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【经验分享】 STM32- FSMC+LCD

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-16 18:09
 关于FSMC+LCD第一次学习完时候,自己也还是对这个不清不白,时而清楚,时而糊涂。这一次再次学习的话,不能在这样了,仔仔细细把STM32参考手册,原子的LCD实验看了一遍,又在网上找了好些关于FSMC+LCD的资料,终于彻底明白了,,,当然,叫我完全一个人独立的把这个LCD显示实验程序写出来还是不可能的,C语言还是有待提高,实战还是太少,看到别人写的代码,有些细节根本一点都想不到,更何况让自己去写。。。。
$ \/ w: u7 \2 E5 W7 b, }
  收集的资料:
LCD有如下控制线:
CS:Chip Select 片选,低电平有效
RS:Register Select 寄存器选择
WR:Write 写信号,低电平有效
RD:Read 读信号,低电平有效
RESET:重启信号,低电平有效
DB0-DB15:数据线
假如这些线,全部用普通IO口控制。根据LCD控制芯片手册(大部分控制芯片时序差不多):
如果情况如下:
DB0-DB15的IO全部为1(表示数据0xff),也可以为其他任意值,这里以0xff为例。
CS为0(表示选上芯片,CS拉低时,芯片对传入的数据才会有效)
RS为1(表示DB0-15上传递的是要被写到寄存器的值),如果为0,表示传递的是数据。
WR为0,RD为1(表示是写动作),反过来就是读动作。
RESET一直为高,如果RESET为低,会导致芯片重启。
这种情况,会导致一个值0xff被传入芯片,被LCD控制芯片当作写寄存器值去解析。LCD控制芯片收到DB0-15上的值之后,根据其他控制线的情况,它得出结论,这个0xff是用来设置寄存器的。一般情况下,LCD控制芯片会把传入的寄存器值的高8位当做寄存器地址(因为芯片内部肯定不止一个寄存器),低8位当做真正的要赋给对应寄存器值。这样,就完成了一个写LCD控制芯片内部寄存器的时序。
如果上述情况不变,只将RS置低,那么得到的情况如下:LCD控制芯片会把DB0-15上的数据当做单纯的数据值来处理。那么假如LCD处在画图状态,这个传入的值0xff,就会被显示到对应的点上,0xffff就表示白色,那么对应的点就是白色。在这个数据值传递过来之前,程序肯定会通过设置寄存器值,告诉LCD控制芯片要写的点的位置在哪里。
如果上述两种情况都不变,分别把WR和RD的信号反过来(WR=1,RD=0),那么写信号就会被变成读信号。读信号下,主控芯片需要去读DB0-15的值,而LCD控制芯片就会去设置DB0-15的值,从而完成读数据的时序。
读寄存器的时序麻烦一点。第一步,先要将WR和RD都置低,主控芯片通过DB0-15传入寄存器地址。第二步就和前面读数据一样,将WR置高,RD置低,读出DB0-15的值即可。在这整个的过程中,RS一直为低。
好了,上面就是IO直接控制LCD的方法。假如放到STM32里面,用IO直接控制显得效率很低。STM32有FSMC(其实其他芯片基本都有类似的总线功能),FSMC的好处就是你一旦设置好之后,WR、RD、DB0-DB15这些控制线和数据线,都是FSMC自动控制的。打个比方,当你在程序中写到:
*(volatile unsigned short int *)(0x60000000)=val;
那么FSMC就会自动执行一个写的操作,其对应的主控芯片的WE、RD这些脚,就会呈现出写的时序出来(即WE=0,RD=1),数据val的值也会通过DB0-15自动呈现出来(即FSMC-D0:FSMC-D15=val)。地址0x60000000会被呈现在数据线上(即A0-A25=0,地址线的对应最麻烦,要根据具体情况来,好好看看FSMC手册)。
那么在硬件上面,我们需要做的,仅仅是MCU和LCD控制芯片的连接关系:
WE-WR,均为低电平有效
RD-RD,均为低电平有效
FSMC-D0-15接LCD DB0-15
连接好之后,读写时序都会被FSMC自动完成。但是还有一个很关键的问题,就是RS没有接,CS没有接。因为在FSMC里面,根本就没有对应RS和CS的脚。怎么办呢?这个时候,有一个好方法,就是用某一根地址线来接RS。比如我们选择了A16这根地址线来接,那么当我们要写寄存器的时候,我们需要RS,也就是A16置高。软件中怎么做呢?也就是将FSMC要写的地址改成0x60020000,如下:
*(volatile unsigned short int *)(0x60020000)=val;
这个时候,A16在执行其他FSMC的同时会被拉高,因为A0-A18要呈现出地址0x60020000。0x60020000里面的Bit17=1,就会导致A16为1。
当要读数据时,地址由0x60020000改为了0x60000000,这个时候A16就为0了。
那么有朋友就会有疑问,第一,为什么地址是0x6xxxxxxx而不是0x0xxxxxxx;第二,CS怎么接;第三,为什么Bit17对应A16?
先来看前两个问题,大家找到STM32的FSMC手册,在FSMC手册里面,我们很容易找到,FSMC将0x60000000-0x6fffffff的地址用作NOR/PRAM(共256M地址范围)。而这个存储块,又被分成了四部分,每部分64M地址范围。当对其中某个存储块进行读写时,对应的NEx就会置低。这里,就解决了我们两个问题,第一,LCD的操作时序,和NOR/PRAM是一样的(为什么一样自己找找NOR/PRAM的时序看看),所以我们选择0x6xxxxxxx这个地址范围(选择这个地址范围,操作这个地址时,FSMC就会呈现出NOR/PRAM的时序)。第二,我们可以将NEx连接到LCD的CS,只要我们操作的地址是第一个存储块内即可(即0-0x3ffffff地址范围)。
第三个问题再来看一看FSMC手册关于存储器字宽的描述,我们发现,当外部存储器是16位时,硬件管脚A0-A24表示的是地址线A1-A25的值,所以我们要位移一下,Bit17的值,实际会被反应到A16这根IO来。关于数据宽度及位移的问题,初学的朋友可能会比较疑惑,当你接触了多NOR/PRAM这样的器件后,你会发现,很多芯片的总线,都是这样设计的,为的是节省地址线

