STM32F103软件SPI驱动ST7735 TFT屏实践

简介：面向STM32初学者与嵌入式显示开发者的实操型驱动代码包，聚焦在STM32F103C8T6上以HAL库配合软件SPI方式点亮并驱动1.8寸ST7735 TFT彩屏，解决硬件SPI资源紧张或引脚受限时的屏幕驱动难题。包内共86个文件、约4.14MB，以Keil MDK工程文件（uvprojx、uvoptx）、C源文件与头文件为核心，配套启动汇编、分散加载sct、map映射、hex与axf固件以及ioc配置和调试记录等，覆盖从工程配置到编译烧录的完整链路。已有5735人学习下载，说明该方案在实际项目中具备较高的可复用性。资源中包含ST7735初始化序列、命令与像素数据发送、GPIO模拟时钟与数据线的软件SPI实现，以及说明文档，读者可据此理解SPI时序模拟要点、屏幕刷屏流程与工程目录组织方式，快速移植到自己的显示项目并排查花屏、无显示等常见问题。

1. 一块 1.8 寸屏接到 F103 上：为什么我最终选了软件 SPI

手里有块 STM32F103C8T6 最小系统板，六十来块买的一包 1.8 寸 ST7735 模块，排针还没焊。第一次点亮的时候我没用硬件 SPI，直接拿四个普通 GPIO 怼上去，很多人觉得这是绕远路，但对 stm32 tft 这类小屏来说，软件 SPI 反而是最省心的起步方式——引脚随便挪、不用抢 SPI1、出问题能一眼一眼数时序。这套「HAL 库 + 软件 SPI + ST7735」的驱动，解决的就是“屏能亮、字能显示、颜色对得上、刷新别太慢”这四个最朴素的需求，适合刚上手 HAL、又不想在 CubeMX 的复用功能里绕圈的人，也适合把屏当调试输出用的老手。

2. 硬件连接与工程骨架：先把一根线一根线落实

2.1 引脚分配与供电判断

拿到模块第一件事不是写代码，是看背面的丝印和排针。1.8 寸 ST7735 模块常见的引脚命名有VCC/GND/CS/RESET(A0)/DC/SDA/SCL/BLK，也有把SDA写成MOSI、SCL写成SCK的，本质一样，因为我们只用单向写。先量一下 VCC 到 GND 之间的电阻，再看板上有没有 AMS1117 或 74HC245 之类的芯片，有稳压就敢给 5V，没有就老老实实 3.3V——STM32 的 IO 是 3.3V 电平，屏的逻辑电平如果是 5V tolerant 倒无所谓，但如果是纯 3.3V 器件，5V 供电会当场烧给你看。

我这次的分配是这样的，全部在 GPIOA 上，方便后面用 BSRR 整组操作：

注意 RES 和 BLK 的初始电平别搞反：RES 上电默认拉高（不复位），BLK 默认拉低（背光关），等初始化走完再开背光，这样调试时能区分“屏没初始化”和“屏初始化了但背光没开”。

提示：GPIO 输出速度一定要设成GPIO_SPEED_FREQ_HIGH。默认的 Low 档在 72MHz 下上升沿能拖到几百纳秒，软件 SPI 一快就丢位。

2.2 CubeMX 里最小化配置

时钟树按最常规的走：外部 8MHz 晶振 → PLL 9 倍频 → SYSCLK 72MHz，APB2 也是 72MHz，因为我们全部用 GPIO，不分频也无所谓。调试口开 SWD，串口开一个 USART1（PA9/PA10）留着打日志，屏出问题时能第一时间知道程序跑到哪一步。GPIO 按上表逐个点成 Output，初始电平照表格填。

生成工程的时候有个选项要留意：Generate peripheral initialization as a pair of .c/.h files，勾上，后面把 LCD 驱动单独放一对文件里，不跟main.c搅在一起。生成出来先编译一次，确认没报错再往里加东西，这是我最便宜的一条后悔药——很多人一上来就贴驱动，最后分不清是配置错还是代码错。

