驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字：原理、取模與代碼實(shí)現(xiàn))
簡介51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字的完整例程面向電子技術(shù)初學(xué)者、嵌入式開發(fā)入門者及課程設(shè)計(jì)用戶重點(diǎn)解決單片機(jī)與彩屏通信、漢字字模處理及界面顯示等實(shí)際問題。壓縮包共23個(gè)文件約71KB內(nèi)容涵蓋C源碼、頭文件、Keil工程配置、hex燒錄文件以及l(fā)st、obj、bak等編譯中間文件與項(xiàng)目備份方便直接打開、燒錄和二次修改。目前已有930人學(xué)習(xí)瀏覽適合作為自學(xué)樣板或?qū)嶒?yàn)室參考項(xiàng)目。例程將液晶驅(qū)動(dòng)、圖形繪制與字模數(shù)據(jù)分離組織演示了從端口初始化、分辨率設(shè)置到漢字點(diǎn)陣輸出的完整流程學(xué)習(xí)者可據(jù)此理解TFT屏控制時(shí)序、字模編碼與像素映射原理并借鑒模塊化代碼風(fēng)格來擴(kuò)展圖標(biāo)、多字號(hào)顯示等更復(fù)雜功能。通過閱讀和修改工程還能掌握多文件項(xiàng)目管理、外設(shè)驅(qū)動(dòng)封裝以及漢字取模工具的使用思路。對(duì)于希望快速上手51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)彩屏的開發(fā)者這份例程提供了一套可直接運(yùn)行的代碼框架能顯著縮短調(diào)試時(shí)間。1. 項(xiàng)目概述1.1 核心需求解析51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字這個(gè)組合我看著太親切了。很多朋友入門單片機(jī)的時(shí)候第一步是點(diǎn)亮LED第二步是搞數(shù)碼管第三步就是折騰液晶屏。等到想給屏幕加上漢字顯示的時(shí)候往往會(huì)被一堆亂碼和空白折磨到懷疑人生。這個(gè)項(xiàng)目本質(zhì)上解決的是三個(gè)問題第一如何讓51單片機(jī)這塊8位的小芯片驅(qū)動(dòng)起來分辨率不低的TFT彩屏第二漢字這種非ASCII字符如何在TFT屏幕上正確顯示出來第三整套方案如何做到資源占用可控、顯示效果可接受、代碼結(jié)構(gòu)清晰可復(fù)用。適合正在學(xué)習(xí)51單片機(jī)、手里有一塊TFT屏但不知道怎么顯示漢字的同學(xué)參考。去年幫一個(gè)朋友調(diào)試他的畢業(yè)設(shè)計(jì)用的就是STC89C52加一塊2.4寸的TFT屏他折騰了兩周漢字始終顯示成一個(gè)個(gè)方框。我過去看了一眼代碼就發(fā)現(xiàn)問題了取模方式不對(duì)、字庫放的位置不對(duì)、掃描方向反了。三個(gè)問題疊加在一起能正常顯示才怪。這篇文章就把我調(diào)試過程中的經(jīng)驗(yàn)和踩過的坑完整記錄下來。1.2 硬件選型與環(huán)境準(zhǔn)備先說硬件方案。51單片機(jī)我建議用STC89C52RC或者STC12C5A60S2前者最經(jīng)典后者速度更快、內(nèi)部Flash更大尤其是STC12系列1T模式下能跑到接近35MHz刷TFT屏的體驗(yàn)會(huì)好很多。我用的是STC12C5A60S2主要是因?yàn)樗鼉?nèi)部有60KB Flash可以把字庫直接燒進(jìn)去不用外掛存儲(chǔ)芯片。TFT屏幕我選的是2.4寸、分辨率320x240、驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9341的模組帶SPI接口。為什么不選并口屏因?yàn)?1單片機(jī)引腳本來就不富裕并口要占掉十幾個(gè)IO口而且并口屏的RGB數(shù)據(jù)線和控制線時(shí)序復(fù)雜用51驅(qū)動(dòng)起來非常吃力。SPI接口的屏幕只需要6根線——CLK、DIN、DC、CE、RST、BL加上電源和地總共8根線省下來的引腳可以干別的。需要準(zhǔn)備的工具和材料清單如下51單片機(jī)開發(fā)板或者最小系統(tǒng)板一塊STC89C52RC或STC12C5A60S2均可2.4寸SPI接口TFT屏模組一塊ILI9341驅(qū)動(dòng)芯片USB轉(zhuǎn)TTL下載器一個(gè)用于燒錄程序面包板或杜邦線若干漢字取模工具軟件后面會(huì)詳細(xì)講Keil C51開發(fā)環(huán)境接線方案直接列出來大家照抄就行TFT屏引腳51單片機(jī)引腳CLKP1.0DINP1.1DCP1.2CEP1.3RSTP1.4BL接3.3V或通過三極管控制VCC3.3V注意別接5VGNDGND注意TFT屏的VCC必須接3.3V不能直接接5V。51單片機(jī)的IO口輸出高電平是5V而TFT屏的邏輯電平一般是3.3V所以最好在數(shù)據(jù)線上串聯(lián)1K電阻做電平匹配或者直接用支持5V輸入的模組。我用的這塊模組有電平轉(zhuǎn)換電路直接對(duì)接沒問題但大家買屏的時(shí)候一定要確認(rèn)清楚否則燒屏就是一瞬間的事。2. 漢字顯示的核心原理2.1 從點(diǎn)陣到屏幕的映射邏輯漢字在TFT屏幕上顯示本質(zhì)上就是把漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)地畫到屏幕上。屏幕上的一個(gè)小亮點(diǎn)叫像素漢字按16x16點(diǎn)陣取模后就是16行、每行16個(gè)點(diǎn)總共256個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。某個(gè)點(diǎn)是1就點(diǎn)亮是0就熄滅236個(gè)點(diǎn)按規(guī)律排列起來一個(gè)漢字的輪廓就出來了。這個(gè)過程和LED點(diǎn)陣屏顯示漢字是同一個(gè)道理。不同的是TFT彩屏每個(gè)像素可以顯示不同顏色所以漢字的顏色、背景色都可以靈活設(shè)置。比如你想讓漢字顯示成紅色、背景是白色那就把點(diǎn)陣數(shù)據(jù)中是1的位置畫成紅色是0的位置畫成白色。就這么簡單。取模的方式很關(guān)鍵。常見的有逐行取模和逐列取模兩種。逐行取模就是按每行16個(gè)點(diǎn)排列每行用兩個(gè)字節(jié)表示16位一共16行總計(jì)32個(gè)字節(jié)。逐列取模則是按每列16個(gè)點(diǎn)排列同樣16列也是32個(gè)字節(jié)。兩種方式在屏幕上的擺放方向不同如果取模方式和你寫代碼時(shí)的掃描順序?qū)Σ簧蠞h字就會(huì)顯示成亂七八糟的斜條紋。建議統(tǒng)一采用逐行取模、高位在前的方式然后代碼里按照從左到右、從上到下的順序掃描。這條規(guī)則定下來以后后面所有的字庫生成和顯示函數(shù)都按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來就不會(huì)亂了。2.2 字庫在單片機(jī)中的存儲(chǔ)方案16x16點(diǎn)陣的漢字每個(gè)字占用32字節(jié)。如果你要顯示幾百個(gè)漢字字庫占用的空間會(huì)非常大。51單片機(jī)的內(nèi)部Flash一般是4KB到60KB不等STC89C52只有8KB Flash去掉程序占用的空間能放的字庫非常有限。所以字庫存儲(chǔ)方案要根據(jù)項(xiàng)目需求來選第一程序內(nèi)嵌數(shù)組方案。適合只需要顯示少量固定漢字的場景比如就顯示“溫度”“濕度”“歡迎使用”這幾個(gè)詞。直接把字模數(shù)據(jù)定義成const數(shù)組編譯時(shí)燒進(jìn)Flash里。優(yōu)點(diǎn)是不需要額外硬件缺點(diǎn)是能放的字很少。第二外掛SPI Flash芯片方案。適合需要顯示大量漢字的場景比如做一個(gè)完整的漢字菜單系統(tǒng)。用W25Q16等SPI Flash存儲(chǔ)完整字庫單片機(jī)需要顯示某個(gè)漢字時(shí)先計(jì)算出這個(gè)漢字在字庫中的偏移地址然后從Flash中讀取字模數(shù)據(jù)。這個(gè)方案技術(shù)含量更高但實(shí)現(xiàn)起來更復(fù)雜。我們這次先做最基礎(chǔ)的方案——程序內(nèi)嵌數(shù)組。因?yàn)橹攸c(diǎn)是讓大家搞懂漢字顯示的原理和流程等基礎(chǔ)方案跑通了再升級(jí)到外掛字庫就水到渠成了。3. 