1. 天空星STM32F407驱动1.47寸ST7789V3彩屏：软件SPI与硬件SPI移植实战

天空星STM32F407驱动1.47寸ST7789V3彩屏：软件SPI与硬件SPI移植实战

最近在做一个需要小尺寸显示屏的项目，选来选去，看中了这款1.47寸的IPS彩屏。分辨率172x320，驱动芯片是ST7789V3，用SPI通信，尺寸小巧，显示效果也不错。但拿到手后，发现厂家给的例程是基于特定开发板的，要把它移植到咱们手头的“天空星”STM32F407开发板上，还得花点功夫。

这篇文章，我就来手把手带你走一遍完整的移植过程。咱们不光要把屏幕点亮，还要深入聊聊两种驱动方式：软件模拟SPI和硬件SPI。我会详细解释每一步修改的原因，分享我踩过的坑，让你不仅能成功点亮屏幕，更能理解背后的原理。无论你是刚接触嵌入式的新手，还是想优化现有项目的朋友，这篇教程都能帮到你。

1. 准备工作：认识你的屏幕和资料

工欲善其事，必先利其器。在动手写代码之前，咱们先把屏幕和资料搞清楚。

1.1 屏幕规格与引脚

我用的这块屏关键参数如下：

这块屏有8个引脚，每个引脚的作用必须弄清楚，接线和编程都靠它：

提示：如果MCU的GPIO引脚紧张，有两个引脚可以简化处理：

1. RES：可以直接接到MCU的复位引脚。这样MCU一复位，屏幕也跟着复位，省掉一个GPIO控制。但缺点是屏幕无法单独软复位。
2. BLK：可以直接接3.3V或者悬空（部分模块内部已上拉）。这样背光会常亮，代价是无法通过程序调节背光亮度。

1.2 获取并理解源码

资料里提供了完整的驱动例程。咱们移植的核心，就是把这个例程适配到自己的“天空星”STM32F407工程里。

1. 下载资料：根据提供的链接，找到并下载厂家例程包。
2. 查看源码结构：解压后，重点关注LCD文件夹。里面通常包含lcd.c、lcd.h、lcd_init.c、lcd_init.h等文件。lcd_init.c里的LCD_Init()函数是屏幕初始化的核心，包含了引脚配置和屏幕驱动芯片的初始化序列。
3. 准备你的工程：你需要一个基于“天空星”STM32F407的空白工程，工程里至少要有可用的毫秒级延时函数（比如delay_ms）。你可以使用开发板提供的标准工程模板。

2. 基础移植：解决编译错误

把厂家的LCD文件夹整个复制到你的工程目录下，然后在你的IDE（比如Keil MDK）里把这些.c和.h文件添加到工程中。

一编译，大概率会报错。别慌，这是移植的必经之路。咱们一步步解决。

第一步：解决头文件错误最常见的错误是找不到sys.h或delay.h。这是因为厂家例程用的头文件名称和你的工程不一样。

• 打开lcd_init.c和lcd.c文件，找到#include “delay.h”这一行。
• 把它改成你的工程里实际存在的延时函数头文件，比如#include “board.h”（假设你的延时函数在board.h中声明）。

第二步：解决数据类型错误接着编译，可能会报错“u8”、“u16”、“u32”未定义。这些是厂家自定义的数据类型缩写。

• 打开lcd_init.h和lcd.h文件。
• 在文件开头的某个位置（比如所有#include之后），添加以下宏定义：

#ifndef u8 #define u8 uint8_t #endif #ifndef u16 #define u16 uint16_t #endif #ifndef u32 #define u32 uint32_t #endif

这样就把u8等类型映射到了STM32标准库的uint8_t类型上。

解决完这些，再编译，错误应该就只剩下引脚配置相关的了。接下来，咱们就要根据“天空星”开发板的实际情况，来配置屏幕的引脚了。这里我们分软件SPI和硬件SPI两条路来走。

3. 方案一：软件SPI移植（简单直接）

软件SPI，顾名思义，就是用普通的GPIO引脚，通过程序控制电平变化，来模拟SPI的时序。优点是引脚分配非常自由，几乎任何GPIO都可以用。缺点是速度慢，且会占用CPU时间去模拟时序。

