ST7920 12864液晶自定义字符与GDRAM图片显示

简介面向使用ST7920驱动12864液晶屏的嵌入式开发者这份资料聚焦自定义字符、反白显示、字体位图、指定坐标输出字符串及菜单图片显示等常见需求适合已有单片机与SPI基础、希望快速跑通显示效果的读者参考。压缩包共14个文件约43KB包含C源文件、Keil工程文件uvproj、uvopt、编译产物hex、lst、m51、obj以及若干备份文件覆盖从工程配置到生成固件的完整链路便于直接打开对照或移植。已有1123人学习说明其在12864显示调试场景中具有一定参考价值。读者可从中获取ST7920初始化、字符模板写入CGRAM、字体查找表、逐字符定位显示和图片取模显示等实现线索并可结合菜单界面绘制思路排查显示错位、反白切换等问题减少从零搭建显示模块的时间。1. 一块带字库的 12864为什么还要折腾自定义字符前阵子帮人调一块 12864 液晶ST7920 控制器内置 GB2312 字库按理说最省事接上线、初始化、printf一行就能出中文。但需求一来就卡住了——界面上要放一个 32×32 的电池图标、一个温度计、一个向上翻页的箭头还要显示一张 64×64 的厂家 logo。字库里全没有。这就是这类屏的典型处境带字库只解决了「常用汉字和 ASCII」不解决「图标和非标符号」。这份资料针对的正是这一段——12864 配 ST7920在保留内置字库的前提下如何用 CGRAM 存自定义字符、用 GDRAM 显示图片以及两者和 DDRAM 文本怎么共存。适合已经能把屏点亮、但卡在取模数据对不上、图片只出半屏、中文变乱码的嵌入式开发者新手照着代码也能跑通前提是能看懂 C 和基本的并行/串行时序。2. 硬件接线与通信方式并口 8 位、4 位和串行到底选哪个ST7920 提供了三种物理接口选哪一种直接决定了后面驱动代码的写法和 IO 占用。很多教程一上来就贴并口代码但你手上如果是个引脚引出很少的最小系统板并口要吃掉 11 根 IO不现实。2.1 模块引脚逐个对PSB、RST、RS、RW、E 的作用与接法12864 模块ST7920 版本一般有 20 个引脚去掉背光和电源真正参与通信的就那么几根。先把这张表记住接线时按需求挑列看引脚方向作用并口 8 位串行 SPIRS输入指令 / 数据选择0指令1数据接 GPIO不用R/W输入读 / 写选择0写1读接 GPIO 或直接接地不用E输入使能下降沿锁存数据接 GPIO接 SCLKDB0~DB7双向数据总线接 8 个 GPIODB6 接 SID其余悬空PSB输入并口 / 串口选择高并口低串口接 VCC接 GNDRST输入复位低有效接 GPIO接 GPIOV0—对比度接 10k 电位器中点同左同左这里有两个容易忽略的点。第一PSB不是「上拉一下就行」它是硬选择接错电平屏会一声不响代码再对也没反应。第二串行模式下数据是从DB6进去、E当SCLK用DB7不参与——这也是为什么很多模块在串行接法里只引 3 根信号线。2.2 8 位并口写时序一个字节从 RS 拉高到 E 下降沿并口最快、最直白调试阶段我一般先用它确认屏是好的。写一个字节的完整动作是把 RS 摆到目标状态RW 拉低表示写数据挂到 DB0~DB7拉高 E保持一小段再拉低 E——ST7920 在 E 的下降沿把数据锁进去。/* 8 位并口写一个字节 * dat : 要写的指令码或数据 * is_cmd : 1 写指令RS00 写数据RS1 */ static void lcd_write_byte(uint8_t dat, uint8_t is_cmd) { LCD_RS is_cmd ? 0 : 1; /* 先定 RS再摆数据顺序别反 */ LCD_RW 0; /* RW 固定为写 */ LCD_DATA dat; /* 数据建立到 DB0~DB7 */ delay_us(1); /* 建立时间手册要 200ns 级给足余量 */ LCD_E 1; delay_us(1); /* E 高电平脉宽最小 450ns */ LCD_E 0; /* 下降沿锁存真正写进去的时刻 */ delay_us(80); /* 普通指令执行约 72us先按最慢的给 */ } void lcd_write_cmd(uint8_t cmd) { lcd_write_byte(cmd, 1); } void lcd_write_data(uint8_t dat) { lcd_write_byte(dat, 0); }参数上只有两个地方需要按你的主频调整两个delay_us(1)是时序保护慢一点的 MCU 可以省掉第一个末尾的delay_us(80)是给指令执行留的时间0x01清屏和0x02返回 home这两条要 1.6ms 以上不能复用 80us得单独加。提示LCD_DATA如果接在同一个 GPIO 端口的高 8 位或低 8 位可以直接用整端口赋值比按位拆装快一个数量级跨端口接就别省这个事了。并口的坑在于 4 位模式。ST7920 支持把 8 位数据拆成两次传先高 4 位再低 4 位省 4 根 IO但每条指令的时序要多走一轮而且和 8 位模式的初始化指令不同0x30与0x20。