简介STM32F103RCT6与1.44英寸TFT屏幕的完整工程包面向需要快速实现彩色显示的嵌入式开发者也适合学习SPI通信和LCD驱动原理的入门者。工程已配置好Keil MDK项目文件包含标准外设库初始化、LCD驱动、GUI图形显示、字库与图片资源等模块覆盖从引脚定义、SPI时钟配置到屏幕刷新显示的完整链路支持128×128分辨率显示可直接在开发板上编译运行。资源包共86个文件以C源码和头文件为绝对主体另有启动文件、hex固件、Keil工程配置文件、烧录脚本及说明文档压缩后仅289KB体积小巧便于存储和分享。已有4000余人学习下载readme与JLink配置能帮助快速验证硬件连接无论是调试SPI时序、LCD初始化序列还是学习图形界面设计这份工程都能提供可直接参考的完整代码与排错思路适合直接迁移到同类彩屏项目中。1. STM32F103RCT6 1.44TFT 屏幕显示一颗芯片和一块小屏能玩到什么程度STM32F103RCT6 1.44TFT 屏幕显示这个项目看起来就是个入门点屏例程但实际上手你会发现能点亮和能长期稳定显示之间隔着一层 ST7735S 驱动芯片的脾气。这块 128x128 分辨率的 1.44 寸彩屏是市面上最常见的 SPI 接口小屏几乎每个做嵌入式的人都买过一块也都为它的白屏、花屏、偏色折腾过。这个项目适合两类人第一类是刚学完寄存器操作、想找一块屏练手的新手第二类是手里有现成 256KB Flash 的 F103RCT6、想快速搭一个带彩色界面产品原型的开发者。说白了这不是那种复杂到需要大作业的生产级项目但它是你从“点灯”走向“人机交互界面”最划算的一步。2. 工程结构和硬件接线先看清引脚再谈刷屏2.1 源码包里的目录大概长什么样这种 1.44TFT 工程的源码包最常见的组织方式是把代码分成User、System、Hardware、Core和Project几个目录。User里放 main.c 和中断处理Hardware里放 lcd.c、lcd.h、gpio.c 这些跟屏幕直接相关的驱动Project下是 Keil 工程文件。不同的发货商打包习惯不太一样有的会把驱动直接摊在User下有的会叫BSP但核心文件始终是那几个lcd.c、lcd.h、st7735.c、spi.c找到 main.c 就找到了程序的入口。打开工程后第一件事不是点编译而是确认工程配置的芯片型号确实是 STM32F103RCT6。如果这个选项不对程序能编译过但下载之后跑起来的行为会很奇怪尤其是当工程里用了RCC_APB2Periph_AFIO这类重映射功能时外设可能根本没接到你想让它们待的引脚上。我一般会先在Device目标选项里看一眼顺手把Flash大小改成 256K避免 debug 时出现校验错误。2.2 硬件接线表七个引脚一个都不能错1.44 寸 TFT 屏模块背后一般都排着 8 根引脚从上到下通常是VCC、GND、CS、RESET、DC/RS、MOSI/SDA、SCLK/SCK、LED。其中LED是背光控制脚有的模块写着BLK有的直接叫LEDA这一脚很多人接错后面会单说。屏引脚对应 STM32 GPIO说明VCC3.3V一定要用 3.3V不要接 5VST7735S 不是 5V 容忍芯片GNDGND和单片机共地不能只靠下载器的地CSPA4片选低电平选中RESETPA3复位低电平有效DC/RSPA2命令/数据选择低电平写命令高电平写数据MOSI/SDAPA7SPI2 MOSISCLK/SCKPA5SPI2 SCKLED3.3V 或 PB0背光控制接 3.3V 常亮GPIO 控制可调我见过不少人在屏幕能显示但亮度很暗时怀疑背光坏了结果万用表一量发现LED引脚悬空。这个引脚的驱动能力其实很弱直接接 3.3V 点亮没问题但最好串一个 10Ω 电阻限流别直接怼到 5V 上去。如果你的屏模块默认带电阻直接短接也能用但手头有电阻就串上费不了多少事。2.3 从下载到点亮的完整流程接线完成后先不要急着插电脑先把 BOOT0 跳线帽的状态确认一下。很多板子出厂时 BOOT0 默认接高电平这样会从系统存储器启动程序根本不会跑屏幕自然也没反应。把 BOOT0 拨到低电平然后用手按一下复位这是让芯片从 Flash 启动的最基本操作但也是新板子翻车的第一大原因。把下载器接到 SWD 四线接口SWDIO、SWCLK、GND、3.3V各占一头。Keil 里在Debug设置中选择对应下载器型号然后在Flash Download勾选Reset and Run这样烧录完成后会自动复位运行。编译下载后如果屏幕先闪了一下花屏然后显示出色块或彩条说明你的 SPI 通信已经通了接下来再去折腾显示内容。提示第一次点亮屏幕看到花屏并不是故障这是正常的。ST7735S 上电后 RAM 里的值是随机的只有初始化序列跑完它才会进入可控状态。3. 核心驱动拆解ST7735S 初始化序列和 SPI 通信3.1 为什么是 SPI2 而不是模拟 GPIO 时序STM32F103RCT6 有 3 个 SPI 外设这个工程里几乎毫无争议地使用 SPI2因为 F103 的 SPI2 可以被重映射到不同引脚组而 PA5、PA7 这组引脚在多数小板上直接引出不用飞线。