2.3 软件 SPI 的时序底座

ST7735 的 SPI 是模式 0（CPOL=0，CPHA=0），也就是时钟空闲为低、上升沿采样。软件模拟就三步：拉低 SCL、摆好 SDA、拉高 SCL。这里有一个反直觉的点——数据要在 SCL 上升沿之前就稳定，所以顺序必须是「先摆数据，再抬时钟」，写反了在低速下能凑合，一快就全乱。

/* lcd_port.h：把引脚操作收敛成宏，换板子只改这一个文件 */ #define LCD_CS_L() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET) #define LCD_CS_H() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET) #define LCD_SCL_L() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET) #define LCD_SCL_H() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET) #define LCD_SDA_L() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET) #define LCD_SDA_H() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET) #define LCD_DC_CMD() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET) #define LCD_DC_DAT() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET) /* 写一个字节，高位先行，MSB first */ void LCD_WriteByte(uint8_t dat) { for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { LCD_SCL_L(); if (dat & 0x80) LCD_SDA_H(); else LCD_SDA_L(); dat <<= 1; LCD_SCL_H(); /* 上升沿，ST7735 在此刻采样 */ } LCD_SCL_L(); /* 收尾拉低，保证空闲电平为低 */ } /* 命令：DC=0，CS 拉低包住整个字节 */ void LCD_WriteCmd(uint8_t cmd) { LCD_DC_CMD(); LCD_CS_L(); LCD_WriteByte(cmd); LCD_CS_H(); } /* 数据：DC=1。批量写时把 CS 一直拉低，别每字节都翻转 */ void LCD_WriteData8(uint8_t dat) { LCD_DC_DAT(); LCD_CS_L(); LCD_WriteByte(dat); LCD_CS_H(); }

这段代码里最值钱的是LCD_WriteByte的循环顺序和LCD_CS_H()的位置。CS 在单字节函数里翻转一次没问题，但LCD_WriteData8每调一次就抬高一次 CS，ST7735 会把每次 CS 上升沿当成一次传输结束，连续写像素时这样干，速度直接砍半，后面第 4 章会专门改成批量接口。LCD_DC_CMD/DAT放在 CS 拉低之前设置，是为了避免 DC 跳变被误采样成命令——有些批次的 ST7735 对 DC 建立时间敏感，先设 DC 再拉 CS 是最稳的写法。

3. ST7735 初始化序列拆解：寄存器表不是抄完就完事

3.1 初始化流程的分段理解

ST7735 的初始化动辄四五十条命令，照着抄很容易抄出黑屏。我的习惯是把它切成四段看：复位与唤醒（SWRESET、SLPOUT）、电源与帧率（FRMCTR1~3、PWCTR1~5、VMCTR1）、显示方向与像素格式（MADCTL、COLMOD）、伽马与开显示（GMCTRP1/N1、NORON、DISPON）。前两段错了屏不亮，第三段错了颜色或方向不对，第四段错了画面发灰发白。分段之后，任何一段出问题都能单独回退验证，而不是对着一整坨代码怀疑人生。

