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ST7789驱动实战：从SPI时序到RGB565显存映射的完整解析

news 2026/7/31 19:52:33

1. ST7789液晶屏驱动入门指南

第一次拿到ST7789液晶屏和STM32开发板时，我完全不知道从何下手。这块240x240分辨率的彩色屏幕看起来简单，但数据手册里密密麻麻的时序图和寄存器说明让人望而生畏。经过几天的摸索，我发现只要抓住几个关键点，就能让这块屏幕亮起来。

ST7789是一款采用SPI接口的TFT液晶驱动芯片，支持最高18位色深（RGB666），但最常用的是16位RGB565模式。它的核心功能可以概括为：通过SPI接收控制命令和图像数据，将数据存入内部GRAM（图形存储器），然后自动刷新到屏幕上显示。对于嵌入式开发者来说，重点需要关注三个部分：SPI通信时序、显示控制命令和GRAM操作。

我使用的硬件平台是STM32F103C8T6最小系统板，通过4线SPI（SCK、MOSI、DC、CS）连接ST7789。选择这个组合是因为STM32的硬件SPI性能稳定，而4线模式比3线模式操作更简单。在实际接线时，除了SPI信号线，别忘了连接RESET和背光控制引脚，这些在初始化阶段都很重要。

2. SPI时序配置详解

2.1 解读数据手册的SPI时序

打开ST7789数据手册的第36页，可以看到4线SPI接口的时序图。这里有几个关键参数需要注意：

CPOL（时钟极性）= 0：空闲时SCK保持低电平
CPHA（时钟相位）= 0：数据在时钟第一个边沿采样
数据位顺序：MSB（高位）先传输
最大SPI时钟频率：62.5MHz（实际使用建议不超过30MHz）

在STM32CubeMX中配置SPI时，这些参数对应以下设置：

hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2; // 36MHz/2=18MHz

2.2 DC引脚的关键作用

ST7789的DC（Data/Command）引脚决定了传输的是命令还是数据：

DC=0：当前字节是命令（如设置显示模式）
DC=1：当前字节是数据（如像素颜色值）

这个引脚需要配合SPI时序精确控制。我通常这样实现发送函数：

void ST7789_SendCommand(uint8_t cmd) { HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_RESET); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY); } void ST7789_SendData(uint8_t data) { HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY); }

3. 关键寄存器配置实战

3.1 显示方向控制（0x36命令）

数据手册第156页的0x36命令控制显示方向，这个寄存器特别重要：

/* * BIT7: MY - 行地址顺序 * BIT6: MX - 列地址顺序 * BIT5: MV - 行列交换 * BIT4: ML - 垂直刷新顺序 * BIT3: RGB - RGB/BGR顺序 * BIT2: MH - 水平刷新顺序 */ #define MADCTL_MY 0x80 #define MADCTL_MX 0x40 #define MADCTL_MV 0x20 #define MADCTL_ML 0x10 #define MADCTL_RGB 0x08 #define MADCTL_MH 0x04 // 常用配置：正常方向+RGB顺序 uint8_t madctl = MADCTL_RGB; ST7789_SendCommand(0x36); ST7789_SendData(madctl);

3.2 颜色模式设置（0x3A命令）

ST7789支持多种颜色格式，我们选择RGB565：

// 0x55: 16位/pixel (RGB565) // 0x66: 18位/pixel (RGB666) ST7789_SendCommand(0x3A); ST7789_SendData(0x55);

4. GRAM操作与图像显示

4.1 设置显示窗口

在写入像素数据前，必须设置显示窗口（行列地址）：

void ST7789_SetWindow(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1) { // 设置列地址 ST7789_SendCommand(0x2A); ST7789_SendData(x0 >> 8); ST7789_SendData(x0 & 0xFF); ST7789_SendData(x1 >> 8); ST7789_SendData(x1 & 0xFF); // 设置行地址 ST7789_SendCommand(0x2B); ST7789_SendData(y0 >> 8); ST7789_SendData(y0 & 0xFF); ST7789_SendData(y1 >> 8); ST7789_SendData(y1 & 0xFF); // 准备写入GRAM ST7789_SendCommand(0x2C); }

4.2 实现清屏函数

基于窗口设置，可以写出高效的清屏函数：

void ST7789_FillScreen(uint16_t color) { ST7789_SetWindow(0, 0, 239, 239); uint8_t data[2] = {color >> 8, color & 0xFF}; HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); for(uint32_t i=0; i<240*240; i++) { HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, 2, HAL_MAX_DELAY); } } // 常用颜色定义 #define ST7789_BLACK 0x0000 #define ST7789_BLUE 0x001F #define ST7789_RED 0xF800 #define ST7789_GREEN 0x07E0 #define ST7789_WHITE 0xFFFF

5. 完整初始化流程

5.1 硬件复位序列

正确的上电时序对屏幕稳定工作至关重要：

void ST7789_Reset(void) { // 拉低复位引脚至少10us HAL_GPIO_WritePin(RESET_GPIO_Port, RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(20); HAL_GPIO_WritePin(RESET_GPIO_Port, RESET_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(120); // 等待120ms复位完成 }

5.2 完整的初始化代码

结合所有关键步骤的初始化函数：

void ST7789_Init(void) { ST7789_Reset(); // 退出睡眠模式 ST7789_SendCommand(0x11); HAL_Delay(120); // 颜色接口设置 ST7789_SendCommand(0x3A); ST7789_SendData(0x55); // RGB565 // 显示方向设置 ST7789_SendCommand(0x36); ST7789_SendData(0x00); // 正常方向 // 关闭反显 ST7789_SendCommand(0x21); // 显示开 ST7789_SendCommand(0x29); // 清屏为蓝色 ST7789_FillScreen(ST7789_BLUE); }

6. 性能优化技巧

6.1 使用DMA加速数据传输

当刷新全屏时，SPI传输可能成为瓶颈。使用DMA可以显著提升性能：

// 在CubeMX中启用SPI TX DMA void ST7789_FillScreen_DMA(uint16_t color) { ST7789_SetWindow(0, 0, 239, 239); static uint16_t buffer[240]; // 一行像素缓冲区 for(int i=0; i<240; i++) buffer[i] = color; HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); for(int y=0; y<240; y++) { HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t*)buffer, 480); while(HAL_SPI_GetState(&hspi1) != HAL_SPI_STATE_READY); } }

6.2 部分刷新优化

只刷新变化区域可以大幅减少数据传输量：

void ST7789_UpdateRegion(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t width, uint16_t height, uint16_t *pixels) { ST7789_SetWindow(x0, y0, x0+width-1, y0+height-1); HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)pixels, width*height*2, HAL_MAX_DELAY); }