ST7789驱动像素刷新与双缓冲性能调优实战 - 第1节

1.1 ST7789 芯片概述

ST7789 是一款由意法半导体（STMicroelectronics）推出的单芯片 TFT-LCD 驱动控制器，广泛用于 1.54 英寸至 2.0 英寸的小尺寸彩色显示屏。它支持 262K 色（RGB 6-6-6）显示，分辨率最高可达 240×320 像素，内部集成显示 RAM（GRAM）、电源管理电路、伽马校正和 SPI 接口控制器。

该芯片的核心优势在于：

• 低功耗：典型工作电流约 3.5 mA（全屏刷新），休眠模式可降至 5 µA。
• 高集成度：无需外部 RAM 或电源转换芯片，仅需少量电容即可工作。
• 接口灵活：支持 3/4 线 SPI、8/9/16/18 位并行接口，嵌入式系统中最常用 4 线 SPI。
• 内置帧缓冲：GRAM 容量为 240×320×18 bit ≈ 172 KB，支持窗口裁剪和局部刷新。

1.2 引脚功能与典型电路

下表列出 ST7789 在 4 线 SPI 模式下最常用的引脚及其功能：

1.3 SPI 接口时序

ST7789 的 4 线 SPI 时序遵循标准 SPI 模式 0（CPOL=0, CPHA=0）或模式 3（CPOL=1, CPHA=1），时钟空闲电平与数据采样边沿如下：

• 模式 0：SCLK 空闲为低，数据在上升沿采样，下降沿输出。
• 模式 3：SCLK 空闲为高，数据在上升沿采样，下降沿输出。

一次完整的 SPI 写操作包含以下步骤：

1. 拉低 CS，选中芯片。
2. 设置 DC 电平：命令（0）或数据（1）。
3. 在 SCLK 驱动下，通过 SDA 逐位发送 8 位数据（MSB first）。
4. 拉高 CS，结束传输。

1.4 典型电路连接

下图展示 ST7789 与 MCU（以 ESP32 为例）的典型 4 线 SPI 连接方案。该方案仅需 5 根信号线 + 电源/地，适合嵌入式项目快速原型开发。

1.5 初始化序列与验证

ST7789 上电后需发送初始化命令序列才能进入正常显示模式。以下为精简初始化代码（基于 MicroPython）：

def st7789_init(spi, cs, dc, rst):
    # 硬件复位
    rst.value(0)
    time.sleep_ms(10)
    rst.value(1)
    time.sleep_ms(120)

    # 软件命令序列
    write_cmd(0x01)   # 软件复位
    time.sleep_ms(150)
    write_cmd(0x11)   # 退出睡眠模式
    time.sleep_ms(10)
    write_cmd(0x3A)   # 设置像素格式
    write_data(0x55)  # 16位色（RGB565）
    write_cmd(0x36)   # 设置扫描方向
    write_data(0x00)  # 默认方向
    write_cmd(0x29)   # 开启显示
    time.sleep_ms(10)