FreeRTOS 入门（九）：2.4 寸 TFT-LCD 驱动创建（基于 CT117E-M4）

一、前言
二、LCD 驱动核心原理
- 2.1 硬件基础（原理图与屏幕参数）
- 2.2 引脚冲突问题与解决方案
- 2.3 8080 并行时序协议解析
- 2.4 信号操作逻辑（读命令 / 读数据 / 写数据）
三、CubeMX GPIO 配置步骤
四、核心代码实现
- 4.1 格式化显示函数（LcdSprintf）
- 4.2 增强版初始化函数（LCD_Init2）
- 4.3 测试与诊断函数
- 4.4 头文件声明
五、主函数测试与现象验证
六、下一篇预告
七、结尾

一、前言

大家好，我是 Hello_Embed。上一篇我们详细解析了 FreeRTOS 的 5 种堆实现，掌握了内存管理的核心技能。而要开展后续的 FreeRTOS 多任务项目（如打砖块游戏、数据可视化），必须先解决 “显示输出” 的问题 —— 因此本篇笔记聚焦**2.4 寸 TFT-LCD 屏的驱动开发 **。

本次驱动基于 CT117E-M4 开发板（STM32G431RBT6），屏幕采用 8080 并行时序接口，核心目标是实现 LCD 的初始化、格式化文本显示、颜色测试等基础功能。笔记内容整合了蓝桥杯嵌入式资料包和米醋电子工作室的核心资料，兼顾原理讲解与实战代码，确保大家能快速复现并用于后续项目。

二、LCD 驱动核心原理

2.1 硬件基础（原理图与屏幕参数）

屏幕核心参数

尺寸：2.4 寸
类型：MCU 接口型 TFT-LCD
分辨率：240×320 像素
接口类型：8080 并行时序（数据传输速度快，适合嵌入式实时显示）

硬件原理图

请添加图片描述

2.2 引脚冲突问题与解决方案

开发板上 LCD 与 LED 共用部分 GPIO 引脚，但无需担心信号冲突，核心原因的是锁存器的隔离作用：

锁存器会缓存 LED 的控制信号，LCD 引脚信号的变化不会直接影响 LED 状态；
仅当向锁存器发送 “更新信号” 时，LED 状态才会改变，与 LCD 的读写操作完全解耦；
注意：不建议随意修改 LCD 引脚 ——8080 时序对引脚功能（如 RS、WR、CS）有严格定义，修改后大概率导致时序错乱。

2.3 8080 并行时序协议解析

8080 时序是 LCD 与 MCU 通信的核心协议，可通俗理解为 “多车道高速公路 + 交通指挥系统”：

多车道（数据线）：GPIOC0~GPIOC15（16 根线），同时传输 16 位数据，速度快；
交通指挥（控制信号）：
- 片选信号（CS，PB9）：LCD 的 “开关”，低电平时允许 MCU 与 LCD 通信；
- 命令 / 数据选择（RS，PB8）：“路牌”，低电平时传输命令（如清屏、设置颜色），高电平时传输显示数据；
- 写使能（WR，PB5）：“写允许开关”，低电平时 MCU 向 LCD 写入命令 / 数据；
- 读使能（RD，PA8）：“读允许开关”，低电平时 MCU 从 LCD 读取数据（本次暂不使用）。

2.4 信号操作逻辑（读命令 / 读数据 / 写数据）

1. 写命令（MCU→LCD 发送控制指令）

拉低 RS（PB8=0）：告知 LCD 即将传输命令；
通过 GPIOC 输出命令代码；
拉低 WR（PB5=0）：允许写入；
拉高 WR（PB5=1）：完成写入，LCD 执行命令。

2. 写数据（MCU→LCD 发送显示数据）

拉高 RS（PB8=1）：告知 LCD 即将传输显示数据；
通过 GPIOC 输出数据（如字符编码、颜色值）；
拉低 WR（PB5=0）：允许写入；
拉高 WR（PB5=1）：完成写入，数据显示在 LCD 上。

3. 读数据（MCU←LCD 读取状态 / 数据）

拉高 RS（PB8=1）：告知 LCD 即将读取数据；
拉低 RD（PA8=0）：允许读取；
从 GPIOC 读取 LCD 返回的数据；
拉高 RD（PA8=1）：完成读取。

三、CubeMX GPIO 配置步骤

根据 8080 时序要求，需配置以下 GPIO 引脚（均为推挽输出，初始高电平，无上下拉）：

GPIOC 配置：
- 引脚：PC0~PC15（16 根数据线）；
- 模式：GPIO_Output；
- 上下拉：No pull-up and no pull-down。
GPIOB 配置：
- 引脚：PB5（WR）、PB8（RS）、PB9（CS）；
- 模式：GPIO_Output；
- 初始电平：High（默认关闭状态，避免误触发）。
GPIOA 配置：
- 引脚：PA8（RD）；
- 模式：GPIO_Output；
- 初始电平：High（暂不使用读功能）。

