

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