ST7735色彩显示原理与STM32代码实现全面讲解

深入剖析ST7735彩色显示驱动：从原理到STM32实战代码全解析

你有没有遇到过这样的情况？手里的1.8寸TFT屏接上STM32后，要么黑屏、要么花屏，调了好久才发现是初始化序列不对，或者颜色发白偏红……别急，这几乎是每个嵌入式开发者在第一次驱动ST7735时都会踩的坑。

今天我们就来彻底讲清楚这块“小黄屏”背后的秘密——它到底是怎么把一串串SPI数据变成绚丽色彩的？又该如何用STM32稳定高效地控制它？不只是贴代码，更要搞懂每一步背后的逻辑。

为什么是ST7735？一块经典TFT控制器的硬核价值

在众多小型彩色显示屏方案中，ST7735能成为“网红级”模组绝非偶然。它常见于1.8英寸、128×160分辨率的TFT模块，价格便宜、资料丰富、兼容性强，尤其适合资源有限的MCU平台如STM32F1系列。

更重要的是，它的通信接口足够简单——支持4线SPI模式下仅需6个GPIO即可工作（SCK、MOSI、CS、DC、RST、BLK），无需外部升压电路，内部集成电荷泵就能驱动栅极电压，极大降低了硬件设计门槛。

但别被“入门级”三个字骗了。想要真正发挥它的性能，比如实现流畅刷新、准确显色、低功耗控制，就必须深入理解其底层机制和初始化流程。否则，轻则画面闪烁，重则烧毁屏幕。

ST7735是怎么工作的？拆解它的三大核心层级

要让一块TFT屏正常显示，不是简单写几个命令就完事了。ST7735的工作可以分为三个层次：命令层 → 配置层 → 显存层。我们一步步来看。

第一层：命令解析 —— 和芯片“对话”的语法

ST7735通过一个简单的状态机来响应主机指令。每次传输前，你需要先告诉它是“接下来我要发命令”还是“我要发数据”。这个切换靠的就是DC引脚（Data/Command）：

• DC = 0：表示接下来发送的是命令字节，例如0x2A表示设置列地址；
• DC = 1：表示接下来是数据内容，可能是参数或图像像素流。

典型的命令流程如下：

ST7735_WriteCommand(0x2A); // 命令：设置列范围 ST7735_WriteData({0, 0, 0, 127}); // 数据：起始列=0，结束列=127

这些命令都有固定编号，来自数据手册中的指令集表。比如：

掌握这几个关键命令，你就掌握了控制权。

第二层：寄存器配置 —— 上电后的“必修课”

很多人点不亮屏幕，问题就出在这里：没有正确执行初始化序列。

ST7735上电后处于未知状态，必须按照特定时序写入一系列寄存器值，才能进入正常工作模式。这些配置包括：

• 供电电压基准（VOP）
• 像素格式（RGB565？还是8位？）
• 显示方向（横屏/竖屏/翻转）
• 是否启用显示反转、睡眠模式等

其中最关键的两个寄存器是：

✅ MADCTL（0x36）：控制显示方向与BGR顺序

该寄存器决定图像如何映射到物理屏幕上。常用配置如下：

⚠️ 注意：如果你发现文字上下颠倒，或者颜色偏蓝严重，大概率就是MADCTL没设对！

✅ COLMOD（0x3A）：设定色彩深度

必须设置为0x05才能启用16位RGB565模式。其他值对应8位或12位色，会导致颜色异常。

第三层：GRAM显存管理 —— 图像数据存放的地方

ST7735内部有一块图形RAM（GRAM），大小为132×162×2 ≈ 42KB，每个像素占两个字节（RGB565）。MCU不能直接访问这块内存，只能通过命令间接操作。

典型的数据写入流程是：

1. 使用0x2A和0x2B设置要写入的矩形区域（列地址 + 行地址）；
2. 发送0x2C命令，进入“写GRAM”模式；
3. 连续发送RGB565数据流；
4. 屏幕自动扫描GRAM并刷新像素。

举个例子：你想在坐标 (10,20) 处画一个红色像素（RGB565中红色为0xF800），流程如下：

SetAddressWindow(10, 20, 10, 20); // 设置窗口为单个像素 WriteCommand(0x2C); // 准备写GRAM WriteData({0xF8, 0x00}); // 写入两个字节

