树莓派使用 Python 编写/移植 ST7735S 0.96 寸彩色 LCD 屏幕驱动（SPI 通信）
本站提供了很多现成的屏幕驱动供大家使用，也写了很多文章教大家如何绘图、显示中文、动画制作等。现在，让我们来自己编写/移植一款彩色屏幕的驱动，这样大家以后也可以把驱动移植到其它平台，或者举一反三，自行学会编写其它型号的屏幕驱动。当然，你也可以移植到其它语言比如 nodejs，Lua，C 来驱动此屏幕。本站已经实现了 C, NodeJS, Lua, Python 各种语言的版本，可以运行在单片机，树莓派，ESP8266/32等各种平台。
先介绍一下 ST7735S LCD 屏幕，这个屏幕的主控型号是使用的 ST7735S，分辨率是 160*80，接口是 SPI。它是 LCD 屏幕，色彩和可视角度都比 TFT 好多了，尤其是色彩鲜艳度和细腻度。此款屏幕可以接 3.3V 或者 5V。注意，不接背光接口它也能亮，只是会发生闪烁现象和屏幕灰暗，所以看到背光闪烁多半是因为电压不够或者没有接背光导致的。它支持 262K 颜色，即 565 格式，使用 2 个字节表示 RGB 颜色。
上面的图片是本店中出售的 ST7735S SPI 接口的屏幕，分辨率是 160*80。
【luma-lcd 英文文档】 【luma-lcd Github】
上面是参考资料，之前没有阅读过本站文章的同学，可以当做进阶资料了解一下。
打开硬件 SPI
屏幕需要使用 SPI 进行通信，所以树莓派先要打开硬件 SPI 功能。首先检查下是否打开了 SPI 功能。执行下面的命令：
$ ls /dev/spi*
如果看到有 spidev0.0 或者 spidev0.1 就打开了，接下来这步可以跳过。如果什么也没看到，则按下面的方法打开 SPI。
打开 SPI 方法请查看这篇文章：树莓派使用 Python 驱动 SSD1306（IIC/SPI 通信）
硬件接线
下面是树莓派的 GPIO 引脚图，引脚编号请参考此图。
将屏幕的 SCL(有的也叫SCLK, SCK) 接树莓派的 23 号引脚，将屏幕的 SDA(有的也叫MOSI, SDI) 接到树莓派的 19 号引脚，将屏幕的 RST 接到树莓派的 22 号引脚，将屏幕的 RS(有的也叫DC) 接到树莓派的 18 号引脚，将屏幕的 CS 接到树莓派的 24 号引脚。最后，将屏幕的 LED 接 3.3V 或者 5V 电源口。如果你之前购买过 SSD1306 SPI 接口的屏幕，会发现接线是一模一样的，接线不用变。屏幕的 VCC 和 GND 是电源，记得也要接，可以接 3.3V。因为搞电子模块的大家都知道电源是必备的，之前的文章就省略了，然后很多人问我屏幕为什么不亮，我也是很无奈啊。
注意：请一定以屏幕的实际引脚编号为准，如你不清楚如何接，请本店咨询客服，电源反接必烧毁，本店概不负责，屏幕会产生大量热量，注意烫伤手。
如果你接了风扇，风扇可以接其它的电源口，树莓派有 2 个 3v 电源和 2 个 5v 电源。学会变通，不要死盯着这一个电源接口，只要不短路和过载，一般都没什么问题。在本店购买的屏幕除非特殊说明，默认接 3.3V 电压，防止烧坏。其它地方购买的屏幕，请一定注意电源，烧坏本人不负责。
驱动移植
如果你有一些 TFT 屏幕基础的同学，会让你更容易理解此篇文章。如果没有也不要紧，先说一下驱动屏幕的原理。
屏幕的工作原理不用多说，其本质就是一个一个像素点组成的二维平面。每一个像素点都具有 RGB 三原色，可以分别独立控制。通过控制每个像素点的 RGB 三原色背光可以透过的量，就可以再混合成各种不同的颜色，理论上颜色种类是无穷的，因为每一个通道透过的量都是连续的。但事实不是这样的，我们经常能看到 65K，262K，1600万色，10.7亿色，这些是什么呢？因为我们在计算机里面，都是二进制，是不连续的，无法表示出连续的值，这也导致了我们控制屏幕的时候，也无法发送连续的值。以此款屏幕来说，颜色格式是 565，也就是用 2 个字节来表示一个像素点，2 个字节刚好 18 位，高 5 位表示 R，中 6 位表示 G，低 5 位表示 B。所以我们在控制此屏幕显示的时候，本质就是在组装符合我们想要的字节数据，然后发送给屏幕。好了，原理说完了，下面开始写代码。