漢字取模的完整實(shí)操3.1 取模工具的選擇與配置取模工具我用的是PCtoLCD2002這個(gè)軟件是很經(jīng)典的取模工具界面雖然簡陋但功能非常實(shí)用。網(wǎng)上還能下到各種版本大家選一個(gè)能正常運(yùn)行的就行。找不到的話用字模軟件“Img2Lcd”也可以原理是相通的。打開PCtoLCD2002后先設(shè)置取模參數(shù)。參數(shù)設(shè)置界面里需要注意這幾個(gè)選項(xiàng)點(diǎn)陣格式選擇“陰碼”——1表示點(diǎn)亮0表示熄滅這個(gè)最直觀每行顯示的點(diǎn)數(shù)設(shè)置為16取模走向選擇“逐行式”——對(duì)應(yīng)我們前面說的逐行取模取模走向下面的選項(xiàng)選擇“逆向”——即高位在前字節(jié)輸出格式選擇“C51格式”——直接生成Keil能用的C語言數(shù)組設(shè)置好后在文本輸入框里輸入你想顯示的漢字點(diǎn)擊“生成字模”按鈕下面就會(huì)出現(xiàn)一串十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。比如“你”字的16x16點(diǎn)陣可能長這樣{0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x0F,0xF0,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00}這32個(gè)字節(jié)就是“你”字的完整點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)之談取模工具生成的數(shù)組前面的注釋會(huì)標(biāo)明是“16x16點(diǎn)陣”還會(huì)帶一個(gè)取模方式的說明。把注釋保留在代碼里方便以后復(fù)盤。我經(jīng)常在幾個(gè)月后回看自己寫的代碼要不是注釋里寫著取模方式早就忘了當(dāng)初是按什么規(guī)則取的模。3.2 手工提取與驗(yàn)證字模數(shù)據(jù)用工具生成字模雖然方便但作為開發(fā)者我們得能看懂這些數(shù)據(jù)到底代表什么否則出了問題根本不知道從哪里排查。我建議你至少手工驗(yàn)證一次字模數(shù)據(jù)。拿上面“你”字的第一行數(shù)據(jù)來說前兩個(gè)字節(jié)是0x00和0x00說明第一行16個(gè)點(diǎn)全是熄滅的。第二行是0x7F和0xFC轉(zhuǎn)成二進(jìn)制就是0111 1111 1111 1100這一行有14個(gè)點(diǎn)被點(diǎn)亮。你可以找一張坐標(biāo)紙把每一行16個(gè)點(diǎn)按二進(jìn)制畫出來就能看到漢字的輪廓逐漸浮現(xiàn)。這個(gè)過程雖然繁瑣但做一次之后你對(duì)點(diǎn)陣顯示的理解會(huì)非常深刻。如果嫌手工太麻煩還有一個(gè)更直觀的驗(yàn)證辦法把點(diǎn)陣數(shù)據(jù)用OLED或者TFT屏幕直接顯示出來配合串口打印輔助排查。我在調(diào)試時(shí)通常會(huì)寫一個(gè)簡單的顯示函數(shù)先把取模數(shù)據(jù)打出來看看確認(rèn)數(shù)據(jù)沒問題再往正式程序里放。4. 核心代碼實(shí)現(xiàn)與講解4.1 底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)編寫在寫漢字顯示之前底層必須有一套TFT屏幕的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。ILI9341這款芯片的初始化代碼比較固定網(wǎng)上有很多版本我這邊直接給出精簡且穩(wěn)定的版本。首先是SPI發(fā)送字節(jié)的函數(shù)void SPI_WriteByte(unsigned char dat) { unsigned char i; for(i 0; i 8; i) { if(dat 0x80) DIN 1; else DIN 0; CLK 0; dat 1; CLK 1; } }這段代碼用軟件模擬SPI時(shí)序。每次發(fā)送一個(gè)字節(jié)從最高位開始一位一位地放到數(shù)據(jù)線上然后產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘上升沿讓屏幕鎖存數(shù)據(jù)。CLK先拉低再拉高是為了形成一個(gè)完整的上升沿。這個(gè)看起來簡單但很多朋友第一次寫會(huì)忘記dat左移這步結(jié)果屏幕上顯示的全是同一個(gè)位的數(shù)據(jù)。然后是寫命令和寫數(shù)據(jù)的函數(shù)void LCD_WriteCmd(unsigned char cmd) { DC 0; // 命令模式下DC為低 CE 0; SPI_WriteByte(cmd); CE 1; DC 1; } void LCD_WriteData(unsigned char dat) { DC 1; // 數(shù)據(jù)模式下DC為高 CE 0; SPI_WriteByte(dat); CE 1; }DC引腳就是用來區(qū)分當(dāng)前發(fā)送的是命令還是數(shù)據(jù)的。屏幕內(nèi)部有個(gè)狀態(tài)寄存器當(dāng)DC拉低時(shí)來的數(shù)據(jù)被解釋為命令當(dāng)DC拉高時(shí)來的數(shù)據(jù)被解釋為數(shù)據(jù)。這個(gè)區(qū)分非常關(guān)鍵搞反了屏幕要么亂碼要么完全不響應(yīng)。4.2 ILI9341初始化與畫點(diǎn)函數(shù)ILI9341的初始化其實(shí)是一長串的寄存器配置目的是把屏幕的顯示模式、掃描方向、像素格式等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置好。常用的初始化序列我整理成了函數(shù)大家直接用就行void LCD_Init(void) { RST 1; delay_ms(10); RST 0; delay_ms(10); RST 1; delay_ms(50); LCD_WriteCmd(0xCB); LCD_WriteData(0x39); LCD_WriteData(0x2C); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x34); LCD_WriteData(0x02); LCD_WriteCmd(0xCF); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0xC1); LCD_WriteData(0x30); LCD_WriteCmd(0xE8); LCD_WriteData(0x85); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x78); LCD_WriteCmd(0xEA); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteCmd(0xED); LCD_WriteData(0x64); LCD_WriteData(0x03); LCD_WriteData(0x12); LCD_WriteData(0x81); LCD_WriteCmd(0xE0); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x0E); LCD_WriteData(0x14); LCD_WriteData(0x03); LCD_WriteData(0x11); LCD_WriteData(0x07); LCD_WriteData(0x31); LCD_WriteData(0xC1); LCD_WriteData(0x48); LCD_WriteData(0x08); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteData(0x0C); LCD_WriteData(0x31); LCD_WriteData(0x36); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteCmd(0xE1); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x0E); LCD_WriteData(0x14); LCD_WriteData(0x03); LCD_WriteData(0x11); LCD_WriteData(0x08); LCD_WriteData(0x2F); LCD_WriteData(0xC1); LCD_WriteData(0x48); LCD_WriteData(0x05); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteData(0x0C); LCD_WriteData(0x31); LCD_WriteData(0x36); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteCmd(0x3A); LCD_WriteData(0x55); // 