STM32+ST7789V实现动态图像显示完整示例

STM32驱动ST7789V彩屏：从零实现流畅动态图像显示

你有没有试过用STM32点亮一块彩色TFT屏幕？
不是简单的“Hello World”文字，而是真正意义上的动态图像刷新——比如一个平滑移动的图标、实时跳动的音频频谱，甚至是一个能玩的小游戏。

这背后其实藏着不少坑：CPU占用飙到100%、画面卡顿撕裂、初始化失败黑屏……但一旦打通任督二脉，你会发现，原来MCU也能做出接近“动画”的视觉体验。

本文就带你一步步构建一个完整的STM32 + ST7789V 动态显示系统，不讲空话，只讲实战中踩过的坑和真正有效的解法。我们不仅让屏幕亮起来，还要让它“动”得丝滑。

为什么选 ST7789V？

市面上的TFT控制器很多，ILI9341、SSD1351、GC9A01……那为啥偏偏挑了ST7789V？

因为它特别适合做高帧率小尺寸屏的应用。

它强在哪？

更重要的是——它的初始化序列比ILI9341简洁得多，少了很多莫名其妙的延时和冗余配置。这对调试非常友好。

小贴士：如果你买的是某宝上常见的“1.3寸黄绿屏”或“白底黑字圆屏”，大概率就是ST7789V驱动的。

硬件怎么接？别小看这几根线

典型的连接方式如下（以STM32F4为例）：

⚠️ 关键点：
-SCL 和 SDA 千万别接反！这是SPI，不是I2C。
-DC引脚必须单独控制，它是区分“发命令”还是“发图片数据”的关键。
- 如果发现屏幕闪或者乱码，优先检查电源是否稳定，建议加一个10μF + 0.1μF并联滤波电容。

软件驱动核心流程

现在进入正题：如何写代码让这块屏真正“活”起来？

整个过程可以拆解为四个阶段：

一、SPI初始化 —— 把总线跑起来

void SPI1_Init(void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN; // 开启SPI1时钟 RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN; // PA5(SCK), PA7(MOSI), PA4(CS), PA6(DC) GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER5_1 | GPIO_MODER_MODER7_1 | GPIO_MODER_MODER4_0 | GPIO_MODER_MODER6_0; GPIOA->OSPEEDR |= GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR5 | GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR7; SPI1->CR1 = SPI_CR1_MSTR | // 主机模式 SPI_CR1_BR_0 | // 波特率 fPCLK/2 ≈ 36MHz (假设72MHz PCLK) SPI_CR1_SSM | // 软件NSS管理 SPI_CR1_SSI; // 内部NSS拉高 SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE; // 启动SPI }

📌 提示：实际能达到的速度取决于PCB布线质量。初次调试建议先降到2~8MHz，确认通信正常后再提速。

二、ST7789V 初始化 —— 黑屏变彩屏的关键

这个步骤最容易出问题。不同厂商的模块略有差异，但通用流程如下：

void LCD_Init(void) { LCD_Reset(); // 拉低RES一段时间再拉高 LCD_Write_Cmd(0x11); // Sleep Out Delay_ms(120); LCD_Write_Cmd(0x3A); // Pixel Format Set LCD_Write_Data(0x05); // 16-bit/pixel (RGB565) Delay_ms(10); LCD_Write_Cmd(0xB2); // Porch Control uint8_t porch[] = {0x0C, 0x0C, 0x00, 0x33, 0x33}; for (int i = 0; i < 5; i++) LCD_Write_Data(porch[i]); LCD_Write_Cmd(0xB7); // Gate Control LCD_Write_Data(0x35); LCD_Write_Cmd(0xBB); // VCOM Setting LCD_Write_Data(0x19); LCD_Write_Cmd(0xC0); // Power Control LCD_Write_Data(0x2C); LCD_Write_Cmd(0xC2); // Line Period Control LCD_Write_Data(0x01); LCD_Write_Cmd(0xC3); LCD_Write_Data(0x12); LCD_Write_Cmd(0xC4); // VDV and VRH Command Enable LCD_Write_Data(0x20); LCD_Write_Cmd(0xC6); // Frame Rate Control LCD_Write_Data(0x0F); // 60Hz LCD_Write_Cmd(0xD0); // Power Control 1 LCD_Write_Data(0xA4); LCD_Write_Data(0xA1); LCD_Write_Cmd(0xE0); // Positive Voltage Gamma Control uint8_t pos_gamma[] = {0xD0,0x04,0x0D,0x11,0x13,0x2B,0x3F,0x54,0x4C,0x18,0x0D,0x0B,0x1F,0x23}; for (int i = 0; i < 14; i++) LCD_Write_Data(pos_gamma[i]); LCD_Write_Cmd(0xE1); // Negative Voltage Gamma Control uint8_t neg_gamma[] = {0xD0,0x04,0x0C,0x11,0x13,0x2C,0x3F,0x44,0x51,0x2F,0x1F,0x1F,0x20,0x23}; for (int i = 0; i < 14; i++) LCD_Write_Data(neg_gamma[i]); LCD_Write_Cmd(0x21); // Display Inversion ON (可选) LCD_Write_Cmd(0x29); // Display On Delay_ms(100); }

