stc32g128k/Drivers/lcd.c

#include "lcd.h"
#include "lcd_font.h"
#include "../App/config.h"
#include "intrins.h"

// ====== LHS114TC-IF03 (ST7789V) 屏幕 SPI 引脚映射 ======
sbit LCD_RST  = P1^0;  // 屏幕硬件复位引脚 (RESET)，低电平复位
sbit LCD_DCX  = P1^1;  // 串行数据 / 命令选择控制线 (1:数据, 0:指令)
sbit LCD_SDI  = P1^4;  // SPI 主机输出从机输入数据线 (MOSI)
sbit LCD_SCL  = P1^5;  // SPI 串行工作时钟线 (SCLK)
sbit LCD_CS   = P1^6;  // SPI 物理片选选择端 (CS)，低电平选通屏幕

// ====== LHS114TC-IF03 LEDA 背光控制引脚 ======
sbit SGM_CTRL = P1^7;  // LEDA 开启引脚 (0:开启背光, 1:关闭熄灭 - PMOS控制)

// 引用外部延时函数 (定义在 system.c 中)
extern void Delay_ms(u16 ms);
extern void Delay10us(void);

/**
 * @brief 软件模拟 8 位串行 SPI 字节数据发送
 * @param dat 待发送的 1 字节数据
 */
void SPI_SendData(u8 dat)
{
    u8 i;
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        LCD_SCL = 0; // 拉低时钟，准备更新数据
        if(dat & 0x80)
            LCD_SDI = 1;
        else
            LCD_SDI = 0;
        _nop_();
        LCD_SCL = 1; // 拉高时钟，触发屏幕在上升沿采样数据位
        _nop_();
        dat <<= 1;   // 左移一位，准备发送下一位
    }
}

/**
 * @brief 向屏幕控制器写入单字节控制指令 (DCX=0)
 */
void WriteComm(u8 cmd)
{
    LCD_CS = 0;   // 开启片选
    LCD_DCX = 0;  // 切换为指令传输模式
    SPI_SendData(cmd);
    LCD_CS = 1;   // 关闭片选
}

/**
 * @brief 向屏幕控制器写入单字节显示数据 (DCX=1)
 */
void WriteData(u8 dat)
{
    LCD_CS = 0;   // 开启片选
    LCD_DCX = 1;  // 切换为数据传输模式
    SPI_SendData(dat);
    LCD_CS = 1;   // 关闭片选
}

/**
 * @brief 按照物理时序执行屏幕硬件复位
 */
void LCD_Reset(void)
{
    LCD_RST = 1;
    Delay_ms(10);
    LCD_RST = 0; // 拉低复位引脚进入硬件复位状态
    Delay_ms(20);
    LCD_RST = 1; // 重新拉高引脚
    Delay_ms(120); // 必须等待至少 120ms 才能执行后续的初始化
}

/**
 * @brief 初始化 LHS114TC-IF03 (ST7789V) 屏幕控制器
 */
void LCD_Init(void)
{
    // 开启扩展 SFR 访问权限 (EAXFR = 1)，确保可以操作 P1M1 和 P1M0 模式寄存器
    P_SW2 |= 0x80;

    // 配置 P1 端口的 LCD_RST(P1.0)/DCX(P1.1)/SDI(P1.4)/SCL(P1.5)/CS(P1.6)/LEDA(P1.7) 为推挽输出模式 (M1=0, M0=1)
    P1M1 &= ~((1<<0) | (1<<1) | (1<<4) | (1<<5) | (1<<6) | (1<<7));
    P1M0 |=  ((1<<0) | (1<<1) | (1<<4) | (1<<5) | (1<<6) | (1<<7));

    // 设置各控制引脚初始默认电平
    SGM_CTRL = 0; // PMOS低电平点亮背光 (LEDA = 0)
    LCD_CS = 1;
    LCD_SCL = 1;
    LCD_RST = 1;
    LCD_DCX = 1;

    LCD_Reset(); // 硬件复位屏幕

    // ====== 写入 ST7789V 原厂寄存器初始化指令序列 ======
    WriteComm(0x11); // Sleep Out 退出睡眠
    Delay_ms(120);   // 退出睡眠后必须延时至少 120ms
    
    // Memory Data Access Control (MADCTL) 扫描方向控制
    // 0x00: 从上至下，从左至右，RGB 格式
    WriteComm(0x36); 
    WriteData(0x00); 
    