16位像素格式 LCD_WriteCmd(0xB1); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x18); LCD_WriteCmd(0xB6); LCD_WriteData(0x08); LCD_WriteData(0x82); LCD_WriteData(0x27); LCD_WriteCmd(0xF7); LCD_WriteData(0xA9); LCD_WriteCmd(0x20); // 正常顯示模式非反色 LCD_WriteCmd(0x11); // 退出睡眠模式 delay_ms(120); LCD_WriteCmd(0x29); // 開顯示 }注意初始化代碼里的延時(shí)非常重要0x11命令退出睡眠模式后必須等待至少120ms讓屏幕內(nèi)部的DC-DC電壓穩(wěn)定下來再發(fā)送開顯示命令。有人圖省事把這個(gè)延時(shí)去掉結(jié)果屏幕閃一下白屏就再也沒反應(yīng)了。畫一個(gè)像素點(diǎn)的函數(shù)是顯示的基礎(chǔ)void LCD_SetWindow(unsigned int x0, unsigned int y0, unsigned int x1, unsigned int y1) { LCD_WriteCmd(0x2A); LCD_WriteData(x0 8); LCD_WriteData(x0 0xFF); LCD_WriteData(x1 8); LCD_WriteData(x1 0xFF); LCD_WriteCmd(0x2B); LCD_WriteData(y0 8); LCD_WriteData(y0 0xFF); LCD_WriteData(y1 8); LCD_WriteData(y1 0xFF); LCD_WriteCmd(0x2C); } void LCD_DrawPoint(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color) { LCD_SetWindow(x, y, x, y); LCD_WriteData(color 8); LCD_WriteData(color 0xFF); }LCD_SetWindow這個(gè)函數(shù)是用來設(shè)置繪圖區(qū)域的。告訴屏幕你接下來要在哪塊矩形區(qū)域里畫圖屏幕就會(huì)把后續(xù)收到的顏色數(shù)據(jù)按順序填充到這個(gè)區(qū)域里。0x2A命令設(shè)置X坐標(biāo)范圍0x2B命令設(shè)置Y坐標(biāo)范圍0x2C命令表示開始寫入像素?cái)?shù)據(jù)。4.3 漢字顯示函數(shù)與顏色參數(shù)有了畫點(diǎn)函數(shù)顯示漢字就水到渠成了。代碼如下void LCD_ShowChinese(unsigned int x, unsigned int y, unsigned char *str, unsigned int color, unsigned int bgcolor) { while(*str ! \0) { // 處理一個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié) unsigned char high *str; unsigned char low *(str 1); // 根據(jù)GB2312區(qū)位碼計(jì)算字模偏移 unsigned int offset ((high - 0xA1) * 94 (low - 0xA1)) * 32; // 逐行顯示 unsigned char i, j; for(i 0; i 16; i) { unsigned char temp1 hanzi[offset i * 2]; unsigned char temp2 hanzi[offset i * 2 1]; for(j 0; j 8; j) { if(temp1 (0x80 j)) LCD_DrawPoint(x j, y i, color); else LCD_DrawPoint(x j, y i, bgcolor); } for(j 0; j 8; j) { if(temp2 (0x80 j)) LCD_DrawPoint(x 8 j, y i, color); else LCD_DrawPoint(x 8 j, y i, bgcolor); } } str 2; // 跳過兩個(gè)字節(jié)指向下一個(gè)漢字 x 16; // 每個(gè)漢字寬度16像素移動(dòng)到下一個(gè)位置 } }這個(gè)函數(shù)的思路是這樣漢字在GB2312編碼中占用兩個(gè)字節(jié)分別是高位字節(jié)和低位字節(jié)。通過這兩個(gè)字節(jié)的數(shù)值可以計(jì)算出該漢字在字庫數(shù)組中的偏移位置。公式是((高字節(jié) - 0xA1) * 94 (低字節(jié) - 0xA1)) * 32其中94是因?yàn)镚B2312的每一區(qū)有94個(gè)漢字32是每個(gè)漢字的字模字節(jié)數(shù)。計(jì)算偏移后從字庫數(shù)組中取出32個(gè)字節(jié)按每行兩個(gè)字節(jié)的方式取出點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。每個(gè)字節(jié)有8個(gè)bit對(duì)應(yīng)8個(gè)像素點(diǎn)。高字節(jié)對(duì)應(yīng)漢字左半部分的8個(gè)像素低字節(jié)對(duì)應(yīng)右半部分的8個(gè)像素。依次判斷每一位是1還是0是1畫前景色是0畫背景色。實(shí)操心得上面這個(gè)版本的函數(shù)是逐點(diǎn)畫出來的每顯示一個(gè)漢字要調(diào)用256次畫點(diǎn)函數(shù)。在12MHz晶振下顯示一個(gè)漢字大概需要幾十毫秒。如果感覺速度不夠可以把整個(gè)字模先拼到顯存里再一起刷新但那需要額外的RAM空間。對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場景來說這種逐點(diǎn)畫法已經(jīng)夠用了。4.4 字庫數(shù)組的完整組織方式字庫數(shù)組的組織方式有兩種按固定順序手工排列或者按GB2312區(qū)位順序排列。手工排列適合只顯示少數(shù)幾個(gè)漢字的情況但查找時(shí)要用switch-case或者逐個(gè)比較效率低且擴(kuò)展性差。更推薦的做法是把字庫按照GB2312的區(qū)位順序排列。比如你要顯示“你好世界”這四個(gè)字先從字模工具里按順序生成所有你需要用到的漢字的字模然后把它們按順序排成大數(shù)組。顯示時(shí)主程序不需要知道具體哪個(gè)字在哪個(gè)位置直接通過區(qū)位碼計(jì)算公式找到它就行。下面是一個(gè)簡單的字庫組織例子code unsigned char hanzi[] { /* 0xCE 0xD2 你 */ 0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x08,0x10,0x08,0x10, /* ... 完整字模數(shù)據(jù) ... */ /* 0xC4 0xE3 好 */ 0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x20,0x08,0x20,0x08, /* ... 完整字模數(shù)據(jù) ... */ };code關(guān)鍵字告訴Keil編譯器這個(gè)數(shù)組要存放在程序Flash中而不是RAM中。51單片機(jī)的RAM只有128字節(jié)或256字節(jié)非常寶貴如果用普通數(shù)組定義字庫直接就把RAM干爆了。這一點(diǎn)必須注意。5. 調(diào)試過程與常見問題5.1 白屏與花屏的排查思路我做這個(gè)項(xiàng)目的過程中遇到過幾個(gè)典型問題相信大家也會(huì)遇到。