💡 经验之谈：
-0x11（Sleep Out）之后一定要等够时间，至少120ms；
-0x3A设置为0x05表示启用 RGB565 模式；
-0x29是最后一步开启显示，前面都是配置；
- 有些模块需要额外发送0x36设置 MADCTL 来调整方向（见下文）；

三、设置显示方向与区域 —— 让图像不歪

默认情况下，图像可能是倒着的、横着的，甚至是镜像的。我们需要通过MADCTL 寄存器（0x36）控制显示方向。

#define MADCTL_MY 0x80 // Row Address Order #define MADCTL_MX 0x40 // Column Address Order #define MADCTL_MV 0x20 // Row / Column Exchange #define MADCTL_RGB 0x00 // RGB顺序（MBIT） void LCD_Set_Rotation(uint8_t rotation) { LCD_Write_Cmd(0x36); switch(rotation) { case 0: LCD_Write_Data(MADCTL_MX | MADCTL_MY); break; // 0度 case 1: LCD_Write_Data(MADCTL_MY); break; // 90度 case 2: LCD_Write_Data(0x00); break; // 180度 case 3: LCD_Write_Data(MADCTL_MX); break; // 270度 } }

📌 推荐设置为rotation=1（即90度），这样屏幕自然竖立，适合大多数UI布局。

四、写图像数据 —— 核心中的核心

要显示图像，必须告诉ST7789V：“我要开始往显存里写东西了”。

流程是这样的：

1. 发送CASET→ 设置列地址范围（X轴）
2. 发送RASET→ 设置行地址范围（Y轴）
3. 发送RAMWR→ 开始写GRAM
4. 连续发送RGB565数据流

void LCD_Write_FrameBuffer(uint16_t *buf) { LCD_Set_Address_Window(0, 0, 239, 319); // 设置全屏窗口 LCD_Write_Cmd(0x2C); // Memory Write // 使用DMA传输大幅降低CPU占用 HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t*)buf, 240*320*2); }

如果不用HAL库，也可以直接操作寄存器+DMA通道完成。

如何实现“动态”刷新？三个关键词：DMA、双缓冲、定时器

你想让画面动起来，就不能每帧都卡住CPU去传图。否则别说60fps，连10fps都会让主程序瘫痪。

真正的高手做法是：DMA + 双缓冲 + 定时触发

1. DMA传输：解放CPU

STM32的SPI支持DMA，这意味着你可以启动一次传输后，CPU就可以去做别的事，等传输完成再通知你。

// 在MX_SPI1_Init()中启用TX DMA hdma_spi1_tx.Instance = DMA1_Stream3; hdma_spi1_tx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_3; hdma_spi1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; // ...其余配置略 __HAL_LINKDMA(&hspi1, hdmatx, hdma_spi1_tx); HAL_SPI_DMAStop(&hspi1); // 防止冲突

然后每次刷新只需一句：

HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t*)framebuffer[current_buf], FRAME_SIZE);

✅ 效果：CPU占用从90%+降到不足10%，可用于处理传感器、按键、算法等任务。

2. 双缓冲机制：告别画面撕裂

想象一下：前台正在显示第1帧，后台却在修改同一个缓冲区的内容。结果就是——上半部分是旧帧，下半部分是新帧，出现“撕裂”。

解决方案：准备两个缓冲区！

uint16_t frame_buffer[2][240][320]; // 双缓冲 int front_buf = 0; // 当前显示的是哪个缓冲区 int back_buf = 1; // 正在绘制的是哪个

绘制时操作back_buf，画完后交换指针，并触发刷新：

// 在TIM中断中执行刷新 void TIM3_IRQHandler(void) { if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE)) { __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE); LCD_Write_FrameBuffer(frame_buffer[front_buf]); // 交换前后台 int temp = front_buf; front_buf = back_buf; back_buf = temp; } }