厂家例程默认就是软件SPI，所以咱们移植起来改动最小。

3.1 引脚分配与初始化

假设我们计划把屏幕的所有控制引脚都连接到“天空星”的GPIOA上，具体分配如下：

• SCL (SCK)-> PA5
• SDA (MOSI)-> PA7
• RES-> PA3
• DC-> PA2
• CS-> PA4
• BLK-> PA1

首先，修改lcd_init.c中的LCD_GPIO_Init(void)函数。这个函数负责初始化所有用到的GPIO。

void LCD_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 使能GPIOA的时钟 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // 配置PA1, PA2, PA3, PA4, PA5, PA7为输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // 普通输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 推挽输出（驱动能力强） GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; // 输出速度，软件SPI可设高一些 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; // 内部上拉（稳定电平） GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化后，将所有引脚置为高电平（根据屏幕逻辑，通常是默认状态） GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3| GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7); }

3.2 修改引脚宏定义

接下来，修改lcd_init.h文件中的引脚操作宏定义。这些宏定义了如何拉高或拉低某个引脚，驱动底层会调用它们。

//-----------------LCD端口定义---------------- /* SCL = PA5 SDA = PA7 RES = PA3 DC = PA2 CS = PA4 BLK = PA1 */ #define LCD_SCLK_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5) // SCL拉低 #define LCD_SCLK_Set() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5) // SCL拉高 #define LCD_MOSI_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7) // SDA拉低 #define LCD_MOSI_Set() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7) // SDA拉高 #define LCD_RES_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3) // RES拉低 #define LCD_RES_Set() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3) // RES拉高 #define LCD_DC_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2) // DC拉低（命令） #define LCD_DC_Set() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2) // DC拉高（数据） #define LCD_CS_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4) // CS拉低（选中屏幕） #define LCD_CS_Set() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4) // CS拉高（取消选中） #define LCD_BLK_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1) // BLK拉低（背光灭） #define LCD_BLK_Set() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1) // BLK拉高（背光亮）

到这里，软件SPI的移植就完成了！因为厂家例程的SPI时序（在LCD_Writ_Bus等函数里）已经是软件模拟好的，我们只需要告诉它操作哪个引脚就行了。

4. 方案二：硬件SPI移植（高效稳定）

硬件SPI是利用STM32芯片内部专用的SPI外设来通信。硬件负责产生精确的时钟、管理数据移位，CPU只需要把数据扔给数据寄存器就行了。优点是速度快、不占用CPU、时序精准可靠。缺点是指定的引脚必须具有SPI复用功能。

“天空星”STM32F407有多个SPI外设。我们计划使用SPI1，并查看数据手册，确定其引脚。

• SPI1_SCK可以映射到PA5
• SPI1_MOSI可以映射到PA7

这正好和我们软件SPI选的引脚一致，非常方便。其他控制引脚（RES, DC, CS, BLK）仍然使用普通GPIO。

4.1 硬件SPI引脚与初始化

硬件SPI的初始化要复杂一些，需要配置两部分：SPI功能引脚和普通GPIO引脚。

修改lcd_init.c中的LCD_GPIO_Init(void)函数如下：

void LCD_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_SPI; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_GPIO; SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; // 1. 使能时钟 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 使能SPI1时钟 // 2. 配置PA5和PA7为SPI1的复用功能引脚 GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1); // PA5复用为SPI1_SCK GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPI1); // PA7复用为SPI1_MOSI // 初始化SPI功能引脚 (PA5, PA7) GPIO_InitStructure_SPI.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure_SPI.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // 复用功能模式 GPIO_InitStructure_SPI.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 推挽输出 GPIO_InitStructure_SPI.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; // 高速 GPIO_InitStructure_SPI.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; // 上拉 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure_SPI); // 3. 配置其他控制引脚为普通输出 (PA1, PA2, PA3, PA4) GPIO_InitStructure_GPIO.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure_GPIO.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // 普通输出模式 GPIO_InitStructure_GPIO.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 推挽输出 GPIO_InitStructure_GPIO.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; GPIO_InitStructure_GPIO.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure_GPIO); GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4); // 初始置高 // 4. 配置SPI1外设参数 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 全双工（虽然只发不收） SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主模式 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 8位数据格式 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; // 时钟极性：空闲时为高电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; // 时钟相位：第二个边沿采样 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件控制NSS（我们用GPIO控制CS） SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; // 波特率预分频，决定SPI速度 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 高位在前 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; // CRC值，这里用不到 SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); // 5. 使能SPI1 SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); }

注意：SPI_CPOL和SPI_CPHA（时钟极性和相位）必须和屏幕驱动芯片ST7789V3的要求一致。根据资料，这里设置为CPOL=High，CPHA=2Edge（即模式3）。如果设置错误，屏幕将无法通信。

4.2 修改数据发送函数

软件SPI的数据发送是靠GPIO_SetBits和GPIO_ResetBits模拟的。现在用了硬件SPI，我们需要重写数据发送函数，改用STM32的SPI库函数。

