STM32驱动LCD12864：手把手教程（从零实现）

从零构建STM32驱动LCD12864：实战详解与工程避坑指南

在嵌入式开发中，“看得见”比“跑得通”更重要。当你调试一个温湿度采集系统时，与其反复抓串口日志，不如让数据直接显示在屏幕上——这就是本地人机交互（HMI）的价值。

尽管如今TFT彩屏、触摸屏大行其道，但在许多工业控制、仪器仪表和低成本终端设备中，LCD12864这类点阵液晶模块依然坚挺。它不依赖操作系统，无需显存，自带中文字库，且仅需几个GPIO即可驱动。而主控方面，STM32系列MCU凭借其丰富的外设资源和强大的生态支持，成为驱动这类屏幕的理想选择。

本文将带你完整走一遍STM32驱动LCD12864的全过程—— 不是简单贴代码，而是深入剖析硬件接口、通信时序、软件架构设计，并结合实际项目经验，告诉你哪些地方容易踩坑、如何优化性能、怎样写出可复用的驱动库。

为什么选LCD12864？不只是因为便宜

市面上的显示屏五花八门：OLED、TFT、字符型LCD……那为什么还要用看似“过时”的LCD12864？

答案是：稳定、省资源、中文友好、开发快。

核心优势一句话总结：

在不增加额外成本和复杂度的前提下，实现可靠的本地中文显示。

我们来看几个关键参数：

特性参数说明
分辨率128×64 点阵，支持图形+文本混合显示
控制器ST7920（主流），兼容性强
接口模式支持8位并行 / 3线串行（SPI-like）
内置字库包含8192个国标汉字（16×16）和ASCII字符
工作电压宽压设计，3.3V~5V均可工作
功耗静态显示几乎不耗CPU，背光电流约100mA

特别值得一提的是它的内置中文字库。这意味着你不需要额外存储字体数据，也不用手动取模，直接发送汉字编码就能显示，极大简化了中文界面开发。

比如你想显示“温度：25°C”，只需调用一行函数：

LCD12864_DisplayString(0, 1, "温度：25°C");

无需Flash存放字库，无需GPU渲染，一切由ST7920内部完成。

LCD12864是怎么工作的？拆解ST7920控制器

要真正掌握这个屏幕，不能只当“API搬运工”。我们必须搞清楚它背后的运行机制。

屏幕内部结构简析

LCD12864的核心是ST7920控制器芯片，它集成了以下关键组件：

  • DDRAM（Display Data RAM）：存放当前要显示的字符地址
  • CGROM（Character Generator ROM）：固化了所有标准ASCII和汉字的点阵数据
  • CGRAM（Custom Character RAM）：允许用户自定义最多8个特殊字符
  • GDRAM（Graphic Display RAM）：用于绘制图形或自定义布局内容
  • 地址计数器AC：指向当前操作位置
  • 指令寄存器IR / 数据寄存器DR：通过RS引脚切换访问目标

你可以把它想象成一台微型“显示计算机”——你给它发命令或数据，它自己去更新屏幕。

并行 vs 串行：两种通信方式怎么选？

ST7920支持两种主要通信模式：

✅ 并行8位模式（推荐新手使用）
  • 使用DB0~DB7共8根数据线 + RS、E、R/W等控制线
  • 速度快，适合频繁刷新场景
  • 占用IO多（至少11个GPIO）
✅ 串行模式（节省IO）
  • 只需SCL（时钟）、SID（数据）、CS（片选）三根线
  • 本质是模拟SPI，每次传输一个字节分两次发送（高4位+低4位）
  • 更省资源，但速度慢约3倍

⚠️ 注意：串行模式下PSB引脚必须接地；并行模式则接VCC。

对于大多数基于STM32F1/F4的小型项目，如果你有足够GPIO，建议先用并行模式调试成功，后期再根据PCB空间裁剪为串行。

STM32如何精准控制LCD？硬件连接与时序匹配

接下来进入实操环节。我们将以最常见的STM32F103C8T6（蓝丸板）为例，讲解如何连接并驱动LCD12864。

硬件连接表（并行模式）

LCD引脚名称功能说明推荐连接至STM32
VSSGND地GND
VDDVCC电源3.3V 或 5V
Vo对比度调节可调电阻中间抽头（建议10kΩ）
RSA0寄存器选择PB0
R/WRW读/写控制GND（固定写入）
EE使能信号PB1
DB0~7D0~D7数据总线PA0 ~ PA7
CSCS片选GND 或 PCx（可选）
PSBPSB并/串选择VCC（并行模式）
BLA/BLKLEDA/K背光电源BLA接3.3V，BLK串联限流电阻接地