下面这张表是我实际用的序列，1.8 寸 128×160 屏通用，不同批次模块可能在小处有差异，但大框架一致：

写成一个带参数的命令表结构体，循环下发，比一条条函数调用好维护：

typedef struct { uint8_t cmd; uint8_t len; uint8_t data[16]; uint16_t delay_ms; } LCD_InitCmd_t; static const LCD_InitCmd_t st7735_init_seq[] = { {0x01, 0, {0}, 150}, {0x11, 0, {0}, 500}, {0xB1, 3, {0x01, 0x2C, 0x2D}, 0}, {0xB4, 1, {0x07}, 0}, {0xC0, 3, {0xA2, 0x02, 0x84}, 0}, {0xC1, 1, {0xC5}, 0}, {0xC5, 1, {0x0E}, 0}, {0x20, 0, {0}, 0}, {0x36, 1, {0xC8}, 0}, {0x3A, 1, {0x05}, 0}, {0x2A, 4, {0x00, 0x00, 0x00, 0x7F}, 0}, {0x2B, 4, {0x00, 0x00, 0x00, 0x9F}, 0}, {0xE0, 16, {0x02,0x1C,0x07,0x12,0x37,0x32,0x29,0x2D, 0x29,0x25,0x2B,0x39,0x00,0x01,0x03,0x10}, 0}, {0xE1, 16, {0x03,0x1D,0x07,0x06,0x2E,0x2C,0x29,0x2D, 0x2E,0x2E,0x37,0x3F,0x00,0x00,0x02,0x10}, 0}, {0x13, 0, {0}, 10}, {0x29, 0, {0}, 100}, }; void LCD_Init(void) { LCD_RST_L(); HAL_Delay(20); LCD_RST_H(); HAL_Delay(120); for (uint32_t i = 0; i < sizeof(st7735_init_seq)/sizeof(st7735_init_seq[0]); i++) { const LCD_InitCmd_t *p = &st7735_init_seq[i]; LCD_WriteCmd(p->cmd); for (uint8_t j = 0; j < p->len; j++) { LCD_WriteData8(p->data[j]); } if (p->delay_ms) HAL_Delay(p->delay_ms); } LCD_BLK_H(); /* 初始化全部走完再开背光 */ }

结构体里delay_ms单独列出来，是因为 SWRESET 和 SLPOUT 这两条命令后面跟的延时是硬性要求，少了就是黑屏。硬件复位（RST 拉低再拉高）和软复位（0x01）我两个都做，硬件复位保底，软复位清状态，多花 150ms 换一个确定性，划算。

3.2 窗口与坐标：CASET/RASET 与偏移量

ST7735 的显存是 132×162，而市面上 1.8 寸模块的可视区是 128×160，中间差的那几行几列就是“偏移量”的来源。不同的玻璃封装（俗称红框、绿框、黑框）偏移不一样，常见组合有(0,0)、(2,1)、(0,32)三种。判断方法很土但有效：全屏填红，如果右边或下边漏出一条杂色，说明结束地址少了；如果左边或上边缺一条，说明起始地址没加偏移。

窗口设置函数如下，所有绘图最终都要先落到这个函数上：

/* x0,y0 左上；x1,y1 右下，闭区间 */ void LCD_SetWindow(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1) { /* 列地址：起始和结束各 16 位，高字节在前 */ LCD_WriteCmd(0x2A); LCD_WriteData8(x0 >> 8); LCD_WriteData8(x0 & 0xFF); LCD_WriteData8(x1 >> 8); LCD_WriteData8(x1 & 0xFF); /* 行地址 */ LCD_WriteCmd(0x2B); LCD_WriteData8(y0 >> 8); LCD_WriteData8(y0 & 0xFF); LCD_WriteData8(y1 >> 8); LCD_WriteData8(y1 & 0xFF); /* 写显存，后续数据从这个窗口左上角开始自增 */ LCD_WriteCmd(0x2C); }

0x2C之后的像素数据会按 MADCTL 设定的方向自动走位，列满换行，所以只要窗口设对了，后面连续写(x1-x0+1)*(y1-y0+1)个 16 位颜色值就行，不需要再管坐标。这里有个细节：CASET/RASET 的四个参数顺序是 XS_H, XS_L, XE_H, XE_L，不是起点终点交错，抄错了表现是画面被裁掉一半，很容易误判成屏坏了。

3.3 填屏与字符：从单色块到 8×16 字库

有了窗口函数，填色就三行：

void LCD_Fill(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t color) { uint32_t n = (uint32_t)(x1 - x0 + 1) * (y1 - y0 + 1); LCD_SetWindow(x0, y0, x1, y1); LCD_DC_DAT(); LCD_CS_L(); /* 整块数据只拉低一次 CS */ while (n--) { LCD_WriteByte(color >> 8); /* RGB565 高字节先发 */ LCD_WriteByte(color & 0xFF); } LCD_CS_H(); }