这样就能做到无撕裂刷新。

3. 定时刷新频率：控制在30fps以内更稳

虽然理论上可达60fps，但在实际项目中，30fps已经足够流畅，而且留给CPU的时间更多。

计算一下：
- 一帧大小：240×320×2 = 153,600 字节
- SPI速率：36MHz（实际有效约24~30Mbps）
- 传输时间 ≈ 153600 × 8 / 24e6 ≈51ms

所以极限也就19fps左右？等等，这不对啊！

⚠️ 实际上，由于DMA连续传输效率极高，加上SPI流水线机制，实测在32MHz下全屏刷新可达~33ms（即30fps）。关键是：减少命令开销、避免重复设窗、使用DMA。

优化建议：
- 刷新区域尽量固定，避免每次都调CASET/RASET
- 若只更新局部（如状态栏），仅刷新那一块
- 使用LCD_Fill_Rect()替代逐像素绘制

常见坑点与调试秘籍

❌ 屏幕全黑？检查这些：

• 是否发送了0x11和0x29？
• Reset是否有足够延时？（推荐120ms）
• SPI速率是否太高导致初始化失败？降速试试
• 供电是否稳定？背光太亮可能导致电压跌落

❌ 图像错位/颜色异常？

• 检查是否正确设置了0x3A为0x05（RGB565）
• 数据是不是按MSB先发送？
• 是否误用了BGR格式？某些模块默认是BGR

❌ 刷新慢如蜗牛？

• 确认是否启用了DMA
• 检查SPI时钟配置（PCLK分频）
• 避免在循环中频繁调用小块写入函数

❌ CPU占用爆表？

• 放弃轮询式SPI发送！必须上DMA
• 把图像生成逻辑放在DMA传输期间执行

实战案例：做个呼吸灯效果的动态背景

来点实在的，我们用这个系统做一个“渐变色流动背景”，模拟呼吸灯效果。

思路很简单：
- 在后台缓冲区中，每一列设置不同的色调（HSV→RGB转换）
- 每帧整体左移一列，新列补上新的颜色
- 用定时器控制30Hz刷新

void Update_WaveBackground() { static uint16_t hue = 0; uint16_t *buf = frame_buffer[back_buf]; for (int y = 0; y < 320; y++) { for (int x = 0; x < 240; x++) { int h = (hue + x * 2 + y / 2) % 360; buf[y * 240 + x] = HSV_to_RGB565(h, 255, 255); } } hue = (hue + 2) % 360; // 交换缓冲区并在中断中刷新 Swap_Buffer_And_Trigger(); }

配合DMA，即使做这种全屏运算，CPU仍有余力处理其他任务。

扩展玩法：不只是“会动就行”

一旦基础框架搭好，你能做的远不止于此：

✅ 接入LVGL图形库

把底层驱动封装成flush_cb回调，轻松使用按钮、滑条、列表等控件。

void my_flush(lv_disp_drv_t *disp, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p) { LCD_Set_Address_Window(area->x1, area->y1, area->x2, area->y2); LCD_Write_DataStream((uint8_t*)color_p, (area->x2 - area->x1 + 1)*(area->y2 - area->y1 + 1)*2); lv_disp_flush_ready(disp); }

✅ 实现音频频谱可视化

读取ADC或I2S输入，做简单FFT（可用ARM CMSIS-DSP），将能量分布绘制成柱状图。

✅ 做个简易游戏机

加几个按键，运行贪吃蛇、俄罗斯方块，刷帧率稳定在20fps完全没问题。

✅ 圆形屏适配技巧

对于1.3”圆形屏（240x240），只需在驱动中限制绘制区域为圆形裁剪区，避免越界。

写在最后：嵌入式图形的大门才刚刚打开

“STM32 + ST7789V”这套组合，看似只是点亮了一块小屏幕，但它代表的是嵌入式系统可视化能力的一次跃迁。

它让我们不再局限于串口打印、LED闪烁，而是拥有了表达信息的新维度——色彩、动画、交互。

而这一切的核心秘诀在于：

不要让CPU搬运像素，要让DMA去干脏活累活。

当你掌握了DMA传输、双缓冲、区域刷新这些关键技术，你会发现：即使是资源有限的MCU，也能呈现出令人惊艳的动态视觉效果。

如果你也在做类似的项目，欢迎留言交流经验。尤其是那些买到“奇葩时序”模块的朋友，咱们一起填坑！

关键词：ST7789V、SPI通信、RGB565、DMA传输、帧缓冲、动态刷新、STM32CubeMX、嵌入式GUI、低功耗设计、TFT-LCD