+ `0 b# h$ G% e0 \9 q  P. U. G. G- Z+ V8 u' |: S& E' Q
第二个角度理解:

' S* ~$ T1 k! Q" P: T* y9 q1 }, e
FSMC总线上看,LCD只有2个地址.
Bank1_LCD_C是写寄存器,此时RS=1,告诉LCD我在总线上输出数据的是寄存器的地址
Bank1_LCD_D是写数据,此时RS=0,告诉LCD我在总线上输出地数据是寄存器的数据或者GRAM的数据.
4 c6 I) @: s% D5 a. z
写寄存器数据按2步来:
第一步先往Bank1_LCD_C (对应RS=1),送寄存器的地址:*(__IO uint16_t *) (Bank1_LCD_C)= index;  接着在Bank1_LCD_D这个地址(对应RS=0),写入刚指向的寄存器的数据: *(__IO uint16_t *) (Bank1_LCD_D)= val;
. S# \* d8 `  i) I; O* Y
为什么*(__IO uint16_t *) (Bank1_LCD_C)= index; 就是往 LCD 写寄存器呢?

) C# @2 i$ d; Y4 M5 k& d0 }/ [. f1 T  i5 z- @6 q: X$ t8 v
这是一个16位的IO赋值操作,地址是Bank1_LCD_C,这个地址就是指向FSMC的 Bank1的NE1对应的地址空间。而LCD片选正是连接到NE1,具体地址要看RS接到哪一根地址线上。当CPU执行到这一条的时候,就会通过FSMC总线控制器在数据总线上进行一个地址为 Bank1_LCD_C的数据写操作,此操作自动完成CS信号,
RD信号,WR信号,以及地址总线数据(RS信号)的输出以及数据总线数据的输出.
& Y8 g  q$ b0 Z# I9 `2 ~
其他的操作都是这两个操作组合完成。也就是我上面所说的,
"所有的寄存器地址和寄存器数据,以及 GRAM数据都是通过 IO0-IO15完成传输的,而不是FSMC的地址.这是容易搞混的一个地方.LCD的FSMC地址只有一根 ,就是RS."。
- @  T& z' X0 v, A' z; O
把TFT看做类似SRAM的存储器,只能接在 BANK1上。对应基地址是0x60000000.
而BANK1又有划分为四个片选,分别对应基地址:
NE1 0x600000000
NE2 0x640000000
NE3 0x680000000
NE4 0x6C0000000
所以每个NEx能寻址的空间大小为64M,也就是对应了FSMC的A0到A25 共26根地址线.
  G' l3 u$ b' }. s
假如使用NE4接到为LCD的片选CS上,那么就对应基地址 0x6C000000,
如果RS接到地址线的 A0上,那么当 RS为0时对应的地址就是 LCD_REG = 0x6C000000,(其实你用0x6CFFFFF0是一样的,因为只用到一根地址线).
RS为1时对应的地址就是 LCD_RAM =0x6C000001,(0x6CFFFFF1一样对应 LCD_RAM,因为它一样对应 RS=1).

! f" R7 r2 P" U6 M2 k
如果 RS接到 其他地址线上,情况是类似的。