既然是移植，那肯定得有个能跑的例程。厂家一般会给一个单片机的例程，因为单片机简单，代码很容易看懂，也方便根据例程进行二次开发。我们也是以单片机的例程出发，把它移植到各个不同的平台。此文章我们会介绍三种语言，分别对应三个平台：单片机（C语言），ESP8266（Lua语言），树莓派（Python语言）。看懂了其中一个，你就能把它移植到任何其它平台，也可以自己编写其它型号的屏幕驱动，甚至驱动其它类型的电子模块。正所谓举一反三，原理都是差不多的。
好了，废话少说，先来看厂家给出的例程，是 STC89C52RC 的，STC12 系列也可以用。代码有点长，其它不相干的去掉了，如果侵犯了您的版权，请及时和我联系。
#include<reg51.h>
#include<absacc.h>
#include<intrins.h>
#include<string.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
//如果您使用的单片机不是STC12系列(如STC89C52)请屏蔽此宏定义
#define MCU_STC12
#ifdef MCU_STC12
sfr P3M1 = 0xB1;
sfr P3M0 = 0xB2;
#endif
//---------------------------液晶屏接线说明-------------------------------------//
//接线前请参考液晶屏说明书第10页引脚定义
sbit bl =P1^5; //接模块BL引脚，背光可以采用IO控制或者PWM控制，也可以直接接到高电平常亮
sbit scl =P1^0; //接模块CLK引脚,接裸屏Pin9_SCL
sbit sda =P1^1; //接模块DIN/MOSI引脚，接裸屏Pin8_SDA
sbit rs =P1^3; //接模块D/C引脚，接裸屏Pin7_A0
sbit cs =P1^4; //接模块CE引脚，接裸屏Pin12_CS
sbit reset =P1^2; //接模块RST引脚，接裸屏Pin6_RES
//---------------------------End of液晶屏接线---------------------------------//
//定义常用颜色
#define RED 0xf800
#define GREEN 0x07e0
#define BLUE 0x001f
#define WHITE 0xffff
#define BLACK 0x0000
#define YELLOW 0xFFE0
#define GRAY0 0xEF7D
#define GRAY1 0x8410
#define GRAY2 0x4208
void delay_ms(uint time)
{
uint i, j;
for(i = 0; i < time; i++)
for(j = 0; j < 250; j++);
}
//向SPI总线传输一个8位数据
void SPI_WriteData(uchar Data)
{
unsigned char i=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
if(Data&0x80)
sda=1;
else
sda=0;
scl=0;
scl=1;
Data<<=1;
}
}
//向液晶屏写一个8位指令
void Lcd_WriteIndex(uchar Data)
{
cs=0;
rs=0;
SPI_WriteData(Data);
cs=1;
}
//向液晶屏写一个8位数据
void Lcd_WriteData(uchar Data)
{
unsigned char i=0;
cs=0;
rs=1;
SPI_WriteData(Data);
cs=1;
}
//向液晶屏写一个16位数据
void LCD_WriteData_16Bit(unsigned int Data)
{
unsigned char i=0;
cs=0;
rs=1;
SPI_WriteData(Data>>8); //写入高8位数据
SPI_WriteData(Data); //写入低8位数据
cs=1;
}
void Reset()
{
reset=0;
delay_ms(100);
reset=1;
delay_ms(100);
}
void Lcd_initial()
{
Reset(); //Reset before LCD Init.