我一般不用 4 位省下的 4 根线换来的是一堆只有上逻辑分析仪才看得清的时序问题不划算。2.3 串行模式三个字节拼一个字节的移位时序板子 IO 紧张的时候只能走串行。ST7920 的串行不是标准 SPI——它没有独立的 MOSI/MISO而且一个字节要拆成 3 个字节发第一个是头字节后两个是数据的高 4 位和低 4 位每个都按 MSB 先行移位出去。/* 串行模式发一个字节内部实际发 3 个字节 * 头字节格式11111 RW RS 0RW 恒为 0 * 后两字节格式1111 4 位数据 */ static void lcd_send_serial(uint8_t dat, uint8_t is_cmd) { uint8_t i; uint8_t frame[3]; frame[0] 0xF8 | (is_cmd ? 0x00 : 0x02); /* bit1 是 RSbit2 是 RW */ frame[1] 0xF0 | (dat 4); /* 高 4 位 */ frame[2] 0xF0 | (dat 0x0F); /* 低 4 位 */ for (i 0; i 3; i) { uint8_t b frame[i]; uint8_t k; for (k 0; k 8; k) { LCD_SID (b 0x80) ? 1 : 0; /* MSB 先出 */ b 1; LCD_SCLK 1; delay_us(1); LCD_SCLK 0; /* 上升沿被采样 */ delay_us(1); } } delay_us(80); /* 串行模式下只能靠延时等指令执行完 */ }0xF8这个常量值得单独说一下它的二进制是1111 1000其中 bit2 是 RW恒 0bit1 是 RS。所以写数据时0xF8 | 0x02 0xFA写指令时就是0xF8。后两个字节用0xF0做掩码把 4 位数据塞进低半字节。串行最要命的地方在下一章会专门讲这条路上读不了忙标志所有等待只能靠延时硬扛delay_us(80)不是可选项是必需项。3. 驱动层骨架两级指令集、初始化和忙标志判定接线定了接下来是驱动层。ST7920 的指令集和常见的 1602、SSD1306 都不太一样它是两套指令共用一条数据线靠指令里的一个 bit 切换。不理解这一点初始化一定写错。3.1 RE 位与两级指令集同一根数据线上跑两套指令ST7920 的指令字节里 bit2 叫 RERE0 是基本指令集管 DDRAM、光标、清屏RE1 是扩充指令集管 GDRAM 绘图、待机、反白。同一个0x30和0x34差的就是这一位。指令码二进制含义所属指令集0x010000 0001清屏DDRAM 全填 0x20基本0x0C0000 1100显示开光标关基本0x060000 0110写入后地址 1光标右移基本0x80|addr1000 0000设 DDRAM 地址基本0x40|addr0100 0000设 CGRAM 地址基本0x300011 00008 位接口基本指令集RE0基本0x340011 01008 位接口扩充指令集RE1G0扩充0x360011 01108 位接口扩充指令集RE1G1 图形开扩充0x80|y1000 0000设 GDRAM 垂直地址0~31扩充0x80|x1000 0000设 GDRAM 水平地址0~15扩充注意最后两行同一个0x80|addr在基本指令集里是设 DDRAM 地址在扩充指令集里是设 GDRAM 地址靠当前 RE 状态区分。这就是为什么初始化顺序不能乱——你切到扩充指令集之后再发0x80就不是定位光标了而是定位绘图坐标。我第一次调这块屏时就栽在这上面后面第 5 章会细说。0x34和0x36的区别是 G 位0x34只是进了扩充指令集但图形显示还关着0x36才真正打开图形层。文本层和图形层是叠加显示的不是互斥所以你可以一边用 DDRAM 打中文、一边用 GDRAM 画底图。3.2 初始化流程从软件复位到打开图形模式初始化要按「上电等稳 → 基本指令集复位 → 显示开 → 清屏 → 切扩充 → 开图形 → 清 GDRAM」这条线走每一步之间都要留时间。void st7920_init(void) { delay_ms(50); /* 上电稳定手册要求 40ms 以上 */ lcd_write_cmd(0x30); /* 第一次复位确保落在 8 位基本指令集 */ delay_ms(1); lcd_write_cmd(0x30); /* 手册要求连发两次第二次才算稳 */ delay_ms(1); lcd_write_cmd(0x0C); /* 显示开光标关不反白 */ delay_ms(1); lcd_write_cmd(0x01); /* 清屏这条是长指令 */ delay_ms(3); /* 给 1.6ms 的两倍余量别省 */ lcd_write_cmd(0x06); /* 地址自增光标右移 */ delay_ms(1); lcd_write_cmd(0x34); /* 切扩充指令集RE1图形模式还没开 */ delay_ms(1); lcd_write_cmd(0x36); /* 图形显示开G1 */ delay_ms(1); lcd_clear_gdram(); /* 上电 GDRAM 内容随机必须手动清 */ }lcd_clear_gdram()别偷懒跳过。