比如接到 An上,那么
LCD_REG= 0x6C000000,
LCD_RAM= 0x6C000000 | (1<<n)
% z. S( K  G  H: m1 ?5 E# h. |
注意这个地址不是唯一的,只要这个地址能寻址到 BANK1 的 NE4上而且使 RS=0,那么就是 LCD_REG,使 RS=1,就是LCD_RAM.
1 e9 i( a1 j6 H5 D( V5 c8 i- f% L
对应Bank1_LCD_C 的地址,FSMC总线控制器在RS接的那根地址线输出的是 1,而对应Bank1_LCD_D,输出的0.
RS接的可不是GPIO,是FSMC地址总线的一根.FSMC进行读写操作的时候会在地址总线根据要读写的地址输出电平的.
RS接哪一根地址线虽然没有固定要求,但是一旦你确定要接哪一根,那么Bank_LCD_C和Bank_LCD_D也要随之确定,这可不是“自动的".
8 }) b$ n  e1 k5 e* q! M1 r
虽然没有手动操作GPIO来操作RS,但是你敲代码的时候可是手动指定 Bank1_LCD_C 或者 Bank1_LCD_D ,从而确定 RS的电平.
所谓的“自动”是指:不是通过操作GPIO来操作RS,而是直接根据地址总线地址的不同来完成操作RS,这两种方法的速度差别是非常大的.
  h* H7 W) Q7 U  F5 e2 f8 C

, z) S4 i+ f5 ]+ v9 Q3 \
如果是GPIO方式,先要通过操作GPIO 分别 输出 RS,CS,等的电平,然后再通过过GPIO操作输出数据,然后还要通过GPIO 再操作RD,WR,CS等的电平。
每操作一个GPIO都要好几个周期,加起来就非常慢了.
而FSMC是在一个FSMC写周期内就完成了这所有的动作
4 ~8 W! {" K: ~! F+ }' g0 \2 l
$ }+ J6 Z' c+ _6 z
问题:RS如何选择:
#define Bank1_LCD_R    ((uint32_t)0x60000000)    //disp Reg ADDR
#define Bank1_LCD_D    ((uint32_t)0x60020000)   //disp Data ADDR
这里LCD选取的16位,将RS接在A16,则HADDR[25:1]对应FSMC_A[24:0];关键在于为什么???

% J  d: _1 W7 G; ~; n
从上面可以看出,LCD除了需要数据线之外,额外的地址线是不需要的~~~~~但是在STM32在进行FSMC总线操作时,所有的地址线还是会出现时序的,但是操纵LCD 不需要额外的地址线了,也就是FSMC_A[16:25]可以解放了,但是要注意一旦配置了FSMC,这些管脚还是会出现时序的;
2 L# L+ p' W7 x
现在我们向0x60000000这个块地址送出数据,当然这些数据肯定是16位的,因为是16位的LCD,由于RS(A16)为0,所以这个读写寄存器的操作;当向0x60020000写数据时,由于总线时序是要有地址写的,这时bit17就为高了,也就是RS为1了,这时所进行的操作就是读写RAM了!!!!
其中RS的选择可以是任意的,但一般还是选择,不用的地址线为好~~~~~

