ESP32S3 使用LVGL驱动LCD屏（ST7789主控）

news2025/2/25 12:40:08

ESP32S3 使用LVGL驱动LCD屏（ST7789主控）

目录

1 分析原理图
2 驱动、点亮LCD(ST7789)
  2.1 在工程中添加目录、文件
  2.2 添加esp_lvgl_port组件
  2.3 对工程进行必要的配置
  2.4 编写必要代码
3 烧录、验证

1 分析原理图

    要使用SOC驱动LCD屏，首先需要看的就是硬件原理图，主要要看的是用的什么驱动芯片、驱动接口类型、具体的引脚连接等。

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    通过这部分原理图，可以知道，主控用的是8MB Flash的ESP32S3-WROOM模组，LCD驱动芯片为ST7789，驱动接口为SPI接口。IO9控制的是LCD的亮度、IO10为ST7789的SPI片选、IO12为ST7789的SPI时钟、IO11和IO13则为ST7789的SPI数据输入输出，其他的还有一些复位信号、背光信号。

2 驱动、点亮LCD(ST7789)

    我们在博文

IDF项目添加LVGL组件 创建的工程的基础上，进一步实现LCD屏幕的驱动点亮。

2.1 在工程中添加目录、文件

    在工程中的main路径下创建一个文件夹lvgl_options，并在其中创建文件lvgl_options.h、lvgl_options.c。

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    修改main路径下的CMakeLists.txt文件，将lvgl_options路径下的文件添加进构建系统。

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2.2 添加esp_lvgl_port组件

    在ESP组件中心搜索esp_lvgl_port组件，并通过idf 命令将其添加进工程。 
idf.py clean
idf.py add-dependency "espressif/esp_lvgl_port^2.4.3"
idf.py set-target esp32s3

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2.3 对工程进行必要的配置

    根据模组的实际flash情况配置flash。

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    根据模组的实际ram情况配置ram。

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    根据LCD情况和实际内存资源情况，调整LVGL相关配置。

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2.4 编写必要代码

    首先需要初始化对应的SPI 总线，通过创建一个spi_bus_config_t类型的对象，调用接口 spi_bus_initialize() 可以完成 SPI 总线的初始化。 
spi_bus_config_t buscfg = {
        .sclk_io_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_SCLK,
        .mosi_io_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_MOSI,
        .miso_io_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_MISO,
        .quadwp_io_num = GPIO_NUM_NC,
        .quadhd_io_num = GPIO_NUM_NC,
        .max_transfer_sz = EXAMPLE_LCD_H_RES * EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_HEIGHT * sizeof(uint16_t),
    };

ESP_RETURN_ON_ERROR(spi_bus_initialize(EXAMPLE_LCD_SPI_NUM, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO), TAG, "SPI init failed");

    在完成了SPI 总线的初始化后，就可以开始初始化LCD设备了，LCD设备的初始化需要先创建一个esp_lcd_panel_io_spi_config_t类型的对象完成实际SPI的配置，再通过esp_lcd_new_panel_io_spi()接口完成lcd_io对象的创建，再通过lcd_io对象完成lcd_panel的创建。

const esp_lcd_panel_io_spi_config_t io_config = {
        .dc_gpio_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_DC,
        .cs_gpio_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_CS,
        .pclk_hz = EXAMPLE_LCD_CLOCK_SPEED_HZ,
        .lcd_cmd_bits = EXAMPLE_LCD_CMD_BITS,
        .lcd_param_bits = EXAMPLE_LCD_PARAM_BITS,
        .spi_mode = EXAMPLE_LCD_SPI_MODE,
        .trans_queue_depth = 10,
    };
ESP_GOTO_ON_ERROR(esp_lcd_new_panel_io_spi((esp_lcd_spi_bus_handle_t)EXAMPLE_LCD_SPI_NUM, &io_config, &lcd_io), err, TAG, "New panel IO failed");

const esp_lcd_panel_dev_config_t panel_config = {
        //.reset_gpio_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_RST,
        .reset_gpio_num = GPIO_NUM_NC,
        .color_space = EXAMPLE_LCD_COLOR_SPACE,
        .bits_per_pixel = EXAMPLE_LCD_BITS_PER_PIXEL,
};
ESP_GOTO_ON_ERROR(esp_lcd_new_panel_st7789(lcd_io, &panel_config, &lcd_panel), err, TAG, "New panel failed");

    在完成了SPI和LCD设备的初始化后，就可以初始化lvgl组件了。主要就是调用lvgl_port_init()和lvgl_port_add_disp()。

    完整的lvgl_options.h

#ifndef _MY_LVGL_OPTIONS_H_
#define _MY_LVGL_OPTIONS_H_

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void lvgl_options_test(void);