ST7920 的 GDRAM 掉电不保存上电初值是随机的很多「上电花屏」的锅不在初始化时序而在于没清这块内存。清的方式就是按坐标遍历写 0/* 清空 GDRAM上下半屏各 32 行每行 16 字节 */ void lcd_clear_gdram(void) { uint8_t y, x; for (y 0; y 32; y) { lcd_write_cmd(0x80 | y); /* 垂直地址上下半屏通用 0~31 */ lcd_write_cmd(0x80 | 0); /* 上半屏从水平地址 0 开始 */ for (x 0; x 16; x) lcd_write_data(0x00); } for (y 0; y 32; y) { lcd_write_cmd(0x80 | y); lcd_write_cmd(0x80 | 8); /* 下半屏从水平地址 8 开始 */ for (x 0; x 16; x) lcd_write_data(0x00); } }这段代码里的| 0和| 8是全文最关键的地址约定第 4 章会完整推导。3.3 忙标志判定与延时兜底串行模式下的策略ST7920 有个 BFBusy Flag位读状态时 bit7 为 1 表示内部还在执行上一条指令。并口模式下正常做法是/* 并口模式读忙标志返回 1 表示忙 */ static uint8_t lcd_is_busy(void) { uint8_t sta; LCD_DATA 0xFF; /* 数据口先置输入方向否则读不到真实电平 */ LCD_RS 0; LCD_RW 1; /* 切读 */ LCD_E 1; delay_us(1); sta LCD_DATA; /* 此时 DB7 就是 BF */ LCD_E 0; return (sta 0x80) ? 1 : 0; }但串行模式下这条路走不通原因很简单SID 是单向的ST7920 在串行模式根本不驱动数据线。你读回来的永远是引脚的上拉电平通常表现为恒 0xFFwhile (lcd_is_busy());直接变成死循环。所以我的习惯是串行模式从一开始就别写忙判定所有写操作后面跟固定延时普通指令 80us、清屏 2ms、整屏刷新时按数据量估算。稳是稳代价是刷一屏 1024 字节要多花几十毫秒——对静态界面完全够用要跑动画就得换并口。注意如果你的代码里同时保留了并口和串行的分支一定用宏把lcd_is_busy()也一起隔离掉别让它出现在串行编译路径里。4. 三块内存怎么用DDRAM 打字、CGRAM 存自定义字符、GDRAM 画图ST7920 内部有三块独立的存储区分工明确DDRAM 存「字符码」CGRAM 存「自定义字模」GDRAM 存「像素位」。混用会互相踩用对了就是三套能力叠加。4.1 DDRAM 地址换算全宽汉字和半宽字符的落点DDRAM 是 64×2 字节的字符显示区12864 屏只用到其中 32×2。四行的起始地址不是连续的这是第一个反直觉的点屏幕行起始地址一行能放第 1 行0x808 个全宽汉字 或 16 个半宽字符第 2 行0x90同上第 3 行0x88同上第 4 行0x98同上注意第 2 行是0x90而第 3 行是0x88——物理上的第 3 行走的是地址 0x88不是 0xA0。这是 ST7920 内部地址译码的结果写错就会出现「第二行文字跑到第三行位置」的现象。/* 在指定行、列显示字符串str 必须是 GB2312 编码 */ void lcd_show_string(uint8_t line, uint8_t col, const char *str) { static const uint8_t line_base[4] {0x80, 0x90, 0x88, 0x98}; if (line 3) return; lcd_write_cmd(line_base[line] col); /* col 的单位是 DDRAM 地址不是像素 */ while (*str) { lcd_write_data((uint8_t)(*str)); /* 汉字两字节逐字节喂进去即可 */ } }col这个参数的单位需要说清楚它加的是 DDRAM 地址偏移一个全宽汉字占 2 个地址一个半宽字符占 1 个。想在「温度」后面接一个数字col要按 2 递增按 1 加会插进汉字的下半格显示成半个乱码。4.2 CGRAM 写入 16×16 自定义字符并调用CGRAM 是 ST7920 给自定义字符留的后门总共 128 字节一个 16×16 字模正好 32 字节所以最多 4 个。