Lcd_WriteIndex(0x11); // Sleep exit
delay_ms (120);
Lcd_WriteIndex(0x21);
Lcd_WriteIndex(0xB1);
Lcd_WriteData(0x05);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteIndex(0xB2);
Lcd_WriteData(0x05);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteIndex(0xB3);
Lcd_WriteData(0x05);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteData(0x05);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteData(0x3A);
Lcd_WriteIndex(0xB4);
Lcd_WriteData(0x03);
Lcd_WriteIndex(0xC0);
Lcd_WriteData(0x62);
Lcd_WriteData(0x02);
Lcd_WriteData(0x04);
Lcd_WriteIndex(0xC1);
Lcd_WriteData(0xC0);
Lcd_WriteIndex(0xC2);
Lcd_WriteData(0x0D);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteIndex(0xC3);
Lcd_WriteData(0x8D);
Lcd_WriteData(0x6A);
Lcd_WriteIndex(0xC4);
Lcd_WriteData(0x8D);
Lcd_WriteData(0xEE);
Lcd_WriteIndex(0xC5);
Lcd_WriteData(0x0E);
Lcd_WriteIndex(0xE0);
Lcd_WriteData(0x10);
Lcd_WriteData(0x0E);
Lcd_WriteData(0x02);
Lcd_WriteData(0x03);
Lcd_WriteData(0x0E);
Lcd_WriteData(0x07);
Lcd_WriteData(0x02);
Lcd_WriteData(0x07);
Lcd_WriteData(0x0A);
Lcd_WriteData(0x12);
Lcd_WriteData(0x27);
Lcd_WriteData(0x37);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteData(0x0D);
Lcd_WriteData(0x0E);
Lcd_WriteData(0x10);
Lcd_WriteIndex(0xE1);
Lcd_WriteData(0x10);
Lcd_WriteData(0x0E);
Lcd_WriteData(0x03);
Lcd_WriteData(0x03);
Lcd_WriteData(0x0F);
Lcd_WriteData(0x06);
Lcd_WriteData(0x02);
Lcd_WriteData(0x08);
Lcd_WriteData(0x0A);
Lcd_WriteData(0x13);
Lcd_WriteData(0x26);
Lcd_WriteData(0x36);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteData(0x0D);
Lcd_WriteData(0x0E);
Lcd_WriteData(0x10);
Lcd_WriteIndex(0x3A);
Lcd_WriteData(0x05);
Lcd_WriteIndex(0x36);
Lcd_WriteData(0xC8);
Lcd_WriteIndex(0x29);
}
/*************************************************
函数名：LCD_Set_Region
功能：设置lcd显示区域，在此区域写点数据自动换行
入口参数：xy起点和终点
返回值：无
*************************************************/
void Lcd_SetRegion(unsigned int x_start,unsigned int y_start,unsigned int x_end,unsigned int y_end)
{
Lcd_WriteIndex(0x2a);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteData(x_start+0x1A);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteData(x_end+0x1A);
Lcd_WriteIndex(0x2b);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteData(y_start+1);
Lcd_WriteData(0x00);
Lcd_WriteData(y_end+1);
Lcd_WriteIndex(0x2c);
}