    // Interface Pixel Format (COLMOD)
    // 0x05 代表 16-bit/pixel (RGB565格式)
    WriteComm(0x3A); 
    WriteData(0x05); 
    
    // Porch Setting (B2h)
    WriteComm(0xB2); 
    WriteData(0x0C); 
    WriteData(0x0C); 
    WriteData(0x00); 
    WriteData(0x33); 
    WriteData(0x33); 
    
    // Gate Control (B7h)
    // VGH=13.65V, VGL=-10.43V
    WriteComm(0xB7); 
    WriteData(0x35); 
    
    // VCOM Setting (BBh)
    // VCOM=1.175V
    WriteComm(0xBB); 
    WriteData(0x19); 
    
    // LCM Control (C0h)
    WriteComm(0xC0); 
    WriteData(0x2C); 
    
    // VDV and VRH Command Enable (C2h)
    WriteComm(0xC2); 
    WriteData(0x01); 
    
    // VRH Set (C3h)
    // VRH=4.3V
    WriteComm(0xC3); 
    WriteData(0x12); 
    
    // VDV Set (C4h)
    // VDV=0V
    WriteComm(0xC4); 
    WriteData(0x20); 
    
    // Frame Rate Control in Normal Mode (C6h)
    // 0x0F: 60Hz
    WriteComm(0xC6); 
    WriteData(0x0F); 
    
    // Power Control 1 (D0h)
    WriteComm(0xD0); 
    WriteData(0xA4); 
    WriteData(0xA1); 
    
    // Positive Gamma Correction (E0h) 正极性伽马
    WriteComm(0xE0); 
    WriteData(0xD0); WriteData(0x04); WriteData(0x0D); WriteData(0x11); 
    WriteData(0x13); WriteData(0x2B); WriteData(0x3F); WriteData(0x54); 
    WriteData(0x4C); WriteData(0x18); WriteData(0x0D); WriteData(0x0B); 
    WriteData(0x1F); WriteData(0x23); 
    
    // Negative Gamma Correction (E1h) 负极性伽马
    WriteComm(0xE1); 
    WriteData(0xD0); WriteData(0x04); WriteData(0x0C); WriteData(0x11); 
    WriteData(0x13); WriteData(0x2C); WriteData(0x3F); WriteData(0x44); 
    WriteData(0x51); WriteData(0x2F); WriteData(0x1F); WriteData(0x1F); 
    WriteData(0x20); WriteData(0x23); 
    
    // Display Inversion On (21h) 开启反显，ST7789 IPS 屏常用
    WriteComm(0x21); 
    
    // Display On (29h) 开启显示
    WriteComm(0x29); 
    Delay_ms(20);

    // 开启显示后立即进行全屏清屏，防止屏幕亮起瞬间呈现花屏随机噪点
    LCD_Clear(COLOR_BLACK);
}

/**
 * @brief 设定屏幕的数据更新绘制窗口区域
 */
void LCD_SetWindow(u16 x_start, u16 x_end, u16 y_start, u16 y_end)
{
    // 在底层窗口设定中，统一进行物理偏置的透明校正，免除上层各个绘图函数的手工计算
    x_start += LCD_X_OFFSET;
    x_end   += LCD_X_OFFSET;
    y_start += LCD_Y_OFFSET;
    y_end   += LCD_Y_OFFSET;

    // 写入 Column Address Set 列地址设置寄存器命令 (0x2A)
    WriteComm(0x2A);
    WriteData((u8)(x_start >> 8));
    WriteData((u8)(x_start & 0xFF));
    WriteData((u8)(x_end >> 8));
    WriteData((u8)(x_end & 0xFF));

    // 写入 Row Address Set 行地址设置寄存器命令 (0x2B)
    WriteComm(0x2B);
    WriteData((u8)(y_start >> 8));
    WriteData((u8)(y_start & 0xFF));
    WriteData((u8)(y_end >> 8));
    WriteData((u8)(y_end & 0xFF));
}