先列一個(gè)故障速查表現(xiàn)象可能原因排查方法白屏、完全無顯示電源供電不足、初始化失敗、背光未開啟測VCC電壓確認(rèn)BL引腳電平檢查初始化延時(shí)花屏、顏色錯(cuò)亂像素格式設(shè)置錯(cuò)誤、SPI時(shí)序不穩(wěn)定檢查0x3A命令設(shè)置為0x55加強(qiáng)SPI信號(hào)穩(wěn)定性顯示內(nèi)容有規(guī)律錯(cuò)位取模方向與掃描順序不一致重新檢查取模參數(shù)對(duì)比逐行逐列漢字顯示成方框字庫數(shù)據(jù)不正確、編碼不匹配確認(rèn)字符串變量用的是GB2312編碼只有第一個(gè)字正常字庫數(shù)組地址計(jì)算有誤檢查偏移公式核對(duì)編碼值白屏是我遇到的第一個(gè)問題。查了半天最后發(fā)現(xiàn)是背光引腳的問題。有些屏幕模組的背光默認(rèn)是開啟的有些則需要外部拉高。我的板子上BL腳懸空屏幕自然黑屏。用萬用表測一下BL腳電壓就能排查。另外如果電源用的是USB口供電建議用外部5V電源USB口在峰值電流時(shí)可能掉電壓導(dǎo)致屏幕不穩(wěn)定。5.2 漢字亂碼與編碼轉(zhuǎn)換問題漢字顯示成亂碼或方框最常見的原因就是字符串的編碼格式?jīng)]對(duì)上。Keil C51默認(rèn)使用的字符串編碼是GB2312或GBK。如果你的源文件是UTF-8編碼那么字符串中的漢字?jǐn)?shù)據(jù)就不再是GB2312格式計(jì)算出來的字庫偏移自然就錯(cuò)了。解決方法是把源文件另存為ANSI編碼。Keil C51會(huì)自動(dòng)把ASCII字符和GB2312漢字處理好。如果你用VS Code寫代碼注意右下角的狀態(tài)欄把文件編碼從UTF-8切換為GB2312或GBK。這一步很多人不知道我一開始也被這個(gè)問題坑過顯示出來的全是亂碼查了半天才發(fā)現(xiàn)是文件編碼的問題。另外如果你用的是Keil 5還需要注意源文件保存時(shí)選擇的代碼頁。在“Edit”菜單里選擇“Configuration”確保Encoding設(shè)置為Chinese Simplified。否則即使文件是GB2312編碼也可能在編輯時(shí)顯示亂碼、編譯后數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。5.3 刷屏速度優(yōu)化的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)51單片機(jī)跑TFT屏最大的痛點(diǎn)就是速度。12MHz晶振下逐點(diǎn)畫一個(gè)16x16漢字需要約30ms看起來沒什么但如果要刷一整屏的字時(shí)間就不可接受了。優(yōu)化思路主要有三個(gè)方向第一提高主頻。如果是STC89C52把晶振換成22.1184MHz或者直接用STC12系列1T單片機(jī)速度能提升好幾倍。第二優(yōu)化畫點(diǎn)方式把連續(xù)顯示的像素批量填充減少設(shè)置窗口的次數(shù)。第三利用屏幕的顯存特性先往一個(gè)臨時(shí)數(shù)組里拼好一行的顏色數(shù)據(jù)再一次性寫入屏幕。實(shí)際項(xiàng)目中我用的優(yōu)化方法是減小設(shè)置窗口的開銷。原本每次畫一個(gè)點(diǎn)都要調(diào)用LCD_SetWindow這個(gè)函數(shù)要發(fā)送好幾個(gè)命令字節(jié)占用的時(shí)間甚至比畫點(diǎn)本身還多。我改成每畫一行數(shù)據(jù)只調(diào)用一次LCD_SetWindow然后連續(xù)寫入16個(gè)像素的顏色數(shù)據(jù)。這樣做之后顯示一個(gè)漢字的速度提升了一倍多。提示打開編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)也能提升速度。Keil中在Options for Target里找到C51選項(xiàng)卡將Optimization級(jí)別從Level 0調(diào)到Level 8并勾選“Speed”優(yōu)先。這樣編譯器會(huì)做更多優(yōu)化生成的代碼執(zhí)行效率更高。不過開啟高優(yōu)化后部分依賴volatile變量的代碼行為可能變化記得測試程序功能是否正常。6. 擴(kuò)展應(yīng)用與進(jìn)階路線6.1 從固定字庫到動(dòng)態(tài)讀取外部Flash前面實(shí)現(xiàn)的漢字顯示方案字庫是直接編譯在程序里的。這種方式在漢字?jǐn)?shù)量少的時(shí)候沒問題一旦漢字?jǐn)?shù)量變多程序Flash就不夠用了。一個(gè)16x16漢字的字模是32字節(jié)如果是一個(gè)包含3000個(gè)常用漢字的完整字庫就需要96KB的存儲(chǔ)空間這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了51單片機(jī)內(nèi)部Flash的容量。升級(jí)方案是外掛SPI Flash芯片比如W25Q16。把完整字庫預(yù)先燒錄到SPI Flash中單片機(jī)在需要顯示某個(gè)漢字時(shí)根據(jù)GB2312編碼計(jì)算出字模在Flash中的偏移地址然后通過SPI接口讀取32字節(jié)數(shù)據(jù)再送到TFT屏上顯示。這個(gè)方案的實(shí)現(xiàn)思路和程序內(nèi)嵌字庫其實(shí)是一樣的區(qū)別只在于字模數(shù)據(jù)的來源從Flash數(shù)組變成了外部芯片。核心的偏移計(jì)算公式、點(diǎn)陣掃描邏輯都不需要改動(dòng)。唯一的難點(diǎn)是要寫一套SPI Flash的讀取函數(shù)這個(gè)網(wǎng)上有很多現(xiàn)成的參考。6.2 彩色顯示與圖形界面的進(jìn)階玩法TFT彩屏的優(yōu)勢在于彩色顯示只用來顯示單色漢字有點(diǎn)浪費(fèi)。你可以把漢字的前景色、背景色做成動(dòng)態(tài)的比如根據(jù)溫度閾值顯示不同顏色正常時(shí)顯示綠色超限時(shí)顯示紅色。這個(gè)在LCD_ShowChinese函數(shù)的參數(shù)里加一個(gè)顏色判斷就實(shí)現(xiàn)了。更進(jìn)一步要實(shí)現(xiàn)簡單的圖形界面可以把漢字顯示函數(shù)和畫矩形、畫線、畫圓的函數(shù)組合起來做出菜單、按鈕、進(jìn)度條等元素。比如做一個(gè)溫控系統(tǒng)主界面顯示當(dāng)前溫度值和狀態(tài)文字用不同顏色的矩形框表示不同區(qū)域整體效果可以做到非常專業(yè)。我之前用它做了一個(gè)簡易的波形顯示界面把ADC采樣到的電壓值實(shí)時(shí)畫成波形曲線屏幕上方顯示“VOLTAGE”等英文標(biāo)題下方用漢字顯示“電壓: 3.25V”。整個(gè)界面思路就是先畫固定背景再動(dòng)態(tài)刷新數(shù)據(jù)區(qū)域。這個(gè)做法在51單片機(jī)上是可行且穩(wěn)定的推薦大家嘗試。6.3 常見問題速查與避坑清單做51單片機(jī)TFT彩屏漢字顯示我把最容易踩的坑整理成了一份避坑清單電源問題永遠(yuǎn)優(yōu)先排查。先量電壓再查信號(hào)。TFT屏模組對(duì)電壓波動(dòng)敏感電源不穩(wěn)會(huì)出現(xiàn)各種奇怪現(xiàn)象。初始化延時(shí)不能省。退出睡眠模式后必須等屏幕穩(wěn)定這是芯片本身的要求不是可有可無的流程。文件編碼必須統(tǒng)一。源文件用GB2312編碼字符串就用GB2312源文件用UTF-8字符串就是UTF-8。取模工具生成的編碼也要和程序匹配。取模參數(shù)記牢。逐行式、陰碼、高位在前這三個(gè)參數(shù)組合起來使用顯示效果最直觀。如果出現(xiàn)斜條紋或者左右翻轉(zhuǎn)優(yōu)先檢查這三個(gè)參數(shù)。字庫數(shù)組用code關(guān)鍵字定義別放到RAM里。51的RAM很小的放幾個(gè)字就把內(nèi)存耗盡程序直接跑飛。調(diào)試屏幕顯示類項(xiàng)目準(zhǔn)備一個(gè)邏輯分析儀或者示波器。至少也要用萬用表確認(rèn)各引腳電平對(duì)不對(duì)。沒有工具抓瞎排查效率極低。我個(gè)人的習(xí)慣是拿到新屏幕先寫一個(gè)最簡單的點(diǎn)亮測試程序讓屏幕顯示純色確認(rèn)基本通信正常后再往上加畫點(diǎn)函數(shù)、畫線函數(shù)、漢字顯示函數(shù)。一步步遞進(jìn)出了問題能精準(zhǔn)定位到是硬件問題還是軟件問題不會(huì)一頭霧水。這個(gè)項(xiàng)目整體做下來并不復(fù)雜只要把原理搞清楚、參數(shù)對(duì)齊51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字這件事完全可以成為你的輕松技能。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取 51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字：原理、取模與代碼實(shí)現(xiàn)
