ST7789 驱动与 STM32 应用开发指南：从准备到实战

一、准备篇：认识 ST7789 与 STM32 显示驱动项目

1.1 项目功能模块解析

ST7789-STM32 项目是一套专为 STM32 微控制器设计的显示驱动方案，核心由两大功能模块组成：

显示驱动核心模块（st7789.c/h）

• 初始化引擎：负责显示器硬件参数配置与启动流程
• 图形绘制系统：提供点、线、矩形等基础图形绘制功能
• 数据传输层：支持 SPI 接口的常规传输与 DMA 加速模式

字体渲染模块（fonts.c/h）

• 字体库：内置 7x10、11x18、16x26 三种分辨率字体
• 文本渲染器：实现字符与字符串的显示控制
• 颜色系统：采用 RGB565 色彩模式，提供 65536 种颜色支持

📌 注意事项：项目中的 fig 目录包含 SPI 配置示意图和数据传输波形图，建议在硬件连接时参考。

1.2 环境搭建指南

开始使用前，请确保你的开发环境满足以下条件：

1. 硬件要求

   • STM32 系列微控制器（推荐 STM32F103 及以上型号）
   • ST7789 控制器的 IPS 显示屏（支持 135x240/240x240/170x320 分辨率）
   • SPI 接口连接（至少需要 SCK、SDA、DC、RST 四根信号线）

2. 软件环境

   • STM32CubeMX/CubeIDE 或其他 STM32 开发环境
   • HAL 库支持（项目基于 HAL 库开发）

3. 项目获取

   git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/st/ST7789-STM32
   

1.3 新手常见问题

Q: 项目支持哪些型号的 STM32 芯片？
A: 理论上支持所有带硬件 SPI 的 STM32 型号，实际测试过 STM32F103、F407、L431 等系列。低容量型号（如 F103C8T6）使用 DMA 时需注意内存限制。

Q: 显示屏不亮可能是什么原因？
A: 首先检查 RST 复位信号是否正确释放，其次确认 SPI 时钟频率是否过高（杜邦线连接建议不超过 20MHz），最后检查背光控制引脚是否有效。

二、核心篇：ST7789 驱动的工作原理与应用

2.1 核心工作流程解析

ST7789 驱动的工作流程就像一场精密的"舞台表演"，主要分为三个阶段：

初始化阶段：搭建舞台

void ST7789_Init(void) {
  // 硬件复位序列
  ST7789_RST_Clr();       // 拉低复位引脚
  HAL_Delay(10);          // 保持10ms
  ST7789_RST_Set();       // 释放复位
  
  // 初始化序列配置（相当于告诉显示器"我们要开始表演了"）
  ST7789_WriteCommand(ST7789_SWRESET);  // 软件复位
  HAL_Delay(120);                       // 等待复位完成
  
  // 配置色彩模式为RGB565（16位色）
  ST7789_WriteCommand(ST7789_COLMOD);
  ST7789_WriteSmallData(ST7789_COLOR_MODE_16bit);
  
  // 设置显示方向和分辨率（根据实际硬件配置）
  ST7789_SetRotation(ST7789_ROTATION);
  
  // 打开显示（灯光亮起，舞台就绪）
  ST7789_WriteCommand(ST7789_DISPON);
}

数据传输阶段：数据演员登场

驱动与显示屏的通信通过 SPI 接口完成，就像舞台监督（MCU）向演员（显示屏）发送表演指令：

// 发送命令（告诉显示屏要做什么）
static void ST7789_WriteCommand(uint8_t cmd) {
  ST7789_DC_Clr();                // DC引脚拉低表示发送命令
  HAL_SPI_Transmit(&ST7789_SPI_PORT, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);
}

// 发送数据（告诉显示屏具体内容）
static void ST7789_WriteData(uint8_t *buff, size_t buff_size) {
  ST7789_DC_Set();                // DC引脚拉高表示发送数据
  HAL_SPI_Transmit(&ST7789_SPI_PORT, buff, buff_size, HAL_MAX_DELAY);
}

图形绘制阶段：精彩表演呈现

所有的图形绘制都基于"设置显示窗口-填充颜色数据"的模式：

// 在指定位置画点（就像舞台上的一个演员站位）
void ST7789_DrawPixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) {
  ST7789_SetAddressWindow(x, y, x, y);  // 设置1x1的显示窗口
  uint8_t data[] = {color >> 8, color & 0xFF};  // RGB565颜色拆分
  ST7789_WriteData(data, sizeof(data));  // 发送颜色数据
}

2.2 基础绘图功能详解

项目提供了丰富的图形绘制函数，可满足大多数应用场景：

像素级操作

• ST7789_DrawPixel(x, y, color)：绘制单个像素点
• ST7789_Fill(x1, y1, x2, y2, color)：填充矩形区域

基础图形

• ST7789_DrawLine(x1, y1, x2, y2, color)：绘制直线（使用Bresenham算法）
• ST7789_DrawCircle(x0, y0, r, color)：绘制圆形
• ST7789_DrawRectangle(x1, y1, x2, y2, color)：绘制矩形边框

文本显示

• ST7789_WriteChar(x, y, ch, font, color, bgcolor)：显示单个字符
• ST7789_WriteString(x, y, str, font, color, bgcolor)：显示字符串

📌 实用技巧：文本显示支持三种字体大小，建议根据屏幕分辨率选择：小字体(7x10)适合显示大量数据，中字体(11x18)适合标题，大字体(16x26)适合重点提示。