在lcd_init.c中找到void LCD_Writ_Bus(u8 dat)函数，将其修改为：

void LCD_Writ_Bus(u8 dat) { LCD_CS_Clr(); // 拉低CS，选中屏幕 // 等待发送缓冲区为空（表示可以写入新数据） while(RESET == SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE)); // 通过SPI1发送一个字节数据 SPI_I2S_SendData(SPI1, dat); // 等待接收缓冲区非空（硬件SPI在全双工下会同时接收数据，这里是为了等待发送完成） while(RESET == SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE)); SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); // 读取接收到的数据（丢弃，因为我们不需要） LCD_CS_Set(); // 拉高CS，取消选中屏幕 }

这个函数是屏幕驱动底层最核心的“写一个字节”函数。硬件SPI接管了时钟和数据的发送，代码变得非常简洁。

4.3 修改引脚宏定义（可选）

对于硬件SPI，SCLK和MOSI的Clr/Set宏实际上用不到了，因为硬件控制了它们。但为了保持代码兼容性（其他函数可能调用），可以保留它们，或者直接留空。这里我们选择保留，但内容可以不变（因为初始化时这些引脚已是SPI模式，软件拉高拉低无效，但宏调用不会报错）。

lcd_init.h中的引脚宏定义部分，可以和软件SPI版本完全一样，无需修改。

5. 移植验证：点亮屏幕并测试

无论你选择哪种SPI方式，移植完成后，都需要一个简单的程序来验证屏幕是否正常工作。

在你的main.c文件中，可以编写如下测试代码：

#include "board.h" #include "lcd.h" #include "lcd_init.h" int main(void) { // 开发板基础初始化（时钟、延时等） board_init(); // 初始化串口，用于打印调试信息（可选） bsp_uart_init(); // 1. 初始化LCD屏幕 LCD_Init(); // 2. 清屏为黑色 LCD_Fill(0, 0, LCD_W, LCD_H, BLACK); float counter = 0.0; while(1) { // 3. 显示屏幕宽度和高度信息 LCD_ShowString(0, 32, (uint8_t *)"LCD_W:", WHITE, BLACK, 16, 0); LCD_ShowIntNum(48, 32, LCD_W, 3, WHITE, BLACK, 16); LCD_ShowString(80, 32, (uint8_t *)"LCD_H:", WHITE, BLACK, 16, 0); LCD_ShowIntNum(128, 32, LCD_H, 3, WHITE, BLACK, 16); // 4. 显示一个递增的浮点数 LCD_ShowString(0, 48, (uint8_t *)"Num:", WHITE, BLACK, 16, 0); LCD_ShowFloatNum1(32, 48, counter, 4, WHITE, BLACK, 16); counter += 0.11; // 延时1秒 delay_ms(1000); } }

编译并下载程序到“天空星”开发板。如果一切顺利，你应该能看到：

1. 屏幕背光亮起。
2. 屏幕先全黑，然后显示“LCD_W:172 LCD_H:320”。
3. 下方有一个不断累加的小数。

如果屏幕没有显示，或者显示乱码，请按以下顺序排查：

1. 硬件连接：确保所有引脚（VCC, GND, SCL, SDA, RES, DC, CS, BLK）都正确连接，没有虚焊。
2. 电源：确保屏幕供电是稳定的3.3V。
3. 复位时序：检查RES引脚是否有正确的复位脉冲（拉低一段时间再拉高）。
4. SPI模式：如果是硬件SPI，反复确认SPI_CPOL和SPI_CPHA的设置是否与屏幕要求匹配（ST7789V3常用模式0或模式3）。
5. SPI速度：尝试降低SPI_BaudRatePrescaler（比如改成SPI_BaudRatePrescaler_8或_16），过高的速度可能导致通信失败。
6. 软件延时：在LCD_Init()函数内部，厂家代码可能包含一些delay_ms延时，确保你的工程里的延时函数是准确的。

6. 两种方案对比与选择

最后，咱们来总结一下软件SPI和硬件SPI该怎么选。

我的建议是：

• 如果你是初学者，或者只是用来显示一些静态文字、简单图形，软件SPI完全够用，而且引脚配置自由，更容易成功。
• 如果你需要显示图片、动画，或者项目中对刷新率有要求，那么一定要用硬件SPI。移植时多花一点时间，换来的是性能的巨大提升和系统的稳定。

希望这篇详细的移植笔记能帮你顺利点亮这块小巧的彩屏。在实际项目中，如果遇到刷新率不够的问题，第一个要优化的点就是把软件SPI切换到硬件SPI，效果立竿见影。