配置示意图：
请添加图片描述

四、核心代码实现

蓝桥杯官方驱动已实现 LCD 的底层操作（如LCD_DisplayStringLine、LCD_SetTextColor），我们只需封装上层应用函数，简化显示操作。

4.1 格式化显示函数（LcdSprintf）

功能：支持类似printf的格式化输出（如显示变量、数值），适配 LCD 行显示。

#include "lcd.h"
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"
/**
* @brief  格式化字符串并显示在LCD指定行
* @param  Line：LCD行号（如Line0~Line9，对应240×320分辨率的10行）
* @param  format：格式化字符串（支持%d、%s、%f等占位符）
* @param  ...：可变参数（与格式化字符串的占位符对应）
* @retval 无
* @note   依赖标准库的可变参数宏（va_list/va_start/va_end）和vsprintf函数
*/
void LcdSprintf(uint8_t Line, char *format, ...) {
char String[21];  // 缓冲区：每行最多显示20个字符（含结束符'\0'）
va_list arg;      // 存储可变参数列表的变量
va_start(arg, format);                // 初始化可变参数列表，指向format后的第一个参数
vsprintf(String, format, arg);        // 将格式化字符串+可变参数写入缓冲区String
va_end(arg);                          // 清理可变参数列表，避免内存泄漏
// 调用官方驱动函数，在指定行显示字符串（u8为uint8_t的别名）
LCD_DisplayStringLine(Line, (u8 *)String);
}

4.2 增强版初始化函数（LCD_Init2）

功能：解决官方LCD_Init可能存在的初始化不稳定问题，增加电源稳定延时和双重验证。

/**
* @brief  LCD增强版初始化函数（解决初始化失败问题）
* @retval uint8_t：0=初始化成功，非0=失败（本次暂返回0，可扩展错误检测）
* @note   包含引脚配置、电源开启、延时稳定、参数初始化等完整流程
*/
uint8_t LCD_Init2(void)
{
uint8_t status = 0;  // 初始化状态标志
/* 1. 配置LCD控制引脚（RS/WR/CS/RD等，官方驱动已实现） */
LCD_CtrlLinesConfig();
/* 2. 延时300ms，确保LCD硬件电源完全稳定（关键！避免上电未就绪导致初始化失败） */
HAL_Delay(300);
/* 3. 开启LCD电源并稳定 */
LCD_PowerOn();
HAL_Delay(100);
/* 4. 执行官方初始化（配置LCD控制器寄存器，如分辨率、时序参数） */
LCD_Init();
HAL_Delay(200);
/* 5. 双重开启显示，确保LCD稳定点亮 */
LCD_DisplayOn();
HAL_Delay(50);
LCD_DisplayOn();
HAL_Delay(50);
/* 6. 设置默认显示参数（文本色=黑色，背景色=白色） */
LCD_SetTextColor(Black);    // 文本颜色（官方驱动定义的颜色宏）
LCD_SetBackColor(White);    // 背景颜色
/* 7. 双重清屏，清除残留数据，确保显示纯净 */
LCD_Clear(White);
HAL_Delay(50);
LCD_Clear(White);
HAL_Delay(50);
return status;  // 返回初始化状态（0=成功）
}

4.3 测试与诊断函数

1. 基础测试函数（LCD_Test）

功能：验证 LCD 是否正常显示文本，演示基本 API 的使用。

/**
* @brief  LCD基础功能测试函数
* @retval 无
* @note   显示固定文本，验证行显示、颜色设置功能
*/
void LCD_Test(void)
{
LCD_SetTextColor(Blue);     // 设置文本颜色为蓝色
LCD_SetBackColor(White);    // 背景色保持白色
LcdSprintf(Line0, "Hello LCD!");       // 第0行：欢迎语
LcdSprintf(Line1, "FreeRTOS Project"); // 第1行：项目名称
LcdSprintf(Line2, "Version 1.0");      // 第2行：版本号
LCD_SetTextColor(Black);    // 文本颜色改为黑色
LcdSprintf(Line4, "-------------------"); // 第4行：分隔线
LCD_SetTextColor(Red);      // 文本颜色改为红色
LcdSprintf(Line6, "Use LCD_Init2()");  // 第6行：提示使用增强版初始化
LcdSprintf(Line7, "for init");         // 第7行：补充说明
}

