第4章：SPI接口驱动LCD：从协议到实战

说到驱动LCD，SPI接口绝对是个绕不开的话题。我个人觉得，SPI是嵌入式开发里最优雅的通信方式之一——简单、高效、够用。今天我们就来聊聊怎么用STM32的HAL库，通过SPI驱动一块1.8寸的TFT屏幕（ST7735控制器）。

4.1 SPI协议基础：模式0/1/2/3到底怎么选？

SPI协议，说白了就是四根线的事：SCK（时钟）、MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、CS（片选）。但为什么会有四种模式？

关键在于时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的组合。我刚开始学的时候也被绕晕过，后来发现一个记忆诀窍：

• CPOL = 0：空闲时时钟为低电平
• CPOL = 1：空闲时时钟为高电平
• CPHA = 0：在第一个时钟边沿采样数据
• CPHA = 1：在第二个时钟边沿采样数据

模式	CPOL	CPHA	采样边沿	常见器件
模式0	0	0	上升沿	ST7735、W25Qxx
模式1	0	1	下降沿	某些ADC
模式2	1	0	下降沿	某些传感器
模式3	1	1	上升沿	SD卡（SPI模式）

4.2 HAL库SPI配置：三步搞定

用STM32CubeMX配置SPI其实很简单，但我建议你手动检查几个关键参数：

1. 数据大小：8位还是16位？LCD通常用8位
2. 时钟极性/相位：根据器件手册选，ST7735用模式0
3. 波特率分频：别一上来就搞最高速，我吃过这个亏

配置代码大概长这样：

// SPI句柄定义
SPI_HandleTypeDef hspi1;

// 初始化函数（CubeMX生成的，但我会手动微调）
void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;      // CPOL=0
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;          // CPHA=0
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;                  // 软件控制CS
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
    
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

4.3 SPI DMA传输：让CPU喘口气

刷屏的时候，如果一帧一帧地用轮询方式发数据，CPU基本就废了。DMA就是干这个的——它帮你把数据从内存搬到SPI外设，CPU可以去做别的事。

配置DMA其实不复杂，但有几个坑：

• DMA方向：内存到外设（MEM_TO_PERIPH）
• 数据宽度：和SPI数据位一致，8位就设字节
• 循环模式：刷动画时有用，但要注意缓冲区管理

// DMA传输示例
void LCD_SendData_DMA(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    // 等待上一次传输完成
    while(HAL_SPI_GetState(&hspi1) != HAL_SPI_STATE_READY);
    
    // 启动DMA传输
    HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, data, len);
}

// 传输完成回调
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    if(hspi->Instance == SPI1)
    {
        // 传输完成，可以准备下一帧数据
        transfer_complete = 1;
    }
}

4.4 实战：用SPI驱动1.8寸TFT（ST7735）

好了，理论说完了，咱们直接上手。ST7735这块芯片，说白了就是个带GRAM的SPI从设备。你要做的就是：初始化它，然后往GRAM里填颜色数据。

初始化序列（关键步骤）：

1. 硬件复位（拉低RST引脚至少10ms）
2. 发SLPOUT命令（退出睡眠模式）
3. 等待120ms（让内部电路稳定）
4. 发COLMOD命令（设置颜色格式，16位色）
5. 发DISPON命令（打开显示）

// 写命令函数
void LCD_WriteCmd(uint8_t cmd)
{
    LCD_CS_LOW();           // 片选拉低
    LCD_DC_LOW();           // 命令模式
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);
    LCD_CS_HIGH();          // 片选拉高
}

// 写数据函数
void LCD_WriteData(uint8_t data)
{
    LCD_CS_LOW();
    LCD_DC_HIGH();          // 数据模式
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
    LCD_CS_HIGH();
}

// 初始化函数（精简版）
void ST7735_Init(void)
{
    // 硬件复位
    LCD_RST_LOW();
    HAL_Delay(10);
    LCD_RST_HIGH();
    HAL_Delay(120);
    
    // 软件初始化序列
    LCD_WriteCmd(0x01);     // 软件复位
    HAL_Delay(150);
    
    LCD_WriteCmd(0x11);     // 退出睡眠
    HAL_Delay(120);
    
    LCD_WriteCmd(0x3A);     // 颜色格式
    LCD_WriteData(0x05);    // 16位色（RGB565）
    
    LCD_WriteCmd(0x29);     // 打开显示
    HAL_Delay(10);
    
    // 设置显示区域（全屏）
    LCD_WriteCmd(0x2A);     // 列地址
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(0x00);    // 起始列
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(0x7F);    // 结束列（128像素）
    
    LCD_WriteCmd(0x2B);     // 行地址
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(0x00);    // 起始行
    LCD_WriteData(0x00);
    LCD_WriteData(0x9F);    // 结束行（160像素）
    
    // 填充全屏为蓝色
    LCD_WriteCmd(0x2C);     // 写GRAM
    for(uint16_t i = 0; i < 128*160; i++)
    {
        LCD_WriteData(0x00); // 蓝色低字节
        LCD_WriteData(0x1F); // 蓝色高字节
    }
}

如果你看到屏幕变成蓝色，恭喜你，SPI驱动LCD已经成功了。接下来就可以画点、画线、显示字符了——这些就是后面章节的内容了。

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