! y; ~# b/ K1 I* U! m9 ?5 |/ |5 P9 y/ S+ R7 c! p4 F
程序:(仅仅是FSMC初始化)
6 R5 F' f( e* R* n
void LCD_Init()# ~3 ^! n& N# n. G
{
% H6 I6 j2 j" W6 t; u2 nRCC->AHBENR |= 1 << 8;            //开启FSMC时钟
3 t; G3 V* ]/ m& [, jRCC->APB2ENR |=1 << 3 | 1 << 5 | 1 << 6 | 1 << 8; //开启B,D,E,G时钟
" q7 ?8 V. v  Q1 PRCC->APB2ENR |= 1 << 0; //开启AFIO
5 E! Q, S, C& m; a6 u8 m: U# h& p6 l
4 A$ J' W8 f) Z# r. bGPIOB->CRL &= 0xfffffff0;/ q; d3 Q7 ?& e  b" y
GPIOB->CRL |= 0x00000003; //GPIOB0 推挽输出, g# w" L5 s: I4 T+ u  }4 o! o

" X. K' C* }# ~) ]( W% hGPIOD->CRL &= 0xff00ff00;4 z6 E- a2 l  M3 \, r
GPIOD->CRL |= 0x00bb00bb; //设置0,1,4,5为复用推挽输出0 Q2 b2 s% `3 ^+ W+ G: ~
GPIOD->CRH &= 0x00fff000;
6 ?0 H! r; T$ JGPIOD->CRH |= 0xbb000bbb; //设置8,9,10,14,15为推挽输出9 L4 V  e  e  s$ h+ d9 N3 f

  G- F& h3 J; X/ |  v: P, Y; M5 ?' f) wGPIOE->CRL &= 0x0fffffff;0 Y; C3 s3 P. f" U% k1 D9 ^
GPIOE->CRL |= 0xb0000000; // 都是复用推挽输出% _9 o; d( i2 s9 P5 a+ O6 [+ C1 B( r
GPIOE->CRH &= 0x00000000;' s1 H: e, V( D$ \* n" y. }1 u
GPIOE->CRH |= 0xbbbbbbbb; //' U: P6 U9 ?6 v: Q+ Z3 q3 x4 T
5 R5 u% V  P6 ]5 E* A
GPIOG->CRL &= 0xfffffff0;
- O2 L* J- ~  O$ E, v: c! `GPIOG->CRL |= 0x0000000b;3 U! N2 q3 L/ z& a
GPIOG->CRH &= 0xfff0ffff;
' D* K5 d- T& L( X1 F% V4 k2 [GPIOG->CRH |= 0x000b0000;
" r5 s3 W9 W, l( f7 ~( O
5 _# J* s" a) T6 JFSMC_Bank1->BTCR[6] &= 0x00000000;
" o1 q7 `# m4 FFSMC_Bank1->BTCR[6] |= 1 << 14| 1 << 12 | 0x01 << 4 | 0x00 << 2 | 1 << 0; //BCR4 扩展模式,写使能,16位,SRAM,存储块使能
" Z, S% s3 q/ k2 q& Q/ h" z- X" n. i8 ?- k& v0 ~; n+ B
FSMC_Bank1->BTCR[7] &= 0x00000000;
6 T9 \, Z8 [8 ^% `1 @FSMC_Bank1->BTCR[7] |= 0x00 << 28 | 0x0000 << 20 | 0x0f << 8 | 0x01; //模式A,不分频,16hclk的读数据建立时间,1hclk的地址建立时间  M5 H$ R4 }* d* m

