[模組] 實現小尺寸 TFT LCD 的控制 (以 ST7735 模組為例)

       一個系統是由多數個大大小小模組所構成，學習各類模組的開發有助於設計一個系統，其中 TFT LCD 模組是常見的人機溝通介面，接下來針對小尺寸模組(1.8吋)的硬體接線方式與程式調用進行說明。

模組硬體

       以 ST7735 晶片驅動的 TFT LCD 模組的控制介面是 SPI，再加上 DC 與 Reset 兩根控制接腳。模組與 Arduino UNO 相連的方式如下：

                CLK    -- pin 13 (SPI clock)

                MISO  -- pin 12 (因為 LCD 是輸出顯示，可以不接)

                MOSI  -- pin 11 (SPI MOSI)

                CS       -- pin 10 (SPI chip select)

                DC      -- pin 9   (Data/Command 這個接腳可換，與程式碼的調用有關)

                Reset   -- pin 8   (這個接腳可換，與程式碼的調用有關)

驅動程式封裝

        在 Arduino IDE 環境下，Adafruit 已經將 TFT LCD 控制的函數封裝起來了，並提供繪圖的 API 讓使用者調用。首先，我們要先下載 Adafruit TFT library，安裝成功後，可以在 \Arduino\libraries 路徑下找到 TFT 目錄夾，這底下就是 Adafruit 提供的函數庫。整個函數庫被封裝成圖一的架構，我們從最上層的 API 開始研究，先到 Arduino 網站上查詢https://www.arduino.cc/en/Reference/TFTLibrary 有哪些函數，發現 API 就是畫點、畫線、畫矩形、 畫圓、設定長與寬...等。

        Adafruit 將 Arduino 最上層的 API 實現在 GFX 這一層裡面，只要打開原始碼 Adafruit_GFX.cpp 可以查看所有繪圖功能的實現，無論是哪種尺寸的 LCD，GFX 這一層都能做到點線面的繪圖功能。承接 GFX 的底層就是 TFT LCD 的驅動程式，以 ST7735 面板為例，上面的控制晶片是 ST7735，所以 Adafruit 根據晶片資料寫了一套控制的驅動程式，組成一套完整的封裝架構。在這個架構下，把底層的驅動程式換掉，就能支援其他廠商的面板。

圖一：系統函數的封裝結構

著色

        background(R, G, B)：這函數是根據 R, G, B 的數值配比填入背景顏色。

        stroke(R, G, B)：根據 R, G, B 的數值配比設定點、線條或文字的顏色。

        fill(R, G, B)：根據 R, G, B 配比，在矩形或圓形內填入顏色。

繪圖

        text(text, x, y)：在座標 (x, y) 顯示一串文字，座標系統如下圖所示，(0, 0)在左上角。

        point(x, y)：在座標 (x, y) 畫上一個點。

        line(x1, y1, x2, x2)：從座標 (x1, y1) 到 (x2, y2) 畫一條直線。

        rect(x, y, w, h)：從座標 (x, y) 繪製一個寬 w 和高 h 的矩形。

        circle(x, y, r)：從座標 (x, y) 繪製一個半徑 r 的圓。

圖二：座標系統的定義

移植到樹莓派

       從 Arduino 環境下複製底下圖示的檔案到 Raspberry Pi 方案，在 Adafruit 程式結構下，我們移植時需要調整的部分有下列幾點：

        (1) Raspberry Pi 的 SPI 控制：原本的 Arduino SPI 驅動程式要換成樹莓派的 SPI 驅動，同時要先透過 raspi-config 工具開啟樹莓派的 SPI 介面。源代碼的驅動設定 SPI 速度，約 4 MHz。

        (2) Raspberry Pi 的 GPIO：TFT LCD 有兩根額外控制的 pin (DC 和 RST)，必須先透過 " gpio export pin out " 指令在樹莓派開啟 GPIO 配置。這兩根 GPIO 可以隨意選定，一旦訂好之後，程式調用時要正確地配對。

        (3) 在 #include 要將 Arduino 相關的標頭檔換成 <wiringPi.h> 和 <wiringPiSPI.h>

        (4) 在 Print.h 裡面，有些函數要調整，否則編譯時會出錯。Print 函數要實現內容，這樣顯示文字時才不會出錯。

圖三：TFT LCD 相關的源代碼

      將程式碼移植到樹莓派之後，我們調用上面著色的函數，開始畫直線、畫矩形、畫圓，再顯示文字，結果呈現如下圖，這代表我們已經移植成功了。

圖四：移植代碼到樹莓派