2.3 DMA 加速原理与应用

DMA 就像舞台的"后台助理"，能帮助 CPU 处理数据传输，让主程序更流畅：

#ifdef USE_DMA
// DMA模式下的全屏填充（效率更高）
void ST7789_Fill_Color(uint16_t color) {
  // 使用缓冲区分块传输，适合内存较小的MCU
  for (i = 0; i < ST7789_HEIGHT / HOR_LEN; i++) {
    memset(disp_buf, color, sizeof(disp_buf));  // 填充缓冲区
    ST7789_WriteData(disp_buf, sizeof(disp_buf));  // DMA传输
  }
}
#endif

DMA 与非 DMA 性能对比： DMA模式下的数据传输波形，传输连续无间隔

非DMA模式下的数据传输波形，可见明显间隔

📌 注意事项：启用 DMA 时，默认使用大小为 ST7789_WIDTH * 5 的缓冲区。如果你的 MCU RAM 不足（如 128KB 以下），建议减小 HOR_LEN 宏定义的值。

2.4 新手常见问题

Q: 为什么绘制图形时出现闪烁？
A: 这是因为没有使用"双缓冲"技术。对于动态界面，建议在内存中构建完整画面后一次性刷新，或使用局部刷新减少重绘区域。

Q: 如何提高文本显示速度？
A: 可以预先生成常用字符的字模数组，避免实时计算；或者使用更大的 DMA 缓冲区减少传输次数。项目中的 fonts.c 已经包含了优化后的字模数据。

三、拓展篇：个性化配置与高级应用

3.1 个性化配置指南

ST7789 驱动提供了丰富的配置选项，通过修改 st7789.h 文件可以定制显示效果：

分辨率与旋转配置

配置项	说明	应用场景
USING_240X240	240x240 分辨率	1.3英寸方形屏
USING_170X320	170x320 分辨率	1.9英寸长条形屏
ST7789_ROTATION 0	0度旋转	默认方向
ST7789_ROTATION 2	180度旋转	显示屏安装方向颠倒时

配置示例：

// 选择240x240分辨率，180度旋转
#define USING_240X240
#define ST7789_ROTATION 2

SPI 接口配置

// SPI实例选择（根据硬件连接修改）
#define ST7789_SPI_PORT hspi1

// SPI超时时间
#define SPI_TIMEOUT 1000

// 是否启用DMA（注释此行禁用DMA）
#define USE_DMA

颜色定义

项目预定义了常用颜色，也可以自定义颜色值（RGB565格式）：

// 自定义天蓝色
#define SKYBLUE 0x84DD  // RGB565格式：R=132, G=221, B=255

3.2 项目应用场景

ST7789-STM32 驱动可应用于多种嵌入式显示场景：

1. 数据监控终端

利用文本和简单图形显示传感器数据，如环境监测设备：

// 显示温度数据示例
ST7789_WriteString(10, 20, "Temperature:", Font_11x18, WHITE, BLACK);
char temp_str[10];
sprintf(temp_str, "%.1f C", temperature);
ST7789_WriteString(10, 40, temp_str, Font_16x26, GREEN, BLACK);

2. 小型游戏机

利用图形绘制功能实现简单游戏，如贪吃蛇：

// 绘制游戏元素
ST7789_DrawFilledCircle(snake_head.x, snake_head.y, 5, YELLOW);  // 蛇头
for(i=0; i<food_count; i++) {
  ST7789_DrawFilledCircle(food[i].x, food[i].y, 3, RED);  // 食物
}

3. 界面交互系统

结合触摸功能（需额外硬件）实现图形界面，如小型控制面板：

// 绘制按钮
ST7789_DrawFilledRectangle(20, 100, 80, 40, BLUE);  // 按钮背景
ST7789_WriteString(30, 110, "START", Font_11x18, WHITE, BLUE);  // 按钮文本

3.3 性能优化建议

针对不同应用场景，可以从以下方面优化性能：

1. 内存优化

   • 小容量 MCU 禁用 DMA 功能，节省缓冲区内存
   • 使用 ST7789_DrawImage() 显示图片时，采用压缩格式并动态解压

2. 速度优化

   • 静态内容使用 ST7789_DrawImage() 一次性绘制
   • 动态内容只刷新变化区域，如：

   // 局部刷新示例（只刷新温度数值区域）
   ST7789_Fill(120, 40, 220, 65, BLACK);  // 清除旧数据
   ST7789_WriteString(120, 40, temp_str, Font_16x26, GREEN, BLACK);  // 写入新数据
   

3. 功耗优化

   • 非活动时调用 ST7789_SLPIN() 进入睡眠模式
   • 降低 SPI 时钟频率（不影响显示质量的前提下）

3.4 新手常见问题

Q: 如何显示自定义图片？
A: 可以使用 Image2Lcd 等工具将图片转换为 RGB565 格式的数组，然后通过 ST7789_DrawImage() 函数显示。注意图片尺寸不要超过屏幕分辨率。

Q: 显示屏出现条纹或花屏怎么办？
A: 检查 SPI 信号线是否过长或接触不良；尝试降低 SPI 时钟频率；确认 X_SHIFT 和 Y_SHIFT 参数是否适合你的显示屏（不同厂家的屏幕可能有偏移）。

Q: 如何实现屏幕局部刷新？
A: 使用 ST7789_SetAddressWindow(x1, y1, x2, y2) 函数设置显示窗口，然后只更新该区域的数据。这比全屏刷新效率更高，特别适合动态数据显示。

结语

通过本指南，你应该已经掌握了 ST7789-STM32 驱动的基本使用方法和高级技巧。这个项目虽然小巧，但功能强大，适合各种嵌入式显示应用。无论是制作数据监控设备、小型游戏机还是物联网终端，ST7789 驱动都能为你的项目提供清晰、高效的显示解决方案。

如果你在使用过程中发现新的应用场景或优化方法，欢迎贡献代码和经验！嵌入式开发的乐趣就在于不断探索和创新。

祝你的 STM32 显示项目开发顺利！