簡介51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字的完整例程面向電子技術(shù)初學(xué)者、嵌入式開發(fā)入門者及課程設(shè)計(jì)用戶重點(diǎn)解決單片機(jī)與彩屏通信、漢字字模處理及界面顯示等實(shí)際問題。壓縮包共23個(gè)文件約71KB內(nèi)容涵蓋C源碼、頭文件、Keil工程配置、hex燒錄文件以及l(fā)st、obj、bak等編譯中間文件與項(xiàng)目備份方便直接打開、燒錄和二次修改。目前已有930人學(xué)習(xí)瀏覽適合作為自學(xué)樣板或?qū)嶒?yàn)室參考項(xiàng)目。例程將液晶驅(qū)動(dòng)、圖形繪制與字模數(shù)據(jù)分離組織演示了從端口初始化、分辨率設(shè)置到漢字點(diǎn)陣輸出的完整流程學(xué)習(xí)者可據(jù)此理解TFT屏控制時(shí)序、字模編碼與像素映射原理并借鑒模塊化代碼風(fēng)格來擴(kuò)展圖標(biāo)、多字號(hào)顯示等更復(fù)雜功能。通過閱讀和修改工程還能掌握多文件項(xiàng)目管理、外設(shè)驅(qū)動(dòng)封裝以及漢字取模工具的使用思路。對(duì)于希望快速上手51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)彩屏的開發(fā)者這份例程提供了一套可直接運(yùn)行的代碼框架能顯著縮短調(diào)試時(shí)間。1. 項(xiàng)目概述1.1 核心需求解析51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字這個(gè)組合我看著太親切了。很多朋友入門單片機(jī)的時(shí)候第一步是點(diǎn)亮LED第二步是搞數(shù)碼管第三步就是折騰液晶屏。等到想給屏幕加上漢字顯示的時(shí)候往往會(huì)被一堆亂碼和空白折磨到懷疑人生。這個(gè)項(xiàng)目本質(zhì)上解決的是三個(gè)問題第一如何讓51單片機(jī)這塊8位的小芯片驅(qū)動(dòng)起來分辨率不低的TFT彩屏第二漢字這種非ASCII字符如何在TFT屏幕上正確顯示出來第三整套方案如何做到資源占用可控、顯示效果可接受、代碼結(jié)構(gòu)清晰可復(fù)用。適合正在學(xué)習(xí)51單片機(jī)、手里有一塊TFT屏但不知道怎么顯示漢字的同學(xué)參考。去年幫一個(gè)朋友調(diào)試他的畢業(yè)設(shè)計(jì)用的就是STC89C52加一塊2.4寸的TFT屏他折騰了兩周漢字始終顯示成一個(gè)個(gè)方框。我過去看了一眼代碼就發(fā)現(xiàn)問題了取模方式不對(duì)、字庫放的位置不對(duì)、掃描方向反了。三個(gè)問題疊加在一起能正常顯示才怪。這篇文章就把我調(diào)試過程中的經(jīng)驗(yàn)和踩過的坑完整記錄下來。1.2 硬件選型與環(huán)境準(zhǔn)備先說硬件方案。51單片機(jī)我建議用STC89C52RC或者STC12C5A60S2前者最經(jīng)典后者速度更快、內(nèi)部Flash更大尤其是STC12系列1T模式下能跑到接近35MHz刷TFT屏的體驗(yàn)會(huì)好很多。我用的是STC12C5A60S2主要是因?yàn)樗鼉?nèi)部有60KB Flash可以把字庫直接燒進(jìn)去不用外掛存儲(chǔ)芯片。TFT屏幕我選的是2.4寸、分辨率320x240、驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9341的模組帶SPI接口。為什么不選并口屏因?yàn)?1單片機(jī)引腳本來就不富裕并口要占掉十幾個(gè)IO口而且并口屏的RGB數(shù)據(jù)線和控制線時(shí)序復(fù)雜用51驅(qū)動(dòng)起來非常吃力。SPI接口的屏幕只需要6根線——CLK、DIN、DC、CE、RST、BL加上電源和地總共8根線省下來的引腳可以干別的。需要準(zhǔn)備的工具和材料清單如下51單片機(jī)開發(fā)板或者最小系統(tǒng)板一塊STC89C52RC或STC12C5A60S2均可2.4寸SPI接口TFT屏模組一塊ILI9341驅(qū)動(dòng)芯片USB轉(zhuǎn)TTL下載器一個(gè)用于燒錄程序面包板或杜邦線若干漢字取模工具軟件后面會(huì)詳細(xì)講Keil C51開發(fā)環(huán)境接線方案直接列出來大家照抄就行TFT屏引腳51單片機(jī)引腳CLKP1.0DINP1.1DCP1.2CEP1.3RSTP1.4BL接3.3V或通過三極管控制VCC3.3V注意別接5VGNDGND注意TFT屏的VCC必須接3.3V不能直接接5V。51單片機(jī)的IO口輸出高電平是5V而TFT屏的邏輯電平一般是3.3V所以最好在數(shù)據(jù)線上串聯(lián)1K電阻做電平匹配或者直接用支持5V輸入的模組。我用的這塊模組有電平轉(zhuǎn)換電路直接對(duì)接沒問題但大家買屏的時(shí)候一定要確認(rèn)清楚否則燒屏就是一瞬間的事。2. 漢字顯示的核心原理2.1 從點(diǎn)陣到屏幕的映射邏輯漢字在TFT屏幕上顯示本質(zhì)上就是把漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)地畫到屏幕上。屏幕上的一個(gè)小亮點(diǎn)叫像素漢字按16x16點(diǎn)陣取模后就是16行、每行16個(gè)點(diǎn)總共256個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。某個(gè)點(diǎn)是1就點(diǎn)亮是0就熄滅236個(gè)點(diǎn)按規(guī)律排列起來一個(gè)漢字的輪廓就出來了。這個(gè)過程和LED點(diǎn)陣屏顯示漢字是同一個(gè)道理。不同的是TFT彩屏每個(gè)像素可以顯示不同顏色所以漢字的顏色、背景色都可以靈活設(shè)置。比如你想讓漢字顯示成紅色、背景是白色那就把點(diǎn)陣數(shù)據(jù)中是1的位置畫成紅色是0的位置畫成白色。就這么簡單。取模的方式很關(guān)鍵。常見的有逐行取模和逐列取模兩種。逐行取模就是按每行16個(gè)點(diǎn)排列每行用兩個(gè)字節(jié)表示16位一共16行總計(jì)32個(gè)字節(jié)。逐列取模則是按每列16個(gè)點(diǎn)排列同樣16列也是32個(gè)字節(jié)。兩種方式在屏幕上的擺放方向不同如果取模方式和你寫代碼時(shí)的掃描順序?qū)Σ簧蠞h字就會(huì)顯示成亂七八糟的斜條紋。建議統(tǒng)一采用逐行取模、高位在前的方式然后代碼里按照從左到右、從上到下的順序掃描。這條規(guī)則定下來以后后面所有的字庫生成和顯示函數(shù)都按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來就不會(huì)亂了。2.2 字庫在單片機(jī)中的存儲(chǔ)方案16x16點(diǎn)陣的漢字每個(gè)字占用32字節(jié)。如果你要顯示幾百個(gè)漢字字庫占用的空間會(huì)非常大。51單片機(jī)的內(nèi)部Flash一般是4KB到60KB不等STC89C52只有8KB Flash去掉程序占用的空間能放的字庫非常有限。所以字庫存儲(chǔ)方案要根據(jù)項(xiàng)目需求來選第一程序內(nèi)嵌數(shù)組方案。適合只需要顯示少量固定漢字的場景比如就顯示“溫度”“濕度”“歡迎使用”這幾個(gè)詞。直接把字模數(shù)據(jù)定義成const數(shù)組編譯時(shí)燒進(jìn)Flash里。優(yōu)點(diǎn)是不需要額外硬件缺點(diǎn)是能放的字很少。第二外掛SPI Flash芯片方案。適合需要顯示大量漢字的場景比如做一個(gè)完整的漢字菜單系統(tǒng)。用W25Q16等SPI Flash存儲(chǔ)完整字庫單片機(jī)需要顯示某個(gè)漢字時(shí)先計(jì)算出這個(gè)漢字在字庫中的偏移地址然后從Flash中讀取字模數(shù)據(jù)。這個(gè)方案技術(shù)含量更高但實(shí)現(xiàn)起來更復(fù)雜。我們這次先做最基礎(chǔ)的方案——程序內(nèi)嵌數(shù)組。因?yàn)橹攸c(diǎn)是讓大家搞懂漢字顯示的原理和流程等基礎(chǔ)方案跑通了再升級(jí)到外掛字庫就水到渠成了。3. 