RGB565 的字节序是很多人的第一道坎：颜色值0xF800是红色，发的时候先发0xF8再发0x00，发反了红变蓝、蓝变红，看着像“颜色反了”，其实是字节序反了，跟 MADCTL 的 RGB/BGR 位是两码事。区分方法很简单：纯红0xF800显示成蓝色，是字节序问题；纯红显示成青色，才是 BGR 位设错。

字符显示我一般用 8×16 的 ASCII 点阵，取模软件设置为「阴码、逐列式、逆向（低位在前）」，一个字符 16 字节。绘制函数按列取位、按位画点：

/* 8x16 字库，每个字符 16 字节，列行式 */ extern const uint8_t ascii_8x16[95][16]; void LCD_ShowChar(uint16_t x, uint16_t y, char ch, uint16_t fc, uint16_t bc, uint8_t size) { if (ch < ' ' || ch > '~') return; const uint8_t *p = ascii_8x16[ch - ' ']; LCD_SetWindow(x, y, x + 7, y + 15); LCD_DC_DAT(); LCD_CS_L(); for (uint8_t row = 0; row < 16; row++) { uint8_t bits = p[row]; /* 一行 8 个像素 */ for (uint8_t col = 0; col < 8; col++) { uint16_t c = (bits & 0x01) ? fc : bc; LCD_WriteByte(c >> 8); LCD_WriteByte(c & 0xFF); bits >>= 1; } } LCD_CS_H(); }

取模方向必须和代码里的移位方向对上：代码里bits & 0x01然后右移，就是“低位在左”，取模软件里要选逆向。对不上的表现是字符左右镜像或者整个字糊成一团，这类问题不用怀疑硬件，百分之百是取模设置。

4. 刷屏性能优化：软件 SPI 的瓶颈到底在哪

4.1 时间的去向与可接受上限

先算一笔账。72MHz 下，一次HAL_GPIO_WritePin大致是函数调用 + 位带/寄存器写，十几个到二十几个周期；LCD_WriteByte每个 bit 至少两次电平操作加一次判断和移位，8 个 bit 下来保守估计 300~500 个周期，折合 4~7μs 一个字节。128×160 全屏 40960 字节，纯数据时间就奔着 200ms 去了，再加上窗口命令和函数调用开销，全屏刷新 250~300ms 是常态，肉眼可见地“刷一下”。

这个速度能不能用？当调试输出、显示几个传感器数值，完全够；想跑简单动画或者滚动菜单，就得动手。优化的方向只有三个：减少每字节的指令数、减少 CS/DC 翻转、减少函数调用层级。前两个是软件 SPI 的本职，第三个是 C 语言层面的事。

第一步是把HAL_GPIO_WritePin换成直接写 BSRR/BRR。F103 的 GPIO 有置位复位寄存器，一次写操作就能改引脚，不用读-改-写：

/* 直接操作寄存器版本，PA5=SCL，PA7=SDA */ static inline void SCL_H(void) { GPIOA->BSRR = GPIO_PIN_5; } static inline void SCL_L(void) { GPIOA->BRR = GPIO_PIN_5; } static inline void SDA_H(void) { GPIOA->BSRR = GPIO_PIN_7; } static inline void SDA_L(void) { GPIOA->BRR = GPIO_PIN_7; } void LCD_WriteByteFast(uint8_t dat) { /* 循环展开 8 次，去掉 for 的分支判断 */ SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); dat <<= 1; SCL_L(); if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); SCL_H(); SCL_L(); }

展开之后编译器能把if优化成条件传送或者位操作，实测能比 HAL 版本快 3 倍左右，全屏刷新压到 80~100ms。再往上就得考虑把 SCL 和 SDA 放到同一个端口的不同位、用一次 BSRR 同时改两个脚，但这会牺牲引脚自由度，不划算。

