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TFT 显示控制器指南

2025-11-11

你为新项目准备了一个色彩鲜艳、亮度高的 TFT 显示屏，但你如何让它显示内容呢？答案就在于 TFT 显示控制器。

本教程将引导你了解 TFT 显示控制器是什么、它是如何工作的，以及如何与它通信以点亮你的显示屏，我们将以流行的 ST7789 控制器作为主要示例。

第一部分：理解基础知识

什么是 TFT 显示屏？

TFT (Thin-Film Transistor，薄膜晶体管) 显示屏是一种 LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器），它使用一个微小的晶体管来控制每个独立的像素。这使得它们能够实现快速刷新率和高图像质量，因此非常适合从小型爱好者项目到大型工业应用的各种场景。

控制器的作用

TFT 显示控制器是显示屏的“大脑”。它是一个专用芯片，位于你的微控制器（例如 Arduino 或 ESP32）和 TFT 面板本身之间。它的主要工作是：

  1. 接收来自微控制器的命令和图像数据。
  2. 将这些数据转换成控制显示屏上单个像素所需的复杂电信号。
  3. 将图像数据存储在其自身的内存（帧缓冲器）中。

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如果没有控制器，你将需要一个非常强大且专业的处理器来直接控制 TFT 显示屏。控制器极大地简化了这一过程。

常见接口

你的微控制器可以通过几种方式与显示控制器通信。最常见的 TFT 显示接口有：

  • SPI (Serial Peripheral Interface)：对于较小的显示屏来说，这是一个流行的选择，因为它只使用几个引脚（4-5个）。它在速度和易用性之间取得了很好的平衡。
  • 并行 (8位或16位)：这个接口比 SPI 快得多，但需要更多的引脚（8-16个数据引脚，外加控制引脚）。它通常用于需要高速更新的较大显示屏。
  • LVDS (Low-Voltage Differential Signaling)：具有 LVDS 接口的设备可以通过廉价的双绞线铜缆以非常高的速度进行通信。它对 EMI（电磁干扰）和串扰问题的敏感度低得多，允许发射设备放置在离 TFT LCD 显示屏较远的位置。
  • MIPI DSI (Display Serial Interface)：这是一种在智能手机和其他消费电子产品中常见的高速接口。它使用起来更复杂，但提供了最佳性能。

第二部分：与控制器通信

数据手册是你最好的朋友

每个显示控制器都不同。数据手册是控制器的官方手册，它包含了你需要使用它的所有信息，包括：

  • 控制器的命令集。
  • 正确的初始化序列。
  • 电气特性和引脚定义。

请务必随时备好你显示屏控制器的数据手册。在本教程中，我们将重点介绍流行的 ST7789 控制器。

初始化程序

当显示屏首次通电时，需要使用初始化序列进行配置。这是一系列从你的微控制器发送到控制器的命令，用于设置显示分辨率、颜色格式和其他参数。

初始化序列特定于每个控制器，可以在数据手册中找到。对于 ST7789，它通常看起来像这样（伪代码）：

  // ST7789 初始化
  write_command(0x11); // 退出睡眠模式
  delay(120);
  
  write_command(0x36); // 内存数据访问控制
  write_data(0x00);
  
  write_command(0x3A); // 接口像素格式
  write_data(0x55);    // 16位像素
  
  // ... 以此类推，还有 5-10 个命令  
  write_command(0x29); // 打开显示

发送像素数据

一旦控制器初始化完成，你就可以向它发送像素数据来显示图像。为此，你首先发送一个命令告诉控制器要在哪里绘制（例如，设置一个窗口），然后发送每个像素的原始颜色数据。

每个像素的颜色通常由一个 16 位或 24 位数字表示。例如，使用 16 位颜色（也称为 RGB565），你有 5 位用于红色，6 位用于绿色，5 位用于蓝色。

第三部分：Arduino 实用示例

让我们看一个使用 Arduino 连接和控制带有 ST7789 控制器的 2.8 英寸 TFT 显示屏 LMT028ENHFWA 的实用示例。

"Arduino连接TFT控制器"​

*注意：一些 ST7789 显示屏可能没有 CS（片选）引脚。如果你的没有，可以不用连接它。

代码示例

最简单的入门方法是使用图形库。Adafruit GFX 和 Adafruit ST7789 库是 Arduino 的绝佳选择。

  1. 安装库：在 Arduino IDE 中，转到 Sketch > Include Library > Manage Libraries...，搜索并安装 “Adafruit GFX Library” 和 “Adafruit ST7789 Library”。
  2. 运行示例代码：Adafruit ST7789 库带有一个很棒的示例程序。转到 File > Examples > Adafruit ST7789 Library > graphicstest。
  3. 上传代码：将 graphicstest 程序上传到你的 Arduino，你应该会在显示屏上看到各种图形和文本。

让我们看一下简化版的代码，以了解其基本结构：

 #include "Adafruit_GFX.h"
 #include "Adafruit_ST7789.h"
 #include "SPI.h"

 // 引脚定义
 #define TFT_CS    10
 #define TFT_RST   9
 #define TFT_DC    8

// 创建显示驱动程序实例
// 如果有 CS 引脚，使用此构造函数
 Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

 // 如果没有 CS 引脚，使用此构造函数
 // Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_DC, TFT_RST);

 void setup() {
   // 初始化显示屏
   tft.init(240, 320 SPI_MODE2); // Init ST7789 240x320
   tft.setRotation(2);

   // 用一种颜色填充屏幕
   tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);

   // 设置文本颜色和大小
   tft.setTextColor(ST77XX_WHITE);
   tft.setTextSize(2);

   // 设置光标位置并打印文本
   tft.setCursor(10, 10);
   tft.println("Hello, World!");
}

 void loop() {
   // 对于此示例，此处无需执行任何操作
}

正如你所看到的，库处理了所有复杂的初始化和绘图命令，使得使用显示屏变得更加容易。有关如何通过 SPI 驱动 LMT028ENHFWA 的深入示例代码，请查看包含代码示例的 ZIP 文件。

第四部分：故障排除

  • 白屏：这是最常见的问题。通常意味着控制器没有正确初始化。请仔细检查你的接线，并确认你为显示屏分辨率调用了正确的 init() 函数。
  • 显示乱码：这可能是由于时序不正确或连接有噪声引起的。确保你的 SPI 速度不要设置得太高，并且接线牢固。
  • 颜色错误：这可能是由于颜色格式设置不正确。确保你在代码中使用了正确的颜色格式（例如 RGB565）。

总结

TFT 显示控制器乍看之下可能很复杂，但在数据手册和图形库的帮助下，它们却出奇地容易上手。我们希望本教程为你下一个项目提供了一个良好的起点

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