🔍 小技巧：R/W脚通常接地，因为我们只写不读。这样可以省去总线方向切换逻辑，避免冲突。

关键时序要求不能马虎

ST7920对时序有一定要求，尤其是E使能脉冲宽度和建立时间：

参数最小值建议设置
E高电平时间（t_EH）450ns≥ 2μs（留余量）
数据建立时间（t_DSW）140ns≥ 1μs
指令执行时间最长达1.6ms（如清屏）必须延时等待

这些时间看似很短，但在STM32上若未正确配置GPIO速度或使用粗略延时，很容易失败。

例如，在HAL_GPIO_WritePin()之后立即触发E脉冲，可能因IO翻转延迟导致数据未稳定就被锁存，结果就是乱码或无响应。

所以我们在代码中加入微秒级精确延时：

void delay_us(uint16_t us) { uint32_t start = DWT->CYCCNT; uint32_t cycles = us * (SystemCoreClock / 1000000); while ((DWT->CYCCNT - start) < cycles); }

💡 提示：启用DWT Cycle Counter前需打开调试时钟：

CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk; DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;

驱动代码详解：从底层时序到高级封装

现在我们来一步步构建完整的驱动框架。

第一步：初始化GPIO

// lcd12864.h #ifndef __LCD12864_H #define __LCD12864_H #include "stm32f1xx_hal.h" // 控制引脚定义 #define LCD_RS_PORT GPIOB #define LCD_RS_PIN GPIO_PIN_0 #define LCD_E_PORT GPIOB #define LCD_E_PIN GPIO_PIN_1 // 数据端口（PA0~PA7） #define LCD_DATA_PORT GPIOA #define LCD_DATA_MASK 0xFF // PA0~PA7 void LCD12864_Init(void); void LCD12864_WriteCmd(uint8_t cmd); void LCD12864_WriteData(uint8_t data); void LCD12864_DisplayChar(uint8_t x, uint8_t y, char ch); void LCD12864_DisplayString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str); void LCD12864_Clear(void); #endif

第二步：实现核心写操作

// lcd12864.c #include "lcd12864.h" #include "delay.h" static void LCD_EnablePulse(void) { HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_PORT, LCD_E_PIN, GPIO_PIN_SET); delay_us(2); // >450ns，确保锁存有效 HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_PORT, LCD_E_PIN, GPIO_PIN_RESET); } static void LCD_WriteByte(uint8_t byte, uint8_t is_data) { // 设置RS：0=命令，1=数据 HAL_GPIO_WritePin(LCD_RS_PORT, LCD_RS_PIN, is_data ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); // 快速设置PA0~PA7的数据（注意顺序） for (int i = 0; i < 8; i++) { if (byte & (1 << i)) { LCD_DATA_PORT->BSRR = GPIO_PIN_0 << i; } else { LCD_DATA_PORT->BRR = GPIO_PIN_0 << i; } } LCD_EnablePulse(); // 触发E上升沿 delay_us(100); // 给控制器反应时间 }

这里用了BSRR和BRR寄存器直接操作IO，比HAL_GPIO_WritePin更快更可控。

第三步：发送命令与数据

void LCD12864_WriteCmd(uint8_t cmd) { LCD_WriteByte(cmd, 0); // is_data = 0 } void LCD12864_WriteData(uint8_t data) { LCD_WriteByte(data, 1); // is_data = 1 }

第四步：初始化流程（重中之重！）

很多初学者初始化失败，就是因为忽略了ST7920的“唤醒序列”。

void LCD12864_Init(void) { GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; // 开启时钟 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 初始化控制引脚 gpio.Pin = LCD_RS_PIN | LCD_E_PIN; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(LCD_RS_PORT, &gpio); // 初始化数据引脚 PA0~PA7 gpio.Pin = LCD_DATA_MASK; HAL_GPIO_Init(LCD_DATA_PORT, &gpio); HAL_Delay(50); // 上电延时 >40ms // === 关键：ST7920初始化握手 === LCD12864_WriteCmd(0x30); delay_us(100); LCD12864_WriteCmd(0x30); delay_us(100); LCD12864_WriteCmd(0x30); // 连续三次0x30确保进入8位模式 LCD12864_WriteCmd(0x38); // 基本指令集：8位数据，两行显示，5x7点阵 LCD12864_WriteCmd(0x0C); // 开显示，关光标，关闪烁 LCD12864_WriteCmd(0x01); // 清屏 delay_ms(2); // 清屏指令执行时间较长 }