漢字取模的完整實(shí)操3.1 取模工具的選擇與配置取模工具我用的是PCtoLCD2002這個(gè)軟件是很經(jīng)典的取模工具界面雖然簡陋但功能非常實(shí)用。網(wǎng)上還能下到各種版本大家選一個(gè)能正常運(yùn)行的就行。找不到的話用字模軟件“Img2Lcd”也可以原理是相通的。打開PCtoLCD2002后先設(shè)置取模參數(shù)。參數(shù)設(shè)置界面里需要注意這幾個(gè)選項(xiàng)點(diǎn)陣格式選擇“陰碼”——1表示點(diǎn)亮0表示熄滅這個(gè)最直觀每行顯示的點(diǎn)數(shù)設(shè)置為16取模走向選擇“逐行式”——對(duì)應(yīng)我們前面說的逐行取模取模走向下面的選項(xiàng)選擇“逆向”——即高位在前字節(jié)輸出格式選擇“C51格式”——直接生成Keil能用的C語言數(shù)組設(shè)置好后在文本輸入框里輸入你想顯示的漢字點(diǎn)擊“生成字模”按鈕下面就會(huì)出現(xiàn)一串十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。比如“你”字的16x16點(diǎn)陣可能長這樣{0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x0F,0xF0,0x08,0x10,0x08,0x10,0x08,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00}這32個(gè)字節(jié)就是“你”字的完整點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)之談取模工具生成的數(shù)組前面的注釋會(huì)標(biāo)明是“16x16點(diǎn)陣”還會(huì)帶一個(gè)取模方式的說明。把注釋保留在代碼里方便以后復(fù)盤。我經(jīng)常在幾個(gè)月后回看自己寫的代碼要不是注釋里寫著取模方式早就忘了當(dāng)初是按什么規(guī)則取的模。3.2 手工提取與驗(yàn)證字模數(shù)據(jù)用工具生成字模雖然方便但作為開發(fā)者我們得能看懂這些數(shù)據(jù)到底代表什么否則出了問題根本不知道從哪里排查。我建議你至少手工驗(yàn)證一次字模數(shù)據(jù)。拿上面“你”字的第一行數(shù)據(jù)來說前兩個(gè)字節(jié)是0x00和0x00說明第一行16個(gè)點(diǎn)全是熄滅的。第二行是0x7F和0xFC轉(zhuǎn)成二進(jìn)制就是0111 1111 1111 1100這一行有14個(gè)點(diǎn)被點(diǎn)亮。你可以找一張坐標(biāo)紙把每一行16個(gè)點(diǎn)按二進(jìn)制畫出來就能看到漢字的輪廓逐漸浮現(xiàn)。這個(gè)過程雖然繁瑣但做一次之后你對(duì)點(diǎn)陣顯示的理解會(huì)非常深刻。如果嫌手工太麻煩還有一個(gè)更直觀的驗(yàn)證辦法把點(diǎn)陣數(shù)據(jù)用OLED或者TFT屏幕直接顯示出來配合串口打印輔助排查。我在調(diào)試時(shí)通常會(huì)寫一個(gè)簡單的顯示函數(shù)先把取模數(shù)據(jù)打出來看看確認(rèn)數(shù)據(jù)沒問題再往正式程序里放。4. 核心代碼實(shí)現(xiàn)與講解4.1 底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)編寫在寫漢字顯示之前底層必須有一套TFT屏幕的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。ILI9341這款芯片的初始化代碼比較固定網(wǎng)上有很多版本我這邊直接給出精簡且穩(wěn)定的版本。首先是SPI發(fā)送字節(jié)的函數(shù)void SPI_WriteByte(unsigned char dat) { unsigned char i; for(i 0; i 8; i) { if(dat 0x80) DIN 1; else DIN 0; CLK 0; dat 1; CLK 1; } }這段代碼用軟件模擬SPI時(shí)序。每次發(fā)送一個(gè)字節(jié)從最高位開始一位一位地放到數(shù)據(jù)線上然后產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘上升沿讓屏幕鎖存數(shù)據(jù)。CLK先拉低再拉高是為了形成一個(gè)完整的上升沿。這個(gè)看起來簡單但很多朋友第一次寫會(huì)忘記dat左移這步結(jié)果屏幕上顯示的全是同一個(gè)位的數(shù)據(jù)。然后是寫命令和寫數(shù)據(jù)的函數(shù)void LCD_WriteCmd(unsigned char cmd) { DC 0; // 命令模式下DC為低 CE 0; SPI_WriteByte(cmd); CE 1; DC 1; } void LCD_WriteData(unsigned char dat) { DC 1; // 數(shù)據(jù)模式下DC為高 CE 0; SPI_WriteByte(dat); CE 1; }DC引腳就是用來區(qū)分當(dāng)前發(fā)送的是命令還是數(shù)據(jù)的。屏幕內(nèi)部有個(gè)狀態(tài)寄存器當(dāng)DC拉低時(shí)來的數(shù)據(jù)被解釋為命令當(dāng)DC拉高時(shí)來的數(shù)據(jù)被解釋為數(shù)據(jù)。這個(gè)區(qū)分非常關(guān)鍵搞反了屏幕要么亂碼要么完全不響應(yīng)。4.2 ILI9341初始化與畫點(diǎn)函數(shù)ILI9341的初始化其實(shí)是一長串的寄存器配置目的是把屏幕的顯示模式、掃描方向、像素格式等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置好。常用的初始化序列我整理成了函數(shù)大家直接用就行void LCD_Init(void) { RST 1; delay_ms(10); RST 0; delay_ms(10); RST 1; delay_ms(50); LCD_WriteCmd(0xCB); LCD_WriteData(0x39); LCD_WriteData(0x2C); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x34); LCD_WriteData(0x02); LCD_WriteCmd(0xCF); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0xC1); LCD_WriteData(0x30); LCD_WriteCmd(0xE8); LCD_WriteData(0x85); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x78); LCD_WriteCmd(0xEA); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteCmd(0xED); LCD_WriteData(0x64); LCD_WriteData(0x03); LCD_WriteData(0x12); LCD_WriteData(0x81); LCD_WriteCmd(0xE0); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x0E); LCD_WriteData(0x14); LCD_WriteData(0x03); LCD_WriteData(0x11); LCD_WriteData(0x07); LCD_WriteData(0x31); LCD_WriteData(0xC1); LCD_WriteData(0x48); LCD_WriteData(0x08); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteData(0x0C); LCD_WriteData(0x31); LCD_WriteData(0x36); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteCmd(0xE1); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x0E); LCD_WriteData(0x14); LCD_WriteData(0x03); LCD_WriteData(0x11); LCD_WriteData(0x08); LCD_WriteData(0x2F); LCD_WriteData(0xC1); LCD_WriteData(0x48); LCD_WriteData(0x05); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteData(0x0C); LCD_WriteData(0x31); LCD_WriteData(0x36); LCD_WriteData(0x0F); LCD_WriteCmd(0x3A); LCD_WriteData(0x55); // 16位像素格式 LCD_WriteCmd(0xB1); LCD_WriteData(0x00); LCD_WriteData(0x18); LCD_WriteCmd(0xB6); LCD_WriteData(0x08); LCD_WriteData(0x82); LCD_WriteData(0x27); LCD_WriteCmd(0xF7); LCD_WriteData(0xA9); LCD_WriteCmd(0x20); // 正常顯示模式非反色 LCD_WriteCmd(0x11); // 退出睡眠模式 delay_ms(120); LCD_WriteCmd(0x29); // 開顯示 }注意初始化代碼里的延時(shí)非常重要0x11命令退出睡眠模式后必須等待至少120ms讓屏幕內(nèi)部的DC-DC電壓穩(wěn)定下來再發(fā)送開顯示命令。