地址从 0x40 起每 16 个「双字节地址」放一个字符槽位CGRAM 起始地址调用时写入的字符码00x400x0010x500x0120x600x0230x700x03写入时按行来每行 2 个字节左 8 点 右 8 点16 行共 32 字节/* 把一个 16x16 字模写进 CGRAM * slot : 0~3 * dots : 32 字节按行排列每行前 2 字节是该行左右各 8 点 */ void lcd_load_cgram(uint8_t slot, const uint8_t *dots) { uint8_t i; if (slot 3) return; lcd_write_cmd(0x40 | (slot 4)); /* 0x40 / 0x50 / 0x60 / 0x70 */ for (i 0; i 32; i) { lcd_write_data(dots[i]); /* 地址自动 1一轮写完 */ } lcd_write_cmd(0x80); /* 写完把地址拉回 DDRAM别留在 CGRAM 里 */ }调用的时候把字符码写进 DDRAM 就行lcd_write_cmd(0x98); /* 第四行开头 */ lcd_write_data(0x00); /* 显示 CGRAM 第 0 槽的图标 */ lcd_write_data(0x20); /* 后面接一个空格把位置推开 */这里有个行为细节值得实测确认写一次0x00后16×16 的字符会占据两个 DDRAM 单元的显示宽度地址计数器也会跳 2。所以后面要接着写字不要再多写一个0x00占位否则中间会空出一格。字模数据从哪来用取模软件导。参数设置我一般固定成阴码、逐行式、顺向高位在前、16×16。这四项任意一项反过来屏幕上的图标就会变成左右镜像、上下颠倒或者全黑 —— 第 5 章会展开。4.3 GDRAM 打点与取模数据整屏刷新GDRAM 是像素级的画布也是这块屏最容易把人劝退的部分。它的地址结构是「32 行 × 16 列每列 16 位」总容量 32×16×16 8192 位正好等于 128×64 的像素数。但它并不是你屏幕上看到的那 128×64—— 屏幕被拆成了上下两个半屏各自映射到同一段行地址上垂直地址 0~31 是行号但它只管半屏内的 32 行水平地址 0~7 对应上半屏的 128 点8~15 对应下半屏的 128 点所以刷一整屏图片循环要写两遍/* 把 128x64 单色位图刷进 GDRAM * buf: 按行排列每行 16 字节共 1024 字节1 表示亮点 */ void lcd_draw_bitmap(const uint8_t *buf) { uint8_t y, x; for (y 0; y 32; y) { /* 上半屏屏幕第 0~31 行 */ lcd_write_cmd(0x80 | y); /* 垂直地址 行号 */ lcd_write_cmd(0x80 | 0); /* 水平地址 0覆盖屏幕左 128 点 */ for (x 0; x 16; x) { lcd_write_data(buf[y * 16 x]); /* 连续写 16 字节地址自动递增 */ } } for (y 0; y 32; y) { /* 下半屏屏幕第 32~63 行 */ lcd_write_cmd(0x80 | y); /* 垂直地址又回到 0 */ lcd_write_cmd(0x80 | 8); /* 水平地址 8这就是半屏偏移 */ for (x 0; x 16; x) { lcd_write_data(buf[(y 32) * 16 x]); } } }两个参数必须对上0x80 | y里的y范围是 0~31写 32 以上会溢出到别的寄存器0x80 | 8里的 8 是下半屏的固定起点换成 0 就会把下半屏的内容画到上半屏上去覆盖掉原来的图。如果只是零星打几个点画个进度条边框、写个光标用 GDRAM 直接读改写会很别扭因为串行模式读不回来。我一般的做法是在 MCU 里维护一份 1024 字节的本地缓冲改完再整屏刷static uint8_t g_fb[1024]; /* 1024 128 * 64 / 8本地帧缓冲 */ void lcd_set_pixel(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t on) { uint16_t idx; if (x 127 || y 63) return; idx y * 16 (x 3); /* 每行 16 字节每字节 8 点 */ if (on) g_fb[idx] | (0x80 (x 7)); /* 高位在左和取模软件的「顺向」一致 */ else g_fb[idx] ~(0x80 (x 7)); } void lcd_flush(void) { lcd_draw_bitmap(g_fb); /* 攒够了一次性刷比逐点写快得多 */ }0x80 (x 7)这个位序就是取模软件里的「高位在前」如果取模时选了「低位在前」这里要改成0x01 (x 7)两处必须一致否则出来的图会像得了斑马病。5. 避坑记录GB2312 乱码、串行读忙、半屏错位这几个高频翻车点这一章是按「现象 → 原因 → 解决」整理的都是我或者身边人真实踩过的。如果你正在调这块屏建议对着现象直接跳。5.1 中文显示成方块、问号或者本文还有配套的精品资源点击获取