STM32单片机液晶显示技术：10个实战案例，打造单片机人机交互界面

# 1. STM32单片机液晶显示技术简介

液晶显示技术是一种广泛应用于电子设备中的显示技术，具有低功耗、高亮度、可视角度大等优点。STM32单片机作为一款高性能、低功耗的微控制器，与液晶显示器的结合，为嵌入式系统提供了强大的显示解决方案。

本章将介绍STM32单片机液晶显示技术的简介，包括液晶显示器的基本原理、驱动方式、STM32单片机与液晶显示器的接口技术等内容。为后续章节的深入讲解奠定基础。

# 2. 液晶显示器的基本原理与驱动方式

### 2.1 液晶显示器的基本结构和原理

液晶显示器（LCD）是一种利用液晶材料的电光效应来显示信息的显示器件。其基本结构主要由以下几部分组成：

- **背光源：**位于液晶显示屏的后面，提供均匀的照明。
- **偏光片：**位于背光源的两侧，其作用是将光线极化，使光线只能沿特定方向传播。
- **液晶层：**位于两层偏光片之间，由液晶分子组成。液晶分子具有双折射性，即光线通过液晶层时会发生折射并产生相位差。
- **彩色滤光片：**位于液晶层之上，由不同颜色的滤光片组成。每个像素点对应一个滤光片，当液晶分子旋转时，不同颜色的光线会被选择性地通过，从而显示不同的颜色。
- **透明电极：**位于液晶层的两侧，用于施加电场控制液晶分子的排列。

液晶分子的排列受施加的电场影响。当不施加电场时，液晶分子呈螺旋状排列，光线通过液晶层后会发生相位差，从而产生偏振光。当施加电场时，液晶分子会重新排列，光线通过液晶层后不会发生相位差，从而不会产生偏振光。

### 2.2 液晶显示器的驱动方式和接口类型

液晶显示器根据驱动方式的不同，可以分为以下几种类型：

- **被动式驱动：**通过矩阵电极对液晶分子施加电场，控制液晶分子的排列。被动式驱动方式响应速度较慢，对比度较低。
- **主动式驱动：**每个像素点都有一个单独的薄膜晶体管（TFT），用于控制液晶分子的排列。主动式驱动方式响应速度快，对比度高。
- **半主动式驱动：**介于被动式和主动式驱动方式之间，每个像素点有一组薄膜晶体管控制一行或一列的像素。半主动式驱动方式响应速度和对比度介于被动式和主动式之间。

液晶显示器的接口类型主要有以下几种：

- **并行接口：**使用多条数据线和控制线同时传输数据。并行接口传输速度快，但需要较多的引脚。
- **串行接口：**使用一条数据线和一条时钟线逐位传输数据。串行接口引脚数少，但传输速度较慢。
- **LVDS接口：**一种低压差分信号接口，使用差分信号传输数据。LVDS接口传输速度快，抗干扰能力强。

# 3.1 STM32单片机的GPIO接口和液晶显示器接口

STM32单片机的GPIO（通用输入/输出）接口是与外部设备通信的重要接口。液晶显示器通常通过GPIO接口与单片机连接。

**GPIO接口的结构和功能**

GPIO接口由一组可配置的引脚组成，每个引脚可以被配置为输入、输出或双向引脚。GPIO引脚可以连接到外部设备，如液晶显示器。

**GPIO接口与液晶显示器接口的连接**

液晶显示器通常使用以下引脚与GPIO接口连接：

* **数据引脚：**用于传输数据到液晶显示器。
* **控制引脚：**用于控制液晶显示器的操作，如使能、复位和读写操作。
* **背光引脚：**用于控制液晶显示器的背光亮度。

**GPIO接口的配置**

在使用GPIO接口连接液晶显示器之前，需要对GPIO引脚进行配置。配置包括以下步骤：

1. **设置引脚模式：**将引脚配置为输入、输出或双向模式。
2. **设置引脚速度：**设置引脚的输出速度，如低速、中速或高速。
3. **设置引脚拉电流：**设置引脚的拉电流，如上拉或下拉。

**代码示例**

以下代码示例展示了如何配置GPIO引脚以连接液晶显示器：

// 设置GPIOA的第5引脚为输出模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 设置GPIOA的第6引脚为输入模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

**逻辑分析**

* `GPIO_InitStruct`结构体用于配置GPIO引脚。
* `Pin`成员变量指定要配