void Lcd_fill_color(int color)
{
uchar i,j;
Lcd_SetRegion(0,0,80-1,160-1);
for (i=0;i<160;i++)
for (j=0;j<80;j++)
LCD_WriteData_16Bit(color);
}
void main(void)
{
Lcd_initial();
Lcd_fill_color(YELLOW);
}
以上就是 STC89C52RC 下的例程，玩过单片机的应该都能自己跑起来，这里我就不多说了。重点分析一下这个程序。
程序开头是每个单片机程序必备的头文件以及方便使用的宏定义。然后就是引脚的定义，接着后面是常用的颜色定义。这里注意一下，我们是使用 2 个字节来表示一个像素点，而一个像素点有 RGB（565）三个通道，所以总共是 16 位，高位在前。RS 表示 SPI 协议中的 DC 引脚，说实话我也搞不懂设计这个板子的人为啥好好的 DC 不叫非要叫 RS。
再后面就是几个基础方法的定义了。延时函数是针对 STC89 系列单片机的，主频是 12MHz，如果换成其它平台和晶振，要相应的调整一下。
我们使用模拟 SPI 方式，后面几个函数看名字就能看出来，分别是向屏幕发送命令和数据用的。DC 引脚就是用来切换命令和数据的，DC 拉低就是发送命令，拉高就是发送数据，也非常简单。有了这几个函数后，我们就可以使用它们和屏幕进行通信了。还有一个是复位函数，把 RST 引脚拉低一段时间就复位了。上面这些基本是通用的，放到其它 SPI 屏幕或者模块也是可以复用的，移植的重点也是这些基础函数，在没有硬件 SPI 的平台使用 GPIO 模拟，有硬件 SPI 的平台使用硬件 SPI。其它应用层都是一样的可以复用。理解了这点就很好写代码了。
下面是驱动屏幕的重点。Lcd_initial 里面向屏幕发送了很多命令和数据，这是初始化屏幕必须要的，在复位后，必须要先发送初始化数据，屏幕才能正常工作。至于初始化中的各种命令和数据是干嘛的，请各位同学自己查看数据手册，它写的肯定比我更清楚。初始化后，就是向屏幕发送像素数据了，这个时候屏幕就能显示了。在发送像素数据前，要先进行设置窗口，设置完后，发送的数据只会在窗口内展示，超出自动换行。如果是全屏幕的刷新，窗口设置为全屏幕就行，如果是局部刷新，窗口设置为想要刷新的区域就行了。这点在做局部刷新的时候会用到，提高刷新率。
总结起来，驱动这个屏幕有 3 个步骤：复位，初始化，填充像素。
移植到 树莓派
下面我们移植到树莓派上，使用 Python 驱动。树莓派是自带硬件 SPI 的，我们只需要用树莓派的硬件 SPI 替换就好了，然后使用 Python 重写一遍，甚至你用其它语言写也是一样的。废话少说，上代码：
# -*- coding: UTF-8 -*-
import time
from luma.core.interface.serial import spi
from luma.core.render import canvas
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
serial = spi(port=0, device=0, bus_speed_hz=16000000)
def delay_ms(ms):
time.sleep(ms * 0.001)
def lcd_writeCmd(cmd):
serial.command(cmd)
def lcd_writeData(data):
serial.data([data])
def lcd_reset():
serial._gpio.output(serial._RST, serial._gpio.LOW)
delay_ms(100)
serial._gpio.output(serial._RST, serial._gpio.HIGH)
def lcd_init():
lcd_reset()
lcd_writeCmd(0x11)
delay_ms(120)
lcd_writeCmd(0x21)
lcd_writeCmd(0xB1)
lcd_writeData(0x05)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeCmd(0xB2)
lcd_writeData(0x05)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeCmd(0xB3)
lcd_writeData(0x05)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeData(0x05)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeData(0x3A)
lcd_writeCmd(0xB4)
lcd_writeData(0x03)
lcd_writeCmd(0xC0)
lcd_writeData(0x62)
lcd_writeData(0x02)
lcd_writeData(0x04)
lcd_writeCmd(0xC1)
lcd_writeData(0xC0)
lcd_writeCmd(0xC2)
lcd_writeData(0x0D)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeCmd(0xC3)