#ifdef __cplusplus
} /* extern "C" */
#endif

#endif

    完整的lvgl_options.c

#include "esp_err.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_check.h"

#include "driver/gpio.h"
#include "driver/spi_master.h"

#include "esp_lcd_panel_io.h"
#include "esp_lcd_panel_vendor.h"
#include "esp_lcd_panel_ops.h"

#include "esp_lvgl_port.h"

#include "lvgl_options.h"

// ST7789 参数
#define SPI_TFT_ST7789_CLOCK_SPEED_HZ      (60*1000*1000) 
#define SPI_TFT_ST7789_SPI_MODE            (2)

/* LCD size */
#define EXAMPLE_LCD_H_RES   (240)
#define EXAMPLE_LCD_V_RES   (320)

/* LCD settings */
#define EXAMPLE_LCD_SPI_NUM         (SPI3_HOST)
#define EXAMPLE_LCD_CMD_BITS        (8)
#define EXAMPLE_LCD_PARAM_BITS      (8)
#define EXAMPLE_LCD_COLOR_SPACE     (ESP_LCD_COLOR_SPACE_BGR)
#define EXAMPLE_LCD_BITS_PER_PIXEL  (16)
#define EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_DOUBLE (1)
#define EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_HEIGHT (320)
#define EXAMPLE_LCD_BL_ON_LEVEL      (1)

#define EXAMPLE_LCD_SPI_MODE        SPI_TFT_ST7789_SPI_MODE
#define EXAMPLE_LCD_CLOCK_SPEED_HZ  SPI_TFT_ST7789_CLOCK_SPEED_HZ
#define EXAMPLE_LCD_GPIO_SCLK       (GPIO_NUM_12)
#define EXAMPLE_LCD_GPIO_MOSI       (GPIO_NUM_11)
#define EXAMPLE_LCD_GPIO_MISO       (GPIO_NUM_13)
//#define EXAMPLE_LCD_GPIO_RST        (GPIO_NUM_48)
#define EXAMPLE_LCD_GPIO_DC         (GPIO_NUM_9)
#define EXAMPLE_LCD_GPIO_CS         (GPIO_NUM_10)
//#define EXAMPLE_LCD_GPIO_BL         (GPIO_NUM_45)

static const char *TAG = "lvgl_options";

// LVGL image declare
LV_IMG_DECLARE(esp_logo)

/* LCD IO and panel */
static esp_lcd_panel_io_handle_t lcd_io = NULL;
static esp_lcd_panel_handle_t lcd_panel = NULL;

/* LVGL display and touch */
static lv_display_t *lvgl_disp = NULL;

static esp_err_t spi_bus_init(void)
{
    esp_err_t ret = ESP_OK;

    spi_bus_config_t buscfg = {
        .sclk_io_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_SCLK,
        .mosi_io_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_MOSI,
        .miso_io_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_MISO,
        .quadwp_io_num = GPIO_NUM_NC,
        .quadhd_io_num = GPIO_NUM_NC,
        .max_transfer_sz = EXAMPLE_LCD_H_RES * EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_HEIGHT * sizeof(uint16_t),
    };

    // 初始化SPI 总线
    ESP_LOGD(TAG, "Initialize SPI bus");
    ESP_RETURN_ON_ERROR(spi_bus_initialize(EXAMPLE_LCD_SPI_NUM, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO), TAG, "SPI init failed");

    return ret;
}

static esp_err_t app_lcd_init(void)
{
    esp_err_t ret = ESP_OK;

    ESP_LOGD(TAG, "Install LCD driver");
    // 初始化 LCD SPI
    ESP_LOGD(TAG, "Install panel IO");
    const esp_lcd_panel_io_spi_config_t io_config = {
        .dc_gpio_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_DC,
        .cs_gpio_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_CS,
        .pclk_hz = EXAMPLE_LCD_CLOCK_SPEED_HZ,
        .lcd_cmd_bits = EXAMPLE_LCD_CMD_BITS,
        .lcd_param_bits = EXAMPLE_LCD_PARAM_BITS,
        .spi_mode = EXAMPLE_LCD_SPI_MODE,
        .trans_queue_depth = 10,
    };
    ESP_GOTO_ON_ERROR(esp_lcd_new_panel_io_spi((esp_lcd_spi_bus_handle_t)EXAMPLE_LCD_SPI_NUM, &io_config, &lcd_io), err, TAG, "New panel IO failed");

    const esp_lcd_panel_dev_config_t panel_config = {
        //.reset_gpio_num = EXAMPLE_LCD_GPIO_RST,
        .reset_gpio_num = GPIO_NUM_NC,
        .color_space = EXAMPLE_LCD_COLOR_SPACE,
        .bits_per_pixel = EXAMPLE_LCD_BITS_PER_PIXEL,
    };
    ESP_GOTO_ON_ERROR(esp_lcd_new_panel_st7789(lcd_io, &panel_config, &lcd_panel), err, TAG, "New panel failed");

    esp_lcd_panel_reset(lcd_panel);
    esp_lcd_panel_init(lcd_panel);
    //esp_lcd_panel_mirror(lcd_panel, true, true);
    esp_lcd_panel_disp_on_off(lcd_panel, true);