/**
 * @brief 用指定色彩刷写清空全屏幕
 * @param color 16位 RGB565 颜色填充值
 */
void LCD_Clear(u16 color)
{
    u16 i, j;
    LCD_SetWindow(0, LCD_WIDTH - 1, 0, LCD_HEIGHT - 1);
    WriteComm(0x2C); // 发送 RAM Write (0x2C) 显存写入命令
    for(i = 0; i < LCD_WIDTH; i++)
    {
        for(j = 0; j < LCD_HEIGHT; j++)
        {
            WriteData((u8)(color >> 8));   // 发送 RGB565 高 8 位字节
            WriteData((u8)(color & 0xFF)); // 发送 RGB565 低 8 位字节
        }
    }
}

/**
 * @brief 在屏幕指定视口绘制实心矩形
 */
void LCD_FillRect(u16 x, u16 y, u16 w, u16 h, u16 color)
{
    u16 i, count;
    u8 ch = (u8)(color >> 8);
    u8 cl = (u8)(color & 0xFF);
    
    LCD_SetWindow(x, x + w - 1, y, y + h - 1);
    WriteComm(0x2C); // 写入显存
    count = w * h;   // 实心矩形包含的总像素数
    for(i = 0; i < count; i++)
    {
        WriteData(ch);
        WriteData(cl);
    }
}

/**
 * @brief 绘制空心矩形边界框
 * @details 通过组合调用四次 LCD_FillRect 实心线来绘制矩形的上、下、左、右四条边。
 */
void LCD_DrawRectBorder(u16 x, u16 y, u16 w, u16 h, u16 color)
{
    LCD_FillRect(x, y, w, 1, color);            // 上边框线
    LCD_FillRect(x, y + h - 1, w, 1, color);    // 下边框线
    LCD_FillRect(x, y, 1, h, color);            // 左边框线
    LCD_FillRect(x + w - 1, y, 1, h, color);    // 右边框线
}

/**
 * @brief 渲染显示一个单色字模位图资源
 * @param x 渲染起始坐标 X
 * @param y 渲染起始坐标 Y
 * @param w 位图宽度 (单位: 像素点数)
 * @param h 位图高度 (单位: 像素点数)
 * @param bmp FLASH 中的单色像素数组指针 (1表示画前景色，0表示画背景色)
 * @param color 16位前景色
 * @param bg_color 16位背景色
 */
void LCD_DrawMonoBitmap(u16 x, u16 y, u16 w, u16 h, unsigned char code *bmp, u16 color, u16 bg_color)
{
    u16 r, c;
    u16 byte_width = (w + 7) / 8; // 计算在单色编码中，一行图像占用的实际字节数
    u8 ch = (u8)(color >> 8);
    u8 cl = (u8)(color & 0xFF);
    u8 bgh = (u8)(bg_color >> 8);
    u8 bgl = (u8)(bg_color & 0xFF);
    
    LCD_SetWindow(x, x + w - 1, y, y + h - 1); // 限制绘制显存窗口
    WriteComm(0x2C);
    
    // 嵌套循环，从第 0 行第 0 列开始遍历每个像素位置
    for(r = 0; r < h; r++)
    {
        for(c = 0; c < w; c++)
        {
            u16 byte_idx = r * byte_width + (c / 8); // 定位当前像素所在单色图数组中的字节索引
            u8 bit_shift = 7 - (c % 8);              // 定位该像素在该字节中对应的 bit 位置 (高位在前)
            
            if(bmp[byte_idx] & (1 << bit_shift))
            {
                WriteData(ch); // 该位为 1，发送前景色
                WriteData(cl);
            }
            else
            {
                WriteData(bgh); // 该位为 0，发送背景色
                WriteData(bgl);
            }
        }
    }
}

/**
 * @brief 在指定坐标渲染输出一个 8x16 尺寸的普通英文 ASCII 字符
 * @param ch ASCII 字符本身
 */
void LCD_ShowChar8x16(u16 x, u16 y, char ch, u16 color, u16 bg_color)
{
    u8 r, c;
    u8 char_idx = ch - 0x20; // 偏移计算：ASCII 可打印字符从 0x20 (空格) 开始
    u8 f_h = (u8)(color >> 8);
    u8 f_l = (u8)(color & 0xFF);
    u8 b_h = (u8)(bg_color >> 8);
    u8 b_l = (u8)(bg_color & 0xFF);
    
    if(ch < 0x20 || ch > 0x7E) return; // 过滤不可见控制字符
    
    LCD_SetWindow(x, x + 8 - 1, y, y + 16 - 1);
    WriteComm(0x2C);
    