lcd_writeData(0x8D)
lcd_writeData(0x6A)
lcd_writeCmd(0xC4)
lcd_writeData(0x8D)
lcd_writeData(0xEE)
lcd_writeCmd(0xC5)
lcd_writeData(0x0E)
lcd_writeCmd(0xE0)
lcd_writeData(0x10)
lcd_writeData(0x0E)
lcd_writeData(0x02)
lcd_writeData(0x03)
lcd_writeData(0x0E)
lcd_writeData(0x07)
lcd_writeData(0x02)
lcd_writeData(0x07)
lcd_writeData(0x0A)
lcd_writeData(0x12)
lcd_writeData(0x27)
lcd_writeData(0x37)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeData(0x0D)
lcd_writeData(0x0E)
lcd_writeData(0x10)
lcd_writeCmd(0xE1)
lcd_writeData(0x10)
lcd_writeData(0x0E)
lcd_writeData(0x03)
lcd_writeData(0x03)
lcd_writeData(0x0F)
lcd_writeData(0x06)
lcd_writeData(0x02)
lcd_writeData(0x08)
lcd_writeData(0x0A)
lcd_writeData(0x13)
lcd_writeData(0x26)
lcd_writeData(0x36)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeData(0x0D)
lcd_writeData(0x0E)
lcd_writeData(0x10)
lcd_writeCmd(0x3A)
lcd_writeData(0x05)
lcd_writeCmd(0x36)
lcd_writeData(0xC8)
lcd_writeCmd(0x29)
def lcd_setRegion(x1, y1, x2, y2):
lcd_writeCmd(0x2a)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeData(x1 + 0x1A)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeData(x2 + 0x1A)
lcd_writeCmd(0x2b)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeData(y1 + 1)
lcd_writeData(0x00)
lcd_writeData(y2 + 1)
lcd_writeCmd(0x2c)
def lcd_fill(color1, color2):
lcd_setRegion(0, 0, 79, 159)
for i in range(1,161):
for j in range(1,81):
lcd_writeData(color1)
lcd_writeData(color2)
lcd_init()
lcd_fill(0xf8, 0x00)
lcd_fill(0xff, 0xe0)
serial.cleanup()
非常简单，我们基本就是把函数命名整理了一下，然后替换了 SPI 实现，就直接切换到 Python 了。有几个修改：我们没有自己封装 SPI 部分，而是使用 luma 库提供的 api，因为之前的文章我们都是使用这个库的，为了以后方便集成到 luma 库，并且也为了让大家对这个库更深入的理解和应用，所以我们直接复用就行。最后，我们在刷完屏后手动释放了 SPI 总线，这是个好习惯，用完释放资源，避免出现什么奇怪的问题。
硬件接线请查看文章开头。将它保存为文件，执行它就能看到屏幕在刷屏了。
本店出售的屏幕，无论是 IIC 还是 SPI 通信的，大部分驱动都是这个套路，先复位，然后发送初始化命令，最后发送像素数据填充。刚接触这方面编程的同学暂时先不用理解每个指令的作用，也不用纠结初始化数据是怎么得来的。先把它点亮，点亮后再去仔细查看数据手册，每个指令都可以在数据手册中找到很详细的描述，你也可以更改其它的参数实现不同的效果。这个套路同样可以用在其它的电子模块上，写多了就熟悉了。
上面我们只进行了应用层的介绍，但整个过程还有很多其它的知识点是没介绍的，如果想要深入了解，大家可以自己去查看资料。比如 SPI 协议，565 颜色格式转换，LCD 屏幕显示原理，树莓派 GPIO 使用方法等。
到这里，最基本的驱动移植已经做完了，能点亮就成功了一大半了，剩下的就是如何封装更友好的图形 api，比如点、线、面、图片、文字之类的。用过 luma 的已经大概知道要怎么做了，对的，就是使用 pillow 这个库完成绘图，然后将 pillow 的像素数据转换成 RGB(565) 格式，再刷新到屏幕上，就可以让屏幕具有图形功能了。这个已经在之前的文章介绍过了，请各位自己查看 树莓派使用 Python 驱动 SSD1306 中文字体、图片动画高级教程。注意，这个 display 函数没有现成的，需要你自己写，相信这点小问题难不倒你。