另一个原因是屏幕要刷新 128x128 像素的 RGB565 数据一帧就是 32768 字节如果用 GPIO 模拟时序单是刷一帧就需要几十万次翻转CPU 全部耗在上面啥事都干不了。用硬件 SPI 加 DMA能把刷屏时间从几十毫秒压缩到几毫秒CPU 可以腾出来跑别的逻辑。SPI2 的时钟源来自 APB1F103 的 APB1 默认最高 36MHz所以 SPI2 的波特率不能超过 18MHz。实际工程里一般把分频设成 4 或 8也就是 9MHz 或 4.5MHz。1.44TFT 的 ST7735S 标称最高支持 15MHz SPI 时钟但实际用 9MHz 是最稳的信号线稍长一点也不会翻车。3.2 GPIO 和 SPI 初始化这段代码你要逐行看以下是这个工程里 GPIO 和 SPI 初始化的核心代码我按最常用的标准外设库风格来写。如果你手里是 HAL 库版本逻辑完全一样只是函数名换成HAL_SPI_Transmit而已。void LCD_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE); // MOSI(PA7) 和 SCK(PA5) 复用推挽输出速率 50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); // CS(PA4) RESET(PA3) DC(PA2) 普通推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); // 背光控制脚接 PB0也可以直接接 3.3V GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStructure); } void LCD_SPI_Init(void) { SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; SPI_InitStructure.SPI_Direction SPI_Direction_1Line_Tx; // 屏幕不需要回传只写 SPI_InitStructure.SPI_Mode SPI_Mode_Master; SPI_InitStructure.SPI_DataSize SPI_DataSize_8b; // 8 位数据宽度 SPI_InitStructure.SPI_CPOL SPI_CPOL_High; // 时钟空闲高电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA SPI_CPHA_2Edge; // 第二个边沿采样 SPI_InitStructure.SPI_NSS SPI_NSS_Soft; // 软件管理片选 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler SPI_BaudRatePrescaler_4; // 9MHz SPI_InitStructure.SPI_FirstBit SPI_FirstBit_MSB; SPI_Init(SPI2, SPI_InitStructure); SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); }这段代码值得注意的点有两个。第一SPI_Direction_1Line_Tx意味着 SPI2 只工作在单线发送模式MISO 引脚被释放出来可以做别的用途因为 ST7735S 根本不回传数据读出来的 ID 也没啥用。第二SPI_CPOL_High和SPI_CPHA_2Edge是 ST7735S 手册上明确要求的 SPI Mode 3如果你在初始化时把这个搞成了 Mode 0屏幕大概率白屏这是新手最容易踩的坑。写命令和写数据的区分靠的是硬件上 DC 引脚的电平软件里就是一条语句的事#define LCD_CS_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4) #define LCD_CS_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4) #define LCD_DC_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2) #define LCD_DC_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2) void LCD_Write_Cmd(uint8_t cmd) { LCD_CS_LOW(); LCD_DC_LOW(); // 命令模式 SPI2_SendByte(cmd); LCD_CS_HIGH(); } void LCD_Write_Data(uint8_t data) { LCD_CS_LOW(); LCD_DC_HIGH(); // 数据模式 SPI2_SendByte(data); LCD_CS_HIGH(); }LCD_Write_Cmd和LCD_Write_Data是驱动里调用频率最高的两个函数ST7735S 的初始化序列和后续所有绘图指令都建立在它们之上。