ST7789使用SPI双线模式：精简接线方案解析-育师

用3根线点亮彩屏：ST7789双线SPI的极简驱动之道

你有没有遇到过这样的窘境？手头的MCU只剩几个GPIO，却要接一块彩色TFT屏。常规四线SPI（MOSI、MCLK、CS、DC）直接占掉4个IO——还没算上复位脚和背光控制，资源瞬间告急。

这时候，ST7789这颗“老将”就派上了大用场。它不仅性能稳定、资料齐全，更重要的是支持一种被很多人忽略的精简通信方式：SPI双线模式。只需SCLK、SDA、CS三根信号线，甚至可以不要DC引脚，照样把240×320的RGB彩屏玩转起来。

今天我们就来深挖这个方案的技术细节，不讲空话，只聊实战中真正影响效果的关键点。

为什么是ST7789？

在五花八门的小尺寸TFT驱动芯片里，ST7789能成为“网红”，绝非偶然。

支持240×320分辨率，RGB565格式显示，色彩饱满；
内置升压电路，仅需3.3V单电源供电；
最高支持60MHz SPI时钟，刷新率轻松做到30fps以上；
广泛用于1.3寸、1.54寸、2.0寸等主流圆形/矩形小屏模块；
文档完整，社区活跃，Arduino、STM32、ESP-IDF都有成熟驱动库。

但真正让它在资源紧张场景下脱颖而出的，是它的接口灵活性。

除了标准四线SPI和并行接口外，ST7789允许我们将MOSI与MISO合并为一条双向数据线，并通过协议层模拟DC功能——这就为我们节省宝贵的GPIO打开了大门。

双线SPI到底省在哪？

所谓“双线”，其实更准确的说法是三线连接：SCLK（时钟）、SDA（双向数据）、CS（片选）。有些设计还会保留RST和背光控制，但核心通信只需要这三条线。

接口类型	所需GPIO数	典型用途
并行8080	≥10	高速刷新HMI
四线SPI	4~5	通用开发板、快速原型
双线SPI	3~4	穿戴设备、微型终端

关键就在于两个优化：

MOSI/MISO复用为SDA
DC引脚由软件协议替代

前者靠MCU的可切换方向IO实现；后者则需要我们在数据流中插入“标记字节”来告诉屏幕：“接下来我是发命令”或“我要传像素了”。

别小看这两步简化，对于像nRF52840这类蓝牙MCU，或者ESP32-S2这种原生USB但GPIO稀缺的型号来说，每省下一个IO都可能是项目能否落地的关键。

没有DC引脚，怎么区分命令和数据？

这是双线SPI最核心的问题。

传统方案依赖硬件DC引脚电平变化：
- DC=0 → 命令
- DC=1 → 数据

但在没有这个物理引脚的情况下，我们必须在协议层模拟这一行为。

解法：加一个“前缀字节”

思路很简单：每次传输前先发一个特殊标识，告诉驱动IC后续内容的类型。

#define CMD_PREFIX 0x00 #define DATA_PREFIX 0x01

然后封装两个基础函数：

void lcd_write_cmd(uint8_t cmd) { gpio_set_direction(SDA_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT); spi_send_byte(CMD_PREFIX); // 标记：接下来是命令 spi_send_byte(cmd); // 真正的命令码 } void lcd_write_data(uint8_t *buf, size_t len) { gpio_set_direction(SDA_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT); spi_send_byte(DATA_PREFIX); // 标记：接下来是数据 for (int i = 0; i < len; ++i) { spi_send_byte(buf[i]); } }

⚠️ 注意：spi_send_byte()是软件模拟SPI的核心函数，需确保在SCLK上升沿写入SDA。

这样一来，即使没有DC脚，我们也能精准控制命令与数据的流向。整个过程就像打电话前先说一句“我是客服”还是“我是用户”，让对方做好准备。

实战中的坑与对策

你以为只要改个前缀就能跑通？Too young too simple。我在实际调试中踩过的坑，比代码行数还多。

❌ 问题1：初始化失败，屏幕黑屏或花屏

最常见的原因不是代码错，而是时序不对。

ST7789上电后需要经历一系列内部状态机切换：
1. 上电 → 芯片复位 → 进入睡眠模式
2. 发送0x11（Sleep Out）→ 等待至少120ms
3. 配置内存映射、颜色格式、帧率等参数
4. 发送0x29（Display On）