6 a2 `! Y# B; V0 w$ _$ T" OFSMC_Bank1E->BWTR[6] &= 0x00000000;                            (关于这个时钟设置我没找到)
0 L5 o3 U* }, R. {( zFSMC_Bank1E->BWTR[6] |= 0x00 << 28 | 0x0000 << 20 | 0x03 << 8 | 0x00;//模式A,不分频,3hclk的写数据建立时间,0hclk的地址建立时间
然后读出自己的ID号,根据自己LCD驱动器的ID号选择LCD初始化序列了,不需要自己写的
}
其他的就是根据LCD的手册来读来写了,常用的命令也就几个
//写寄存器函数
/ K: {" X) u0 P$ \! `7 k1 P# ~9 V//regval:寄存器值# e! y$ c5 S& X6 C' \& U" O0 y+ {
void LCD_WR_REG(u16 regval)
% @0 \3 ~( g9 _9 Q1 U{$ ?6 v* N6 @# ^% b8 z1 n1 H
LCD->LCD_REG=regval;//写入要写的寄存器序号
7 o, h/ }0 M8 [: Q5 b( P$ b}
) ?1 o/ d5 m- u! d//写LCD数据. b% T/ I7 K9 @( u0 ~' X
//data:要写入的值
) T" ?; l& Q* q  Nvoid LCD_WR_DATA(u16 data)1 x3 F, {8 b3 i$ j: B1 q
{% O& Y1 ^8 j8 U
LCD->LCD_RAM=data;
* V, N+ H  m! `4 [; k' E7 m/ Z8 `}
/ t3 S* s- i6 _$ z/ ~//读LCD数据
/ P- \2 n, B2 T! Z/ O//返回值:读到的值( o$ {/ }2 b" U$ k1 k( O3 N5 w% O
u16 LCD_RD_DATA(void)
% C, W, |) l& |8 i3 i9 t' z$ W{
% O" r  {0 j. x* [1 Bvu16 ram; //防止被优化
6 O: N5 b1 L8 s  x, `ram=LCD->LCD_RAM;' p; {- s) ?9 T3 Z' X' g1 T
return ram;
: I  i  D( D% v; v1 c" l}2 v6 N# T, M2 h$ ^7 t
//写寄存器" V4 [) r, W% A% W" r0 f  q4 h
//LCD_Reg:寄存器地址; l" W8 o/ _5 W1 C) e
//LCD_RegValue:要写入的数据! y* \4 M; |9 y
void LCD_WriteReg(u16 LCD_Reg,u16 LCD_RegValue)
0 X1 a0 P3 H" p# g. D. o{
' R8 h( ?2 R0 k8 K( ^LCD->LCD_REG = LCD_Reg; //写入要写的寄存器序号# c0 z8 W9 L; `8 q% B2 L& ?8 O
LCD->LCD_RAM = LCD_RegValue;//写入数据; X5 L, C# _; U; @- `
}
( V- p* `* `2 \- |) t//读寄存器
. g  }! e' N. v9 }3 y) ?" L8 E//LCD_Reg:寄存器地址1 M# [$ A+ {/ l. B% @  {% R5 U
//返回值:读到的数据& P" ?8 o% D6 h
u16 LCD_ReadReg(u16 LCD_Reg)
: h/ `% `4 H$ f! O' g. v{, S3 n9 _/ D9 J, `  g) e
LCD_WR_REG(LCD_Reg); //写入要读的寄存器序号
) H3 t4 V5 v; j9 G7 n4 Z& Sdelay_us(5);  P! `$ u2 m+ A' d% Y, Y  g
return LCD_RD_DATA(); //返回读到的值8 J! a- O  ^- p! _" Q& }
}
9 a0 e8 r3 G0 w' }4 q6 Q
8 A0 y+ m6 a, I2 m
typedef struct
0 C: l* R8 Y% i- v+ @' j. v{+ k. i9 v0 J+ R- ^, N5 |
vu16 LCD_REG; //写命令) O; c+ @/ D! N! P5 ]- F: m  ^
vu16 LCD_RAM; //写数据
}LCD_TYPE;
#define LCD_BASE (unsigned int)(0x60000000 + 0x0c000000 + 0x000007FE)   //这个括号一定要打,否则会出现硬件错误(害我花了几个小时,没想到这里出错了)1 S3 _- {+ n; b8 q, X+ [9 W
#define LCD ((LCD_TYPE*)LCD_BASE)
这个是最关键的,只要这个龙明白了,就感觉LCD显示不是很难了,主要是画一下图形用C语言难写,显示字符串等等,这些都是看C语言学的怎么样了,,,
* J5 C# Q) y. H2 B$ i* {3 b
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