有人圖省事把這個(gè)延時(shí)去掉結(jié)果屏幕閃一下白屏就再也沒反應(yīng)了。畫一個(gè)像素點(diǎn)的函數(shù)是顯示的基礎(chǔ)void LCD_SetWindow(unsigned int x0, unsigned int y0, unsigned int x1, unsigned int y1) { LCD_WriteCmd(0x2A); LCD_WriteData(x0 8); LCD_WriteData(x0 0xFF); LCD_WriteData(x1 8); LCD_WriteData(x1 0xFF); LCD_WriteCmd(0x2B); LCD_WriteData(y0 8); LCD_WriteData(y0 0xFF); LCD_WriteData(y1 8); LCD_WriteData(y1 0xFF); LCD_WriteCmd(0x2C); } void LCD_DrawPoint(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color) { LCD_SetWindow(x, y, x, y); LCD_WriteData(color 8); LCD_WriteData(color 0xFF); }LCD_SetWindow這個(gè)函數(shù)是用來設(shè)置繪圖區(qū)域的。告訴屏幕你接下來要在哪塊矩形區(qū)域里畫圖屏幕就會(huì)把后續(xù)收到的顏色數(shù)據(jù)按順序填充到這個(gè)區(qū)域里。0x2A命令設(shè)置X坐標(biāo)范圍0x2B命令設(shè)置Y坐標(biāo)范圍0x2C命令表示開始寫入像素?cái)?shù)據(jù)。4.3 漢字顯示函數(shù)與顏色參數(shù)有了畫點(diǎn)函數(shù)顯示漢字就水到渠成了。代碼如下void LCD_ShowChinese(unsigned int x, unsigned int y, unsigned char *str, unsigned int color, unsigned int bgcolor) { while(*str ! \0) { // 處理一個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié) unsigned char high *str; unsigned char low *(str 1); // 根據(jù)GB2312區(qū)位碼計(jì)算字模偏移 unsigned int offset ((high - 0xA1) * 94 (low - 0xA1)) * 32; // 逐行顯示 unsigned char i, j; for(i 0; i 16; i) { unsigned char temp1 hanzi[offset i * 2]; unsigned char temp2 hanzi[offset i * 2 1]; for(j 0; j 8; j) { if(temp1 (0x80 j)) LCD_DrawPoint(x j, y i, color); else LCD_DrawPoint(x j, y i, bgcolor); } for(j 0; j 8; j) { if(temp2 (0x80 j)) LCD_DrawPoint(x 8 j, y i, color); else LCD_DrawPoint(x 8 j, y i, bgcolor); } } str 2; // 跳過兩個(gè)字節(jié)指向下一個(gè)漢字 x 16; // 每個(gè)漢字寬度16像素移動(dòng)到下一個(gè)位置 } }這個(gè)函數(shù)的思路是這樣漢字在GB2312編碼中占用兩個(gè)字節(jié)分別是高位字節(jié)和低位字節(jié)。通過這兩個(gè)字節(jié)的數(shù)值可以計(jì)算出該漢字在字庫數(shù)組中的偏移位置。公式是((高字節(jié) - 0xA1) * 94 (低字節(jié) - 0xA1)) * 32其中94是因?yàn)镚B2312的每一區(qū)有94個(gè)漢字32是每個(gè)漢字的字模字節(jié)數(shù)。計(jì)算偏移后從字庫數(shù)組中取出32個(gè)字節(jié)按每行兩個(gè)字節(jié)的方式取出點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。每個(gè)字節(jié)有8個(gè)bit對(duì)應(yīng)8個(gè)像素點(diǎn)。高字節(jié)對(duì)應(yīng)漢字左半部分的8個(gè)像素低字節(jié)對(duì)應(yīng)右半部分的8個(gè)像素。依次判斷每一位是1還是0是1畫前景色是0畫背景色。實(shí)操心得上面這個(gè)版本的函數(shù)是逐點(diǎn)畫出來的每顯示一個(gè)漢字要調(diào)用256次畫點(diǎn)函數(shù)。在12MHz晶振下顯示一個(gè)漢字大概需要幾十毫秒。如果感覺速度不夠可以把整個(gè)字模先拼到顯存里再一起刷新但那需要額外的RAM空間。對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場景來說這種逐點(diǎn)畫法已經(jīng)夠用了。4.4 字庫數(shù)組的完整組織方式字庫數(shù)組的組織方式有兩種按固定順序手工排列或者按GB2312區(qū)位順序排列。手工排列適合只顯示少數(shù)幾個(gè)漢字的情況但查找時(shí)要用switch-case或者逐個(gè)比較效率低且擴(kuò)展性差。更推薦的做法是把字庫按照GB2312的區(qū)位順序排列。比如你要顯示“你好世界”這四個(gè)字先從字模工具里按順序生成所有你需要用到的漢字的字模然后把它們按順序排成大數(shù)組。顯示時(shí)主程序不需要知道具體哪個(gè)字在哪個(gè)位置直接通過區(qū)位碼計(jì)算公式找到它就行。下面是一個(gè)簡單的字庫組織例子code unsigned char hanzi[] { /* 0xCE 0xD2 你 */ 0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x08,0x10,0x08,0x10, /* ... 完整字模數(shù)據(jù) ... */ /* 0xC4 0xE3 好 */ 0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x20,0x08,0x20,0x08, /* ... 完整字模數(shù)據(jù) ... */ };code關(guān)鍵字告訴Keil編譯器這個(gè)數(shù)組要存放在程序Flash中而不是RAM中。51單片機(jī)的RAM只有128字節(jié)或256字節(jié)非常寶貴如果用普通數(shù)組定義字庫直接就把RAM干爆了。這一點(diǎn)必須注意。5. 調(diào)試過程與常見問題5.1 白屏與花屏的排查思路我做這個(gè)項(xiàng)目的過程中遇到過幾個(gè)典型問題相信大家也會(huì)遇到。