如果你跳过延时、顺序颠倒，或者SPI太快（>10MHz），它很可能“听不懂”你在说什么。

✅正确做法：

lcd_reset(); // 硬件复位，拉低10ms delay_ms(150); // 等待电源稳定 lcd_write_cmd(0x11); // 退出睡眠 delay_ms(150); // 必须等待！手册明确要求≥120ms // 后续配置... lcd_write_cmd(0x3A); // 设置颜色格式 lcd_write_data((uint8_t[]){0x55}, 1); // RGB565

📌经验之谈：初次调试一律用低速SPI（比如4~8MHz），确认功能正常后再提速。

❌ 问题2：SDA方向切换导致总线冲突

当你把一根IO既当输入又当输出用时，稍有不慎就会引发“自己读自己”的混乱。

典型表现：某些命令能执行，但读ID总是0x00或0xFF。

根源在于——方向切换延迟不足！

GPIO从输出切到输入，需要一点时间让电平释放干净。如果立刻开始采样，可能还在“残影”阶段。

✅解决方案：
- 在每次方向切换后加入1~2微秒的延时
- 使用带缓冲的IO结构（如74LVC系列）做隔离
- 若使用硬件SPI+DMA，可通过TXEN/RXEN信号自动控制方向

示例：

void spi_set_input_mode(void) { gpio_set_direction(SDA_GPIO, GPIO_MODE_INPUT); __delay_us(2); // 给足稳定时间 } void spi_set_output_mode(void) { gpio_set_direction(SDA_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT); __delay_us(1); }

❌ 问题3：长距离传输丢帧、闪屏

有人尝试用FPC软板把屏幕接到主板上，结果一通电就乱码。

这不是EMC测试没过，而是典型的信号完整性问题。

SPI本就不适合远距离传输，尤其是软件模拟的慢速SPI。当走线超过10cm，又没有良好地回路时，SCLK很容易串扰到SDA线上。

✅应对策略：
- 尽量缩短走线，优先采用共面铺地
- 在SCLK与SDA之间用地线隔开（GND-G-SCLK-G-SDA）
- 屏幕端增加0.1μF去耦电容 + 10Ω串联电阻抑制振铃
- 关键信号使用屏蔽线或差分转换器（成本高，慎用）

如何写出高效的驱动代码？

别以为省了两个IO就可以偷懒。双线SPI对软件架构提出了更高要求。

✅ 推荐结构：分层抽象 + 协议封装

// 1. 底层：SPI位操作 void spi_send_bit(int bit); // 2. 中间层：字节传输 void spi_send_byte(uint8_t byte); uint8_t spi_recv_byte(void); // 3. 协议层：命令/数据封装 void lcd_write_cmd(uint8_t cmd); void lcd_write_data(const void *buf, size_t len); // 4. 应用层：绘图API void lcd_draw_pixel(int x, int y, uint16_t color); void lcd_fill_area(int x, int y, int w, int h, uint16_t *pixels);

这样做的好处是：换平台只需重写底层函数，上层逻辑完全复用。

✅ 性能优化技巧

批量发送减少协议开销
每次写数据都要先发0x01，这对传输大量图像很不划算。解决办法是：一次性设置好GRAM区域，然后连续写入所有像素，避免频繁切换。
启用硬件SPI + DMA（如有）
即使使用双线模式，也可以利用硬件SPI外设来生成SCLK，由CPU或DMA负责推拉SDA方向，大幅提升效率。
缓存常用配置
很多寄存器值在初始化后不再改变，没必要每次都写。可以用静态变量记录当前状态，避免重复操作。