注意：优化完一定要回头重新跑一遍初始化。时序变快之后，如果模块的排线比较长或者没有加滤波电容，容易出现“初始化能过、刷屏花屏”的情况，这时候在 SCL_H 之后插一个__NOP()就能压住。

4.2 区域填充与画线

有了快速写字节，LCD_Fill只需要换掉内部调用。真正影响体验的是局部刷新：屏幕上大部分内容不变时，只重绘变化的矩形区域。比如一个数值从 100 变成 101，只需要重绘那三个字符的位置，而不是整屏重刷。我一般会在应用层维护一个dirty矩形，把所有写操作并进去，主循环末尾统一提交一次。

画线用 Bresenham，不用浮点：

void LCD_DrawLine(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t color) { int16_t dx = (x1 > x0) ? (x1 - x0) : (x0 - x1); int16_t dy = (y1 > y0) ? (y1 - y0) : (y0 - y1); int16_t sx = (x0 < x1) ? 1 : -1; int16_t sy = (y0 < y1) ? 1 : -1; int16_t err = dx - dy; while (1) { LCD_DrawPoint(x0, y0, color); /* 单点：设 1x1 窗口写一个像素 */ if (x0 == x1 && y0 == y1) break; int16_t e2 = err << 1; if (e2 > -dy) { err -= dy; x0 += sx; } if (e2 < dx) { err += dx; y0 += sy; } } }

单点函数每次都要下发 CASET/RASET，画一条 100 像素的线就是 100 次窗口命令，慢得离谱。所以我给LCD_DrawPoint加了一个“相同 y 连续画”的快速路径，或者干脆在画线时按行合并：同一行上的连续像素攒成一个矩形一次填。这个改动看着不起眼，画界面边框时能差出五六倍的体感。

4.3 显存策略与取舍

F103C8T6 只有 20KB RAM，128×160×2 = 40KB 的全屏显存想都别想。剩下的路只有两条：一是“直接写屏”，所有绘制直接落到 ST7735 的 GRAM，优点是零 RAM 开销，缺点是没法做透明度、没法读回、局部刷新要自己算脏矩形；二是“分块缓冲”，比如开 128×16 的一行缓冲（4KB），整行渲染完一次性推给屏，适合做文本终端类的界面。

我这边选的是直接写屏 + 脏矩形，理由是这套代码的使用场景就是参数显示和简单波形，不需要图层合成。如果哪天要上 UI 框架，就得换带 FSMC 的型号或者加外部 SRAM，那是另一个话题了。

5. 常见问题排查：黑屏、花屏、颜色反了、刷屏撕裂

5.1 五条血泪记录

现象一：上电全黑，背光亮着但什么都没有。原因通常出在初始化没走完或者复位时序不对。先量 RES 引脚，上电后应该是低 20ms 再拉高；如果一直是高，说明复位代码没执行到。再查 SLPOUT（0x11）后面的 500ms 延时是不是被删了，很多人为了加快启动把延时改小，结果屏一直躺在睡眠模式里。最后用逻辑分析仪抓 CS 和 DC，看第一条命令 0x01 有没有真的发出去——如果 CS 一直是高，那就是LCD_CS_L()的宏定义写错了端口。

现象二：能显示，但画面整体偏移，右边或下边有一条杂色。这是偏移量没匹配上玻璃。红框屏通常(0,0)，绿框常见(2,1)，还有些 128×128 的屏要(0,32)。解决方式是在LCD_SetWindow里加两个全局偏移变量，初始化时按模块型号赋值，绘图时统一加上。别硬编码在函数里，换一批模块又要改一遍。

现象三：红色显示成蓝色，蓝色显示成红色。前面提过，先分清楚是字节序还是 BGR。把0xF800发成0x00, 0xF8就是字节序反了，改发送顺序即可；如果字节序对但红蓝还是互换，去改 MADCTL 的 bit3（RGB/BGR），0xC8改成0xC0试试。这两个问题的表现很像，但改的地方完全不同，用一个纯色测试图就能一次定位。