先列一個(gè)故障速查表現(xiàn)象可能原因排查方法白屏、完全無顯示電源供電不足、初始化失敗、背光未開啟測VCC電壓確認(rèn)BL引腳電平檢查初始化延時(shí)花屏、顏色錯(cuò)亂像素格式設(shè)置錯(cuò)誤、SPI時(shí)序不穩(wěn)定檢查0x3A命令設(shè)置為0x55加強(qiáng)SPI信號(hào)穩(wěn)定性顯示內(nèi)容有規(guī)律錯(cuò)位取模方向與掃描順序不一致重新檢查取模參數(shù)對(duì)比逐行逐列漢字顯示成方框字庫數(shù)據(jù)不正確、編碼不匹配確認(rèn)字符串變量用的是GB2312編碼只有第一個(gè)字正常字庫數(shù)組地址計(jì)算有誤檢查偏移公式核對(duì)編碼值白屏是我遇到的第一個(gè)問題。查了半天最后發(fā)現(xiàn)是背光引腳的問題。有些屏幕模組的背光默認(rèn)是開啟的有些則需要外部拉高。我的板子上BL腳懸空屏幕自然黑屏。用萬用表測一下BL腳電壓就能排查。另外如果電源用的是USB口供電建議用外部5V電源USB口在峰值電流時(shí)可能掉電壓導(dǎo)致屏幕不穩(wěn)定。5.2 漢字亂碼與編碼轉(zhuǎn)換問題漢字顯示成亂碼或方框最常見的原因就是字符串的編碼格式?jīng)]對(duì)上。Keil C51默認(rèn)使用的字符串編碼是GB2312或GBK。如果你的源文件是UTF-8編碼那么字符串中的漢字?jǐn)?shù)據(jù)就不再是GB2312格式計(jì)算出來的字庫偏移自然就錯(cuò)了。解決方法是把源文件另存為ANSI編碼。Keil C51會(huì)自動(dòng)把ASCII字符和GB2312漢字處理好。如果你用VS Code寫代碼注意右下角的狀態(tài)欄把文件編碼從UTF-8切換為GB2312或GBK。這一步很多人不知道我一開始也被這個(gè)問題坑過顯示出來的全是亂碼查了半天才發(fā)現(xiàn)是文件編碼的問題。另外如果你用的是Keil 5還需要注意源文件保存時(shí)選擇的代碼頁。在“Edit”菜單里選擇“Configuration”確保Encoding設(shè)置為Chinese Simplified。否則即使文件是GB2312編碼也可能在編輯時(shí)顯示亂碼、編譯后數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。5.3 刷屏速度優(yōu)化的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)51單片機(jī)跑TFT屏最大的痛點(diǎn)就是速度。12MHz晶振下逐點(diǎn)畫一個(gè)16x16漢字需要約30ms看起來沒什么但如果要刷一整屏的字時(shí)間就不可接受了。優(yōu)化思路主要有三個(gè)方向第一提高主頻。如果是STC89C52把晶振換成22.1184MHz或者直接用STC12系列1T單片機(jī)速度能提升好幾倍。第二優(yōu)化畫點(diǎn)方式把連續(xù)顯示的像素批量填充減少設(shè)置窗口的次數(shù)。第三利用屏幕的顯存特性先往一個(gè)臨時(shí)數(shù)組里拼好一行的顏色數(shù)據(jù)再一次性寫入屏幕。實(shí)際項(xiàng)目中我用的優(yōu)化方法是減小設(shè)置窗口的開銷。原本每次畫一個(gè)點(diǎn)都要調(diào)用LCD_SetWindow這個(gè)函數(shù)要發(fā)送好幾個(gè)命令字節(jié)占用的時(shí)間甚至比畫點(diǎn)本身還多。我改成每畫一行數(shù)據(jù)只調(diào)用一次LCD_SetWindow然后連續(xù)寫入16個(gè)像素的顏色數(shù)據(jù)。這樣做之后顯示一個(gè)漢字的速度提升了一倍多。提示打開編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)也能提升速度。Keil中在Options for Target里找到C51選項(xiàng)卡將Optimization級(jí)別從Level 0調(diào)到Level 8并勾選“Speed”優(yōu)先。這樣編譯器會(huì)做更多優(yōu)化生成的代碼執(zhí)行效率更高。不過開啟高優(yōu)化后部分依賴volatile變量的代碼行為可能變化記得測試程序功能是否正常。6. 擴(kuò)展應(yīng)用與進(jìn)階路線6.1 從固定字庫到動(dòng)態(tài)讀取外部Flash前面實(shí)現(xiàn)的漢字顯示方案字庫是直接編譯在程序里的。這種方式在漢字?jǐn)?shù)量少的時(shí)候沒問題一旦漢字?jǐn)?shù)量變多程序Flash就不夠用了。一個(gè)16x16漢字的字模是32字節(jié)如果是一個(gè)包含3000個(gè)常用漢字的完整字庫就需要96KB的存儲(chǔ)空間這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了51單片機(jī)內(nèi)部Flash的容量。升級(jí)方案是外掛SPI Flash芯片比如W25Q16。把完整字庫預(yù)先燒錄到SPI Flash中單片機(jī)在需要顯示某個(gè)漢字時(shí)根據(jù)GB2312編碼計(jì)算出字模在Flash中的偏移地址然后通過SPI接口讀取32字節(jié)數(shù)據(jù)再送到TFT屏上顯示。這個(gè)方案的實(shí)現(xiàn)思路和程序內(nèi)嵌字庫其實(shí)是一樣的區(qū)別只在于字模數(shù)據(jù)的來源從Flash數(shù)組變成了外部芯片。核心的偏移計(jì)算公式、點(diǎn)陣掃描邏輯都不需要改動(dòng)。唯一的難點(diǎn)是要寫一套SPI Flash的讀取函數(shù)這個(gè)網(wǎng)上有很多現(xiàn)成的參考。6.2 彩色顯示與圖形界面的進(jìn)階玩法TFT彩屏的優(yōu)勢在于彩色顯示只用來顯示單色漢字有點(diǎn)浪費(fèi)。你可以把漢字的前景色、背景色做成動(dòng)態(tài)的比如根據(jù)溫度閾值顯示不同顏色正常時(shí)顯示綠色超限時(shí)顯示紅色。這個(gè)在LCD_ShowChinese函數(shù)的參數(shù)里加一個(gè)顏色判斷就實(shí)現(xiàn)了。更進(jìn)一步要實(shí)現(xiàn)簡單的圖形界面可以把漢字顯示函數(shù)和畫矩形、畫線、畫圓的函數(shù)組合起來做出菜單、按鈕、進(jìn)度條等元素。比如做一個(gè)溫控系統(tǒng)主界面顯示當(dāng)前溫度值和狀態(tài)文字用不同顏色的矩形框表示不同區(qū)域整體效果可以做到非常專業(yè)。我之前用它做了一個(gè)簡易的波形顯示界面把ADC采樣到的電壓值實(shí)時(shí)畫成波形曲線屏幕上方顯示“VOLTAGE”等英文標(biāo)題下方用漢字顯示“電壓: 3.25V”。整個(gè)界面思路就是先畫固定背景再動(dòng)態(tài)刷新數(shù)據(jù)區(qū)域。這個(gè)做法在51單片機(jī)上是可行且穩(wěn)定的推薦大家嘗試。6.3 常見問題速查與避坑清單做51單片機(jī)TFT彩屏漢字顯示我把最容易踩的坑整理成了一份避坑清單電源問題永遠(yuǎn)優(yōu)先排查。先量電壓再查信號(hào)。TFT屏模組對(duì)電壓波動(dòng)敏感電源不穩(wěn)會(huì)出現(xiàn)各種奇怪現(xiàn)象。初始化延時(shí)不能省。退出睡眠模式后必須等屏幕穩(wěn)定這是芯片本身的要求不是可有可無的流程。文件編碼必須統(tǒng)一。源文件用GB2312編碼字符串就用GB2312源文件用UTF-8字符串就是UTF-8。取模工具生成的編碼也要和程序匹配。取模參數(shù)記牢。逐行式、陰碼、高位在前這三個(gè)參數(shù)組合起來使用顯示效果最直觀。如果出現(xiàn)斜條紋或者左右翻轉(zhuǎn)優(yōu)先檢查這三個(gè)參數(shù)。字庫數(shù)組用code關(guān)鍵字定義別放到RAM里。51的RAM很小的放幾個(gè)字就把內(nèi)存耗盡程序直接跑飛。調(diào)試屏幕顯示類項(xiàng)目準(zhǔn)備一個(gè)邏輯分析儀或者示波器。至少也要用萬用表確認(rèn)各引腳電平對(duì)不對(duì)。沒有工具抓瞎排查效率極低。我個(gè)人的習(xí)慣是拿到新屏幕先寫一個(gè)最簡單的點(diǎn)亮測試程序讓屏幕顯示純色確認(rèn)基本通信正常后再往上加畫點(diǎn)函數(shù)、畫線函數(shù)、漢字顯示函數(shù)。一步步遞進(jìn)出了問題能精準(zhǔn)定位到是硬件問題還是軟件問題不會(huì)一頭霧水。這個(gè)項(xiàng)目整體做下來并不復(fù)雜只要把原理搞清楚、參數(shù)對(duì)齊51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)TFT彩屏顯示漢字這件事完全可以成為你的輕松技能。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取