2. 颜色诊断函数（LCD_Diagnostics）

功能：测试 LCD 的颜色显示和清屏功能，用于排查显示异常。

/**
* @brief  LCD颜色与显示诊断函数
* @retval 无
* @note   循环测试不同文本色、背景色，验证LCD硬件是否正常
*/
void LCD_Diagnostics(void)
{
/* 1. 初始清屏（白色背景） */
LCD_Clear(White);
HAL_Delay(1000);  // 显示1秒
/* 2. 显示诊断模式提示 */
LCD_SetTextColor(Black);
LCD_SetBackColor(White);
LcdSprintf(Line0, "DIAGNOSTIC MODE");
HAL_Delay(1000);
/* 3. 测试不同文本颜色 */
LCD_SetTextColor(Blue);
LcdSprintf(Line2, "BLUE TEXT");  // 蓝色文本
HAL_Delay(500);
LCD_SetTextColor(Red);
LcdSprintf(Line3, "RED TEXT");    // 红色文本
HAL_Delay(500);
LCD_SetTextColor(Green);
LcdSprintf(Line4, "GREEN TEXT");  // 绿色文本
HAL_Delay(500);
/* 4. 测试反转颜色（白色文本+黑色背景） */
LCD_SetTextColor(White);
LCD_SetBackColor(Black);
LcdSprintf(Line6, "INVERTED COLORS");
HAL_Delay(1000);
/* 5. 测试清屏功能（黄色背景） */
LCD_Clear(Yellow);
HAL_Delay(500);
/* 6. 显示诊断完成 */
LCD_SetTextColor(Black);
LCD_SetBackColor(Yellow);
LcdSprintf(Line7, "Finished!");
HAL_Delay(1000);
}

4.4 头文件声明（lcd_driver.h）

#ifndef _LCD_DRIVER
#define _LCD_DRIVER
#include "stdint.h"
/**
* @brief  LCD增强版初始化函数
* @note   解决官方LCD_Init初始化不稳定问题，包含完整的电源和延时控制
* @retval uint8_t：0=成功，非0=失败
*/
uint8_t LCD_Init2(void);
/**
* @brief  LCD格式化显示函数
* @param  Line：显示行号（Line0~Line9）
* @param  format：格式化字符串（支持%d、%s等占位符）
* @param  ...：可变参数（与格式化字符串对应）
* @retval 无
*/
void LcdSprintf(uint8_t Line, char *format, ...);
/**
* @brief  LCD基础测试函数
* @note   演示文本显示、颜色设置功能
* @retval 无
*/
void LCD_Test(void);
/**
* @brief  LCD诊断函数
* @note   测试颜色显示和清屏功能，用于硬件排查
* @retval 无
*/
void LCD_Diagnostics(void);
#endif

五、主函数测试与现象验证

测试流程

在main.c中添加头文件：#include "lcd_driver.h"；
在main函数中调用初始化和测试函数：

int main(void)
{
/* 系统初始化（HAL库自动生成） */
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
/* LCD初始化与测试 */
uint8_t lcd_status = LCD_Init2();  // 调用增强版初始化
if (lcd_status == 0) {            // 初始化成功
LCD_Test();                    // 执行基础测试
// LCD_Diagnostics();          // 如需颜色测试，注释上一行，启用此行
} else {
// 初始化失败处理（如闪烁LED报警，可自行扩展）
}
/* 后续FreeRTOS初始化与任务创建（上一篇笔记内容） */
osKernelInitialize();
MX_FREERTOS_Init();
osKernelStart();
while (1) {
// 调度器启动后，此处不会执行
}
}

测试现象

基础测试（LCD_Test）：
- 第 0 行显示 “Hello LCD!”（蓝色）；
- 第 1-2 行显示项目信息（蓝色）；
- 第 4 行显示分隔线（黑色）；
- 第 6-7 行显示初始化提示（红色）。
颜色诊断（LCD_Diagnostics）：
- 依次显示蓝色、红色、绿色文本；
- 切换黑色背景 + 白色文本（反转色）；
- 清屏为黄色，最终显示 “Finished!”，全程无乱码或花屏。

六、下一篇预告

本次我们成功实现了 2.4 寸 TFT-LCD 的驱动开发，具备了 FreeRTOS 多任务项目的 “显示输出能力”。下一篇，我们将回归 FreeRTOS 实战：

创建声光色影多任务；
演示多任务并发执行；
讲解任务优先级配置与调度器工作机制。
尽管部分硬件可能存在差异，但核心是掌握多任务的设计思想，为后续复杂项目打下基础。

七、结尾

本篇笔记的核心是 “LCD 驱动的工程化实现”—— 从原理层面解析了 8080 时序和信号逻辑，从实战层面提供了稳定的初始化函数、格式化显示函数，以及测试诊断工具，确保大家能快速复现并用于实际项目。

LCD 驱动是嵌入式可视化项目的基础，后续的 FreeRTOS 多任务项目（如数据监控、小游戏）都需要依赖它输出信息。掌握LcdSprintf这类格式化显示函数，能大幅简化文本和变量的显示操作，提高开发效率。

从堆管理到 LCD 驱动，我们已经为 FreeRTOS 复杂项目铺垫了核心基础。接下来，我们将把这些模块整合起来，通过多任务实现 “声光色影” 的联动效果，真正体会 RTOS 的优势。我是 Hello_Embed，下一篇多任务实战不见不散，欢迎持续关注！

发表于 2025-12-20 08:37 jzssuanfa 阅读(48) 评论(0) 收藏举报

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