راه‌اندازی ال‌سی‌دی 3.2 اینچ با استفاده از STM32 و emwin

در سال‌های اخیر، استفاده از نمایشگرهای گرافیکی رنگی در پروژه‌های مبتنی بر میکروکنترلر افزایش چشمگیری داشته است. ال‌سی‌دی‌های TFT با اندازه ۳.۲ اینچ یکی از رایج‌ترین گزینه‌ها برای نمایش اطلاعات گرافیکی هستند. در این مقاله به بررسی مراحل راه‌اندازی یک LCD 3.2 اینچ با استفاده از میکروکنترلرهای سری STM32 و بهره‌گیری از کتابخانه گرافیکی emWin می‌پردازیم.

معرفی LCD 3.2 اینچ TFT

LCDهای ۳.۲ اینچی اغلب از پنل‌های TFT (Thin-Film Transistor) با رزولوشن 240×320 پیکسل بهره می‌برند. این نمایشگرها معمولاً دارای کنترلر داخلی مانند ILI9341 هستند و از رابط‌های ارتباطی مختلفی مانند 8bit/16bit parallel، SPI و گاهی RGB پشتیبانی می‌کنند.

ویژگی‌های رایج:

• اندازه: 3.2 اینچ

• رزولوشن: 240×320

• رابط ارتباطی: 16 بیت موازی یا SPI

• کنترلر داخلی: ILI9341 یا SSD1289

• قابلیت تاچ: مقاومتی یا خازنی (بسته به مدل)

انتخاب میکروکنترلر STM32

خانواده STM32 شرکت STMicroelectronics یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها برای پروژه‌های گرافیکی است. از جمله مزایای این میکروکنترلرها:

• پشتیبانی از رابط FSMC (برای ارتباط موازی سریع)

• حافظه RAM و Flash مناسب برای اجرای گرافیک

• پشتیبانی رسمی از emWin در CubeMX و HAL

• قابلیت ارتقاء با RTOS یا TouchGFX در مدل‌های پیشرفته‌تر

برای راه‌اندازی یک LCD ۳.۲ اینچ با رابط 16 bit، بهتر است از STM32F4 یا STM32F7 استفاده شود. به عنوان مثال، STM32F407VG دارای رابط FSMC، سرعت پردازش مناسب و پشتیبانی کامل از emWin است.

معرفی کتابخانه emWin

emWin یک کتابخانه گرافیکی قدرتمند است که توسط شرکت SEGGER توسعه یافته و برای میکروکنترلرها طراحی شده است. ST نسخه رایگان آن را در STM32CubeMX برای برخی مدل‌ها ارائه می‌دهد.

قابلیت‌های emWin:

• طراحی گرافیکی حرفه‌ای

• ابزار GUIBuilder برای طراحی صفحات

• پشتیبانی از ویجت‌های گرافیکی (دکمه، لیبل، نمودار و…)

• قابلیت نمایش متون، تصاویر و انیمیشن

• پشتیبانی از تاچ‌اسکرین

طراحی سخت‌افزار و اتصالات

اتصال LCD به STM32:

برای اتصال LCD 3.2 اینچ با رابط 16 بیتی به STM32، از رابط FSMC استفاده می‌شود. برخی پایه‌های مهم:

• D0-D15: برای ارسال داده

• RS یا DC: برای انتخاب دستور یا داده

• WR: برای نوشتن

• RD: برای خواندن

• CS: انتخاب چیپ

• RST: ریست نمایشگر

نکته: توجه داشته باشید که همه مدل‌های STM32 دارای FSMC نیستند. در صورت نبود FSMC، می‌توان از SPI (سرعت پایین‌تر) استفاده کرد.

راه‌اندازی پروژه در STM32CubeMX

گام‌های پیکربندی:

1. انتخاب میکروکنترلر: انتخاب مدل مناسب از STM32 (مثلاً STM32F407VG)

2. فعال‌سازی FSMC: در قسمت Peripherals، واحد FSMC را فعال کرده و در حالت NOR/SRAM تنظیم کنید.