现象四：刷屏时上半屏正常，下半屏撕裂或者错位。典型原因是写数据过程中 CS 被意外拉高，ST7735 把一次连续写拆成了两次，显存指针复位到窗口起点，后面的数据就叠到前面去了。检查批量写函数里有没有在循环内调用了带 CS 翻转的单字节接口。另一个可能是窗口高度算错，比如y1传了 160（越界），实际有效行只有 0~159，多出来的一个像素会把整块数据顶偏。

现象五：换了块板子，同样代码不亮，或者时亮时不亮。先怀疑线。杜邦线超过 15cm、没有共地、SCL 和 SDA 挨得太近，都会让软件 SPI 在高速下丢位。我遇到过最玄学的一次是屏的排针虚焊，按压模块边缘就正常，松开就黑屏，折腾了一下午才用万用表蜂鸣档找出来。软件 SPI 没有硬件外设的采样窗口，对信号质量更敏感，能短则短、能焊则焊。

6. 进阶：把驱动抽成模块，再用一张测试图验收

写到能显示之后，我做的第一件事不是加功能，而是把lcd.c/lcd.h从main.c里彻底剥出来，只暴露六个接口：LCD_Init、LCD_Fill、LCD_DrawPoint、LCD_DrawLine、LCD_ShowChar、LCD_ShowString。所有引脚宏集中在lcd_port.h，换 MCU 只改这一个文件；所有偏移量和方向常量集中在lcd_config.h，换屏只改这一个文件。这个拆分看着是体力活，但它决定了这套代码能不能被你下一次的项目直接抄走。

验收环节我用一张固定的自检图，比“看起来正常”可靠得多：

void LCD_SelfTest(void) { LCD_Fill(0, 0, 127, 159, BLACK); /* 1. 四角打点：验证偏移和方向，四个点必须贴着物理边角 */ LCD_Fill(0, 0, 3, 3, RED); LCD_Fill(124, 0, 127, 3, GREEN); LCD_Fill(0, 156, 3, 159, BLUE); LCD_Fill(124, 156, 127, 159, WHITE); /* 2. 三原色条：验证 RGB565 字节序和 BGR 位 */ LCD_Fill(0, 40, 127, 59, RED); LCD_Fill(0, 60, 127, 79, GREEN); LCD_Fill(0, 80, 127, 99, BLUE); /* 3. 渐变：验证连续写和窗口自增，不能出现台阶或斜纹 */ for (uint16_t x = 0; x < 128; x++) { uint16_t c = (x * 31 / 127) << 11 | (x * 63 / 127) << 5 | (x * 31 / 127); LCD_Fill(x, 110, x, 129, c); } /* 4. 字符：验证字库取模方向和行距 */ LCD_ShowString(4, 134, "0123456789", WHITE, BLACK, 16); }

四角打点是这套测试里最关键的一步。四个点如果有一个没贴边，偏移量就是错的，而且能立刻告诉你错在哪个方向：左上角缺一块是 x0/y0 偏大，右下角缺一块是 x1/y1 偏小。渐变条则能抓出“连续写被 CS 打断”的问题——正常的渐变是平滑的，一旦中间有撕裂，会看到明显的竖直分界线。

还有一个我常备的排查手段：把LCD_WriteByte的 SCL 翻转次数用一个全局变量计出来，每刷一屏打印一次。全屏 128×160 理论上是40960 × 8 = 327680次翻转，如果实测对不上，说明有数据被重复发或者漏发，问题一定在循环边界上，比盲猜快得多。这个计数器平时关掉，只在怀疑驱动的时候打开，零成本。

从那以后我每次接一块新屏，都强制先跑一遍这张自检图，四个角、三条色带、一段渐变、一行字符，全过了才往里写业务代码。看起来多花了十分钟，实际省下的是后面几个小时对着花屏怀疑人生的时间。希望帮到你。

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