注意：部分模组存在偏移（offset），实际有效区域可能是 [2:130] 列、[1:160] 行，因此设置地址时需要加补偿。

STM32驱动实现：从硬件连接到代码落地

现在我们把目光转向主控端——STM32。以最常见的STM32F103C8T6（Blue Pill）为例，使用硬件SPI1接口进行通信。

硬件连接建议（SPI模式）

🔌 提醒：不要接5V！虽然有些模块标称支持5V逻辑输入，但ST7735核心电压为3.3V，长期使用可能损坏芯片。

初始化SPI与GPIO

我们使用HAL库配置SPI1为主机模式，CPOL=0, CPHA=0（SPI Mode 0），预分频设为4，在72MHz系统时钟下获得约10.5MHz速率，兼顾速度与稳定性。

SPI_HandleTypeDef hspi1; void ST7735_InitHardware(void) { __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE(); // CS, DC, RST 配置为推挽输出 GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; gpio.Pin = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio); // SPI1 配置 hspi1.Instance = SPI1; hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // ~10.5MHz hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; HAL_SPI_Init(&hspi1); }

封装基础通信函数

为了清晰分离命令与数据，我们需要两个核心函数：

void ST7735_WriteCommand(uint8_t cmd) { HAL_GPIO_WritePin(TFT_DC_PORT, TFT_DC_PIN, GPIO_PIN_RESET); // DC=0 HAL_GPIO_WritePin(TFT_CS_PORT, TFT_CS_PIN, GPIO_PIN_RESET); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY); HAL_GPIO_WritePin(TFT_CS_PORT, TFT_CS_PIN, GPIO_PIN_SET); } void ST7735_WriteData(uint8_t *data, size_t len) { HAL_GPIO_WritePin(TFT_DC_PORT, TFT_DC_PIN, GPIO_PIN_SET); // DC=1 HAL_GPIO_WritePin(TFT_CS_PORT, TFT_CS_PIN, GPIO_PIN_RESET); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, len, HAL_MAX_DELAY); HAL_GPIO_WritePin(TFT_CS_PORT, TFT_CS_PIN, GPIO_PIN_SET); }

这两个函数是整个驱动的基石，后续所有操作都建立在其之上。

关键初始化序列详解

以下是适用于大多数1.8寸ST7735S模组的标准初始化流程（含必要延时）：

void ST7735_Init(void) { HAL_Delay(50); // 硬件复位 HAL_GPIO_WritePin(TFT_RST_PORT, TFT_RST_PIN, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(15); HAL_GPIO_WritePin(TFT_RST_PORT, TFT_RST_PIN, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(150); ST7735_WriteCommand(0x11); // Sleep Out HAL_Delay(20); ST7735_WriteCommand(0x21); // Display Inversion ON HAL_Delay(10); ST7735_WriteCommand(0x36); // MADCTL: 控制显示方向 uint8_t madctl = 0xC0; // 180°旋转 + BGR顺序（常见模组） ST7735_WriteData(&madctl, 1); ST7735_WriteCommand(0x3A); // COLMOD: 设置像素格式 uint8_t color_mode = 0x05; // 16-bit/RGB565 ST7735_WriteData(&color_mode, 1); ST7735_WriteCommand(0x29); // Display ON }

📌重点说明：
-0x21启用显示反相，可改善视觉对比度；
-0xC0是很多淘宝“小黄屏”的标准配置，若你的屏是正面安装，请尝试改为0x00或0x60；
- 所有延时不可省略，尤其是复位后和Sleep Out之后。

实现“画点”函数：一切图形绘制的基础

有了初始化，下一步就是真正开始绘图。最基础的操作是DrawPixel：

void ST7735_SetAddressWindow(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t x1, uint8_t y1) { ST7735_WriteCommand(0x2A); // Column Address Set uint8_t col_addr[4] = {0x00, x0 + 2, 0x00, x1 + 2}; // 偏移补偿 ST7735_WriteData(col_addr, 4); ST7735_WriteCommand(0x2B); // Page Address Set uint8_t row_addr[4] = {0x00, y0 + 1, 0x00, y1 + 1}; ST7735_WriteData(row_addr, 4); } void ST7735_DrawPixel(int16_t x, int16_t y, uint16_t color) { if (x < 0 || x >= 128 || y < 0 || y >= 160) return; ST7735_SetAddressWindow(x, y, x, y); ST7735_WriteCommand(0x2C); // RAMWR - Start Writing to GRAM uint8_t color_data[2] = {(color >> 8), color & 0xFF}; ST7735_WriteData(color_data, 2); }

