LCD串口屏模块 serial-lcd-module

轻量级的串口控制LCD显示屏，通过串口即可交互。

A lightweight UART-controlled LCD module with interactive capabilities via serial communication.

视频演示

嘉立创EDA设计的PCB工程

特点

• 支持多种图形绘制命令（点、线、矩形、圆、字符、字符串、图片）

• 具有一个大容量的缓冲区

• 支持EEPROM存储数据

• 支持蜂鸣器播放音符序列

• 6P 0.5mmFPC连接器实现供电和通信，5V供电，3.3V TTL串口控制。

项目结构说明

serial-lcd-module/
├─hardware/                         # 原理图、PCB、BOM 清单
├─resource/                         # 资源文件
└─software/
    ├─example/                      # Python 演示脚本
    └─serial-lcd-module-v203g6u6/   # MCU 工程目录

详细参数说明

1. 供电

使用5V供电，正常工作时电流不应超过500mA。

2. 通信

3.3V TTL的UART接口，波特率115200bps，8数据位，1停止位，无校验位（最常见的串口配置）。

不等长的通信帧，通信帧以\0结尾，依赖串口空闲中断实现截取通信帧，应确保帧间隔至少相差2字节数据。

通信帧无缓冲区，非即时处理，不可高速连续操作。

3. 主控

WCH生产的CH32V203G6U6，具有32KB的FLASH和10KB的SRAM，工作在120MHz的主频下，使用24MHz的晶振提供时钟。

4. 显示屏

中景园电子