需要特别说明的是片选引脚 CS 用软件控制每次发送前后都要拉低拉高不能偷懒不拉高。如果 CS 一直处于低电平多个 SPI 设备挂在同一条总线上时会互相干扰哪怕你只接了这一个屏也建议养成这个习惯。3.3 ST7735S 初始化序列每一条命令都在干什么初始化序列是让屏幕从“上电混沌”进入“可寻址状态”的关键代码也是最容易出玄学问题的地方。完整序列有二十多条命令我这里抽出最核心的几条拆开讲清楚void LCD_Init(void) { LCD_RESET_Init(); // 硬复位 GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3); delay_ms(20); GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3); delay_ms(20); // 软复位 LCD_Write_Cmd(0x01); // SWRESET delay_ms(120); // 这里必须等够时间 LCD_Write_Cmd(0x11); // SLPOUT退出睡眠模式 delay_ms(120); // 退出睡眠后也要延时 LCD_Write_Cmd(0xB1); // FRMCTR1设置帧率 LCD_Write_Data(0x01); LCD_Write_Data(0x2C); LCD_Write_Data(0x2D); LCD_Write_Cmd(0x20); // INVOFF关闭颜色反转 LCD_Write_Cmd(0x3A); // COLMOD设置像素格式 LCD_Write_Data(0x05); // 16 位 RGB565 LCD_Write_Cmd(0x2A); // CASET列地址设置 LCD_Write_Data(0x00); LCD_Write_Data(0x00); LCD_Write_Data(0x00); LCD_Write_Data(0x7F); // 128 像素 LCD_Write_Cmd(0x2B); // RASET行地址设置 LCD_Write_Data(0x00); LCD_Write_Data(0x00); LCD_Write_Data(0x00); LCD_Write_Data(0x7F); // 128 像素 LCD_Write_Cmd(0x29); // DISPON打开显示 delay_ms(20); }初始化序列里最容易忽略的是延时。SWRESET之后ST7735S 需要最少 120ms 才能完成内部状态机的恢复SLPOUT之后同样需要 120ms 才能真正进入工作模式。很多精简驱动里把延时缩短到 10ms结果就是屏幕偶尔亮偶尔不亮或者亮起来颜色不对。经验做法是在这两个命令后都留给 120ms不要省。3.4 画点、画线和填充矩形显示内容的地基屏幕初始化完毕接下来就是往显存里写数据。ST7735S 的写入方式是先设置一个地址窗口然后连续写入像素宽度是 16bit 的 RGB565 颜色值。最小的显示原语是画点函数void LCD_DrawPoint(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) { if (x LCD_WIDTH || y LCD_HEIGHT) return; LCD_Write_Cmd(0x2A); // CASET 列地址 LCD_Write_Data(x 8); LCD_Write_Data(x 0xFF); LCD_Write_Data(x 8); LCD_Write_Data(x 0xFF); LCD_Write_Cmd(0x2B); // RASET 行地址 LCD_Write_Data(y 8); LCD_Write_Data(y 0xFF); LCD_Write_Data(y 8); LCD_Write_Data(y 0xFF); LCD_Write_Cmd(0x2C); // RAMWR 写显存 LCD_Write_Data(color 8); LCD_Write_Data(color 0xFF); }这个函数每次调用都要传输 8 个地址参数效率很低一帧画面如果 32768 个像素全部调用它光传参就要浪费大量时间。所以实际画图时会用一个更高效的方式先设置一次地址窗口覆盖整个屏幕然后连续写入所有像素数据。画线函数可以在画点基础上用 Bresenham 算法或直接进行线性插值对于 128x128 的小屏即使是最朴素的直线方程法性能也已经足够。填充矩形是刷背景最常用的函数它的核心是只设置一次窗口然后循环写颜色。如果你要做一个进度条或者按钮背景这个函数会是调用最多的工具。进阶一点的玩法是把屏幕的一整块区域用 DMA 连续发送这才是 F103 相对 GPIO 模拟时序最大的优势所在。3.5 DMA 刷屏让 CPU 从搬运工变成监工SPI 发送一个字节需要 CPU 全程参与CPU 每写一次 DR 寄存器就要等 TXE 标志位这时 CPU 基本都在傻等。