💡 小技巧：color >> 8取高字节放在前面，是因为SPI按MSB先行传输，而RGB565高位是R（红）。

虽然逐点绘制效率很低，但它是我们构建更高阶函数（如画线、填充矩形、显示字符）的起点。

常见问题排查指南：老司机的经验都在这儿了

别以为写了代码就能点亮。以下是新手最常遇到的问题及解决方案。

❌ 问题1：屏幕全白 / 花屏 / 乱码

可能原因：
- 初始化序列错误或缺少关键命令；
- SPI速率过高导致采样失败；
- DC线未正确切换，导致命令被当作数据处理。

✅解决方法：
- 使用逻辑分析仪抓取波形，确认0x11,0x29等命令是否成功下发；
- 调试阶段将SPI降频至2~4MHz验证功能；
- 检查DC引脚电平切换是否准确。

❌ 问题2：颜色明显偏红或发白

典型现象：本该是白色的画面看起来偏粉红，绿色显示不出来。

根源：RGB565字节顺序错乱，或MADCTL设置了BGR但程序仍按RGB处理。

✅解决方法：
- 查看模组规格书，确认是否使用BGR排列；
- 修改MADCTL值测试不同组合（0x00,0x40,0x80,0xC0）；
- 在PC端用Python生成测试图验证颜色准确性。

❌ 问题3：刷新慢得像幻灯片

瓶颈分析：
- 每次画点都重复设置地址窗口；
- 使用软件模拟SPI而非硬件外设；
- 未启用DMA批量传输。

✅优化策略：
- 绘制大区域前一次性设置窗口，然后连续写入数据；
- 使用硬件SPI并将速率提升至12~15MHz；
- 对于STM32F4及以上型号，可结合DMA实现零CPU干预传输；
- 若RAM不足（如F103仅20KB），避免建立完整帧缓冲，采用“边渲染边发送”。

工程最佳实践：让你的驱动更健壮、更易移植

要想写出工业级可用的驱动代码，光能运行还不够。以下是一些值得遵循的设计原则：

✅ 电源去耦不可少

在ST7735的VCC引脚附近并联10μF电解电容 + 0.1μF陶瓷电容，有效抑制启动瞬间的电流冲击和高频噪声。

✅ 信号走线尽量短

SPI属于高速信号，建议走线不超过10cm，并远离电机、继电器等干扰源。如果使用杜邦线，尽量选择屏蔽线或缩短长度。

✅ 模块化封装驱动文件

将ST7735驱动独立为st7735.c/st7735.h，对外只暴露初始化、清屏、画点等接口，便于跨项目复用。

✅ 添加背光PWM控制

利用定时器通道输出PWM控制BLK引脚，实现亮度调节。例如：

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, brightness); // 0~100

既能节能，又能延长OLED/TFT寿命。

✅ 加入看门狗防死锁

屏幕卡住可能导致系统无响应。加入独立看门狗（IWDG），定期喂狗，一旦界面冻结超过阈值自动重启。

结语：底层驱动是通往GUI世界的钥匙

当你亲手让第一行文字出现在那块小小的彩屏上时，你会明白：这不仅仅是一个“显示设备”，而是嵌入式系统与用户之间最重要的桥梁之一。

而ST7735 + STM32这套组合，正是通往复杂人机交互系统的绝佳起点。它教会我们的不仅是SPI通信、寄存器配置、内存管理，更是一种思维方式——如何在资源受限的环境下，精准掌控每一个硬件细节。

未来如果你想接入LVGL、TouchGFX等轻量级GUI框架，你会发现，这一切的根基，都始于你现在写的这个DrawPixel函数。

所以，不妨现在就打开你的开发板，试试点亮那块沉睡的小屏幕吧。
如果你在调试过程中遇到了奇怪的现象，欢迎在评论区留言交流，我们一起排坑。