    /* LCD backlight on 
    ESP_ERROR_CHECK(gpio_set_level(EXAMPLE_LCD_GPIO_BL, EXAMPLE_LCD_BL_ON_LEVEL));
    */

    return ret;

err:
    if (lcd_panel) {
        esp_lcd_panel_del(lcd_panel);
    }
    if (lcd_io) {
        esp_lcd_panel_io_del(lcd_io);
    }
    spi_bus_free(EXAMPLE_LCD_SPI_NUM);
    return ret;
}

static esp_err_t app_lvgl_init(void)
{
    /* Initialize LVGL */
    const lvgl_port_cfg_t lvgl_cfg = {
        .task_priority = 4,         /* LVGL task priority */
        .task_stack = 6144,         /* LVGL task stack size */
        .task_affinity = -1,        /* LVGL task pinned to core (-1 is no affinity) */
        .task_max_sleep_ms = 500,   /* Maximum sleep in LVGL task */
        .timer_period_ms = 5        /* LVGL timer tick period in ms */
    };
    ESP_RETURN_ON_ERROR(lvgl_port_init(&lvgl_cfg), TAG, "LVGL port initialization failed");

    /* Add LCD screen */
    ESP_LOGD(TAG, "Add LCD screen");
    const lvgl_port_display_cfg_t disp_cfg = {
        .io_handle = lcd_io,
        .panel_handle = lcd_panel,
        .buffer_size = EXAMPLE_LCD_H_RES * EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_HEIGHT,
        .trans_size = EXAMPLE_LCD_H_RES * (EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_HEIGHT / 2),
        .double_buffer = EXAMPLE_LCD_DRAW_BUFF_DOUBLE,
        .hres = EXAMPLE_LCD_H_RES,
        .vres = EXAMPLE_LCD_V_RES,
        .monochrome = false,
#if LVGL_VERSION_MAJOR >= 9
        .color_format = LV_COLOR_FORMAT_RGB565,
#endif
        .rotation = {
            .swap_xy = false,
            .mirror_x = false,
            .mirror_y = true,
        },
        .flags = {
            //.buff_dma = true,
            .buff_spiram = true,
#if LVGL_VERSION_MAJOR >= 9
            //.swap_bytes = true,
#endif  
        }
    };
    lvgl_disp = lvgl_port_add_disp(&disp_cfg);
    

    return ESP_OK;
}

static void app_main_display(void)
{
    lv_obj_t *scr = lv_scr_act();

    /* Task lock */
    lvgl_port_lock(0);

    /* Label */
    lv_obj_t *label = lv_label_create(scr);
    lv_obj_set_width(label, EXAMPLE_LCD_H_RES);
    lv_obj_set_style_text_align(label, LV_TEXT_ALIGN_CENTER, 0);
#if LVGL_VERSION_MAJOR == 8
    lv_label_set_recolor(label, true);
    lv_label_set_text(label, "#FF0000 "LV_SYMBOL_BELL" Hello world Espressif and LVGL "LV_SYMBOL_BELL"#\n#FF9400 "LV_SYMBOL_WARNING" For simplier initialization, use BSP "LV_SYMBOL_WARNING" #");
#else
    lv_label_set_text(label, LV_SYMBOL_BELL" Hello world Espressif and LVGL "LV_SYMBOL_BELL"\n "LV_SYMBOL_WARNING" For simplier initialization, use BSP "LV_SYMBOL_WARNING);
#endif
    lv_obj_align(label, LV_ALIGN_CENTER, 0, 20);


    /* Task unlock */
    lvgl_port_unlock();
}

void lvgl_options_test(void)
{
    ESP_LOGD(TAG, "lvgl_options_test");

    /* SPI BUS  initialization*/
    ESP_ERROR_CHECK(spi_bus_init());

    /* LCD HW initialization */
    ESP_ERROR_CHECK(app_lcd_init());

    /* LVGL initialization */
    ESP_ERROR_CHECK(app_lvgl_init());

    /* Show LVGL objects */
    app_main_display();

    return;
}

3 烧录、验证

    经过上述的添加依赖组件、设定工程配置、编写必要代码后，就可以编译、烧录进设备进行验证了。测试结果显然是符合预期的。

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