刷一帧 32768 字节的数据如果等一个字节一个字节送哪怕 9MHz 波特率也浪费大量算力。DMA 模式的做法是把数据在内存里的起始地址告诉 DMA 控制器然后让它自动往 SPI2 的 DR 寄存器搬数据搬完触发一次中断通知 CPU。void LCD_DMA_Config(void) { DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr (uint32_t)SPI2-DR; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr (uint32_t)frame_buffer; DMA_InitStructure.DMA_DIR DMA_DIR_PeripheralDST; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT * 2; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize DMA_PeripheralDataSize_Byte; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize DMA_MemoryDataSize_Byte; DMA_InitStructure.DMA_Mode DMA_Mode_Normal; DMA_InitStructure.DMA_Priority DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel4, DMA_InitStructure); SPI_I2S_DMACmd(SPI2, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); } void LCD_DMA_Start(void) { DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE); while (!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)); // 等待传输完成 DMA_Cmd(DMA1_Channel4, DISABLE); }DMA1 的 Channel4 是 SPI2_TX 的专用通道这个映射关系是芯片手册固定的不能随意改。DMA_PeripheralDataSize和DMA_MemoryDataSize都设为 Byte因为 SPI2 的 DR 寄存器虽然按 32 位地址访问但每次有效数据是低 8 位如果设成 HalfWord 反而容易出错。DMA_M2M必须关闭否则 DMA 会走内存到内存模式完全绕过 SPI 外设这也是新手常犯的错。有了 DMA刷一屏的时间大概能缩短到原来的三分之一以下CPU 几乎完全腾出手来处理按键、传感器这些真正的业务逻辑。4. 常见问题排查白屏、偏色、花屏、下载失败的现场还原4.1 白屏第一反应先查驱动芯片而不是代码现象初始化序列跑完屏幕一点反应没有整个屏白得发亮背光是亮的。原因90% 的情况是驱动 IC 不匹配。1.44 寸屏存在两个完全不同的驱动芯片方案ST7735S 是主流但也有一些老批次用的是 ILI9341 或者两颗芯片级联方案它们的初始化命令完全不同。如果你拿了一份为 ST7735S 写的工程插到 ILI9341 上初始化序列根本执行失败自然白屏。另外SPI 模式搞错也会白屏ST7735S 要求 Mode 3如果你配置成了 Mode 0数据在错误的时钟沿被采样同样白屏。解决先用放大镜看模块背后的丝印确认驱动型号。如果是 ST7735S再检查 SPI 模式是不是 Mode 3。两手都做完还白屏拿万用表量 VCC 和 GND 之间有没有 3.3V很多时候是杜邦线接触不良导致电压跌落。4.2 偏色红色变蓝色蓝色变绿色问题在 RGB 顺序现象屏幕能显示内容但颜色明显错乱比如红色像素显示成蓝色或者整体色调偏青偏黄。原因ST7735S 内部有一个颜色过滤器顺序控制位默认可能是 RGB 顺序也可能是 BGR 顺序。不同批次屏幕在出厂时这个配置不一样如果驱动里没设置或者设置的方向和屏本身相反RGB 三通道就会被交换。解决在初始化序列里补上0x36MADCTL寄存器设置。这个寄存器同时控制扫描方向和 RGB/BGR 顺序。如果你发现颜色反了把0x36后面写入的数据里的 RGB 位取反即可通常是从0x00改成0x08或反过来。改一次就知道你的屏要的是哪个值。4.3 花屏和横纹这不是程序问题是电源纹波问题现象屏幕能显示但画面有细密横纹或者大面积色块区域里随机出现闪烁的杂色点。用手摸一下电源线位置画面会明显变化。原因这是最典型的电源噪声问题。1.44 屏内部没有大电容ST7735S 的电源引脚对纹波非常敏感。如果你用 5V 转 3.3V 的 AMS1117 供电且输出端只有一个 0.1uF 小电容负载一波动电压就会抖。解决在屏幕 VCC 和 GND 之间就近并一个 10uF 电解电容再加一个 0.1uF 陶瓷电容去耦。