3. تنظیم پایه‌ها: پایه‌های مربوط به داده و کنترل را پیکربندی کنید.

4. فعالسازی سیستم فایل و emWin: از بخش Middleware، کتابخانه STemWin را فعال کرده و تنظیمات گرافیکی را انجام دهید.

5. فعال‌سازی تاچ (در صورت وجود): اگر نمایشگر دارای تاچ‌اسکرین است، ارتباط I2C یا ADC برای آن در نظر بگیرید.

6. تولید کد: بر روی “Generate Code” کلیک کنید.

پیکربندی و راه‌اندازی emWin

پس از تولید کد، فایل‌های مربوط به emWin در پوشه Middlewares قرار می‌گیرند. برای راه‌اندازی نمایشگر:

مرحله ۱: مقداردهی اولیه LCD

ابتدا باید در تابع main.c یا یک فایل مخصوص نمایشگر، درایور کنترلر (مثلاً ILI9341) را پیاده‌سازی کنید تا دستورات اولیه و تنظیمات نمایشگر اجرا شوند.

مرحله ۲: اتصال درایور به emWin

در فایل LCDConf.c، مشخصات سخت‌افزار و تنظیمات پنل (رزولوشن، عمق رنگ، آدرس بافر و…) وارد می‌شود. این فایل به emWin کمک می‌کند تا با حافظه فریم بافر ارتباط برقرار کند.

مرحله ۳: مقداردهی emWin

در main() یا توابع جداگانه:

طراحی رابط گرافیکی

با استفاده از GUIBuilder که توسط SEGGER ارائه می‌شود، می‌توانید رابط گرافیکی مورد نظر خود را طراحی و خروجی آن را به‌صورت کد C به پروژه اضافه کنید.

مراحل:

1. نصب GUIBuilder

2. طراحی پنجره و ویجت‌ها (دکمه، لیبل، اسلایدر…)

3. تولید کد *.DLG.c و *.DLG.h

4. وارد کردن کد در پروژه

5. نمایش پنجره با استفاده از GUI_Exec() و WM_CreateWindow()

راه‌اندازی تاچ‌اسکرین

اگر LCD شما دارای تاچ مقاومتی یا خازنی باشد، باید درایور مربوطه را اضافه کنید.

برای تاچ مقاومتی:

• از ADC برای خواندن مقادیر X و Y استفاده کنید.

• فیلتر نرم‌افزاری برای حذف نویزها اعمال کنید.

• مقادیر X/Y را به مختصات پیکسلی تبدیل کرده و به emWin ارسال کنید.

برای تاچ خازنی (I2C):

• خواندن مقادیر تاچ از طریق I2C (مثلاً کنترلر GT911)

• اعمال مقیاس‌بندی برای نمایش دقیق لمس

بهینه‌سازی و توصیه‌ها

برای عملکرد بهتر در نمایش گرافیک:

• از فریم بافر در RAM خارجی (SDRAM) استفاده کنید.

• استفاده از DMA برای انتقال داده بین RAM و LCD مفید است.

• در صورت نیاز به عملکرد بالاتر، از RTOS مانند FreeRTOS بهره بگیرید.

• استفاده از Double Buffering باعث کاهش Flicker در انیمیشن‌ها می‌شود.

جمع‌بندی

راه‌اندازی یک نمایشگر LCD 3.2 اینچ با STM32 و کتابخانه emWin، ترکیبی قدرتمند برای توسعه رابط‌های کاربری گرافیکی در سامانه‌های نهفته فراهم می‌کند. با بهره‌گیری از ویژگی‌های سخت‌افزاری STM32 مانند FSMC، و توانمندی‌های emWin، می‌توان رابط‌های کاربرپسند، سریع و زیبا طراحی کرد.

این فرایند نیازمند آشنایی با مفاهیم پایه‌ای مانند ارتباطات سخت‌افزاری، درایورهای نمایشگر و اصول طراحی رابط گرافیکی است. در کنار این موارد، استفاده از ابزارهایی چون STM32CubeMX و GUIBuilder توسعه پروژه را ساده‌تر و سریع‌تر خواهد کرد.