    // 循环 16 行，绘制 8x16 字型
    for(r = 0; r < 16; r++)
    {
        u8 line = FONT_8x16[char_idx][r]; // 提取当前行对应的 8 位单色像素信息
        for(c = 0; c < 8; c++)
        {
            // 从高到低依次提取单行中的像素点
            if(line & (0x80 >> c))
            {
                WriteData(f_h);
                WriteData(f_l);
            }
            else
            {
                WriteData(b_h);
                WriteData(b_l);
            }
        }
    }
}

/**
 * @brief 在指定坐标打印一行普通英文 ASCII 字符串 (左对齐)
 */
void LCD_ShowString(u16 x, u16 y, char *str, u16 color, u16 bg_color)
{
    while(*str)
    {
        LCD_ShowChar8x16(x, y, *str, color, bg_color); // 渲染当前字符
        x += 8;                                       // X 轴起始位置偏移 8 像素，准备绘制下一个字符
        str++;                                        // 移向下一个字符
    }
}

/**
 * @brief 在指定 Y 轴高度上，自动计算偏移以实现字符串水平居中显示
 */
void LCD_ShowStringCentered(u16 y, char *str, u16 color, u16 bg_color)
{
    u16 len = 0;
    char *p = str;
    while(*p++) len++; // 计算字符串长度
    
    if(len * 8 >= LCD_WIDTH)
        // 若超出或等同于屏幕有效宽度，强制从最左侧 0 开始左对齐绘制
        LCD_ShowString(0, y, str, color, bg_color);
    else
        // 否则通过公式 (LCD_WIDTH - 字符宽度) / 2 计算出水平居中的首字起始偏移 X 坐标并渲染
        LCD_ShowString((LCD_WIDTH - len * 8) / 2, y, str, color, bg_color);
}

/**
 * @brief 渲染大号特粗 16x32 尺寸的英文/数字字符
 */
void LCD_ShowChar16x32(u16 x, u16 y, char ch, u16 color, u16 bg_color)
{
    u8 r, c, i, j;
    u8 val_bit;
    u8 char_idx = ch - 0x20;
    u8 f_h = (u8)(color >> 8);
    u8 f_l = (u8)(color & 0xFF);
    u8 b_h = (u8)(bg_color >> 8);
    u8 b_l = (u8)(bg_color & 0xFF);
    
    if(ch < 0x20 || ch > 0x7E) return;
    
    LCD_SetWindow(x, x + 16 - 1, y, y + 32 - 1); // 锁定 16x32 的绘图视窗
    WriteComm(0x2C);
    
    // 遍历字型的 16 个点阵行 data
    for(r = 0; r < 16; r++)
    {
        u8 line = FONT_8x16[char_idx][r];
        
        // 纵向插点翻倍：将当前行重复绘制两次 (i = 0 和 i = 1)
        for(i = 0; i < 2; i++)
        {
            // 遍历单行内的 8 个 bit 像素点
            for(c = 0; c < 8; c++)
            {
                val_bit = (line & (0x80 >> c));
                // 横向插点翻倍：单个像素点重复发送写入 2 次 (j = 0 和 j = 1)
                for(j = 0; j < 2; j++)
                {
                    if(val_bit)
                    {
                        WriteData(f_h);
                        WriteData(f_l);
                    }
                    else
                    {
                        WriteData(b_h);
                        WriteData(b_l);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

/**
 * @brief 在指定坐标绘制特大 16x32 规格的数字/英文字串
 */
void LCD_ShowString16x32(u16 x, u16 y, char *str, u16 color, u16 bg_color)
{
    while(*str)
    {
        LCD_ShowChar16x32(x, y, *str, color, bg_color);
        x += 16; // 每次起始坐标偏移 16 像素
        str++;
    }
}

/**
 * @brief 在指定 Y 轴高度上，水平居中渲染显示特大 16x32 规格字符串
 */
void LCD_ShowString16x32Centered(u16 y, char *str, u16 color, u16 bg_color)
{
    u16 len = 0;
    char *p = str;
    while(*p++) len++; // 计算字数
    
    if(len * 16 >= LCD_WIDTH)
        // 超出屏幕宽度，左对齐
        LCD_ShowString16x32(0, y, str, color, bg_color);
    else
        // 水平居中计算
        LCD_ShowString16x32((LCD_WIDTH - len * 16) / 2, y, str, color, bg_color);
}