另外检查背光 LED 是否和驱动芯片共用 3.3V如果是建议把背光单独供电或串电阻降低电流。很多时候加一颗电容就解决了。4.4 下载失败SWD 引脚被复用或者 BOOT0 没接对现象点击下载后 Keil 报错提示无法连接目标设备要么是Cannot access target要么是RDDI-DAP Error。原因F103 的 PA13、PA14 是 SWDIO 和 SWCLK如果你在程序里把这些引脚初始化成了普通 GPIO 输出下载器就连不上芯片了。另一种情况是 BOOT0 跳线帽被设置在高电平芯片上电进入系统存储器模式SWD 接口不响应连接。我见过很多次程序里跑飞了把 GPIO 全部配置成了推挽输出把 SWD 占用了最后只能按住复位键的瞬间抢着点下载。解决按住板子复位键在 Keil 提示连接失败前的瞬间松开利用复位后那一段短暂时间完成握手。如果还不行把 BOOT0 拉高再上电然后用串口 ISP 方式擦除整片 Flash之后再拨回 BOOT0 低电平。这个方法虽然笨但非常可靠。从那以后我写任何 F103 工程都会先把 SWD 引脚相关代码备注清楚并保留一个 5 秒延时给下载器留出连接窗口。5. 二次开发改造从点屏到真正能用的小型人机界面5.1 改造思路一把静态画面改成温湿度仪表盘屏幕点亮只是开始真正让项目变成产品的是界面逻辑。最常见的改造方向是给它接一个 DHT11 或 AHT20 传感器把温度和湿度显示在屏幕上。这里的关键不是怎么写传感器驱动而是怎么设计刷新策略。我的做法是先划出界面的静态区域和动态区域。静态区域包括背景色、标题文字、边框这些只需要在初始化时画一次。动态区域是温度和湿度数字所在的那一小块矩形每两秒更新一次。更新时不需要整屏重绘只需要把数字所在区域用背景色填掉再写新数字即可。这样每帧只重画几十个像素而不是整个 32768 像素CPU 占用率几乎是零。void UI_Update_Temperature(int16_t temp) { char str[16]; uint16_t x 20, y 40; // 温度显示区域左上角 // 先清掉旧内容 LCD_Fill(x, y, x 60, y 16, COLOR_BLACK); // 格式化字符串后写入 sprintf(str, %d.%d C, temp / 10, temp % 10); LCD_Show_String(x, y, str, Font16x24, COLOR_WHITE, COLOR_BLACK); }这个片段展示了一个原则先清后写。如果不先清除旧内容数字从“25.3”变成“25.1”时残留的笔画会把界面搞得很脏。LCD_Fill 只填充几十个像素耗时基本可以忽略。如果你要显示的内容频繁变化也可以用“脏矩形”思路把多个变化区域合并成一个更大的矩形减少地址窗口设置次数。5.2 改造思路二按键交互和页面切换给屏幕加两个按键就能做成简单的菜单系统。我在这类小屏上用的方案是维护一个current_page变量按键中断里只修改变量主循环里检测变量变化后重新绘制界面。页面的切换只重绘新页面的静态元素中间用全屏填充做一次过渡这样视觉上不会觉得卡顿。有一个细节要提醒按键消抖不能全放中断里做。F103 的外部中断如果响应太快抖动会被当成多次按键这时候用定时器扫描方式做 10ms 消抖比中断方式稳定得多。小屏界面的设计还有一个原则——不要放太多元素上去128x128 分辨率下一个页面最多放 3 到 4 个信息块超过这个数量字就小得没法看。5.3 改造思路三显示图片和自定义字库如果你想在屏幕上显示一张图片或者公司的 logo需要先把图片转换成 RGB565 格式的数组。转换工具很多原理都是一样的把图片缩放到 128x128输出一个 C 语言数组每一像素占 2 字节高字节在前。在驱动里就是先设置全屏窗口然后把整个数组用 DMA 一次性发出去。转换时要注意如果图片原本是 24 位色深转换到 16 位色深会丢失一些色彩细节出现颜色过渡带这是正常的不需要惊讶。字库方面中文显示需要取模常用 16x16 点阵显示一个汉字。取模工具里要选“横向取模、高位在前”这和 ST7735S 的显存写入顺序严格对应。输出数组后把显示函数封装成LCD_Show_Chinese(x, y, font_index, color, bgcolor)的形式后续做任何菜单界面都会方便很多。不要小看这一层封装它决定你要不要为每个页面重新写一遍文字绘制逻辑。5.4 一条我踩过很多次的改动经验我拆过很多份这种点屏工程每次改动最怕的不是驱动本身而是驱动文件里夹杂的大量硬件相关的宏定义。改板子引脚时如果只改了 GPIO 初始化却忘了改宏映射就会出现“线明明接对了屏幕却不亮”的灵异现象。所以我现在拿到一个新屏工程第一件事就是把所有引脚映射全部收拢到 lcd.h 头文件顶部的宏定义区用类似#define LCD_SCK_PIN GPIO_Pin_5的方式统一管理。从那以后我每次换板子、换屏都会强制自己走一遍这个流程把硬件相关的东西从业务代码里剥离开再也不会出现改一处漏一处的惨案。希望能帮到你也祝你这次点屏一次点亮。本文还有配套的精品资源点击获取