📌重点提醒：
连续三次发送0x30是为了兼容不同上电状态下的控制器。这是ST7920手册明确要求的“Reset Sequence”，跳过可能导致后续指令无效！

实现字符串显示：支持中文的关键在哪？

虽然我们调用的是LCD12864_DisplayString()，但LCD12864本身并不知道什么是“字符串”——它只认地址和数据。

真正的魔法在于GB2312编码自动映射到CGROM地址。

ST7920内部将汉字按区位码组织，当你传入两个连续字节（如“温”的GBK编码 0xCEC2），控制器会自动查表并定位到对应16×16点阵区域进行显示。

所以我们只需要按位置逐个写入字符即可：

void LCD12864_DisplayChar(uint8_t x, uint8_t y, char ch) { uint8_t addr; if (y == 0) addr = 0x80 + x; // 第一行起始地址0x80 else if (y == 1) addr = 0x90 + x; // 第二行0x90 else if (y == 2) addr = 0x88 + x; // 第三行0x88 else if (y == 3) addr = 0x98 + x; // 第四行0x98 LCD12864_WriteCmd(addr); // 设置DDRAM地址 LCD12864_WriteData(ch); // 写入数据（自动识别中英文） } void LCD12864_DisplayString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str) { while (*str) { LCD12864_DisplayChar(x++, y, *str++); if (x >= 16) break; // 每行最多显示16个ASCII字符（32列） } }

⚠️ 注意：一个汉字占两个字节，但在屏幕上占据两个ASCII字符宽度（即16像素宽）。因此每行最多显示8个汉字或16个字母。

常见问题与调试秘籍

别以为代码一烧就亮，以下是我在多个项目中踩过的坑：

❌ 问题1：屏幕全黑或全白

  • 原因：Vo引脚电压不对
  • 解决：调节可调电阻，使Vo约为VDD - 4.5V（典型值-0.5V~1V之间）

❌ 问题2：显示乱码或部分字符缺失

  • 原因：初始化顺序错误，未执行三次0x30
  • 解决：严格遵循上电时序，加入足够延时

❌ 问题3：只能显示英文，中文变方块

  • 检查：是否使用了正确的编码格式（推荐UTF-8转GBK工具预处理）
  • 验证：用十六进制查看字符串内容，确认双字节编码正确

❌ 问题4：屏幕偶尔闪屏或抖动

  • 排查：电源噪声过大，未加去耦电容
  • 改进：在VDD-GND间加0.1μF陶瓷电容，靠近LCD供电引脚

✅ 秘籍：用示波器看E信号

抓一下E引脚波形，确认脉冲宽度≥2μs，且边沿陡峭。如果发现毛刺或过窄，说明延时不准或负载过重。

工程实践中的扩展思路

一旦基础功能打通，就可以玩出更多花样。

🔄 方向1：移植到FreeRTOS任务中

void LCD_Task(void *pvParams) { while(1) { LCD12864_DisplayString(0, 1, get_temp_string()); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); } }

非阻塞运行，不影响其他模块。

📈 方向2：绘制实时曲线图

利用GDRAM区域，每隔一段时间更新一点，形成趋势图：

void LCD_DrawWaveform(uint8_t *data, uint8_t len);

⏰ 方向3：结合RTC显示时间

sprintf(buf, "%04d-%02d-%02d %02d:%02d", rtc.year, rtc.month, rtc.day, rtc.hour, rtc.min); LCD12864_DisplayString(0, 0, buf);

🔋 方向4：动态背光控制

检测无按键操作5分钟后关闭背光，降低功耗。

结语：小屏幕里的大智慧

LCD12864或许不是最炫酷的显示器，但它教会我们的东西远超一块屏幕本身：

  • 如何与外部器件精确同步时序；
  • 如何在资源受限环境下做高效设计；
  • 如何读懂数据手册并转化为可靠代码；
  • 如何构建模块化、可移植的驱动框架。

当你能在没有操作系统、没有庞大库支持的情况下，亲手点亮第一行“Hello World”甚至“你好世界”，那种成就感，只有嵌入式工程师才懂。

下次如果你要做一个数据记录仪、智能插座、环境监测节点……不妨试试加上这块小小的LCD12864。你会发现，让人“看见”的系统，才是真正完整的系统。

如果你正在尝试这个方案，欢迎在评论区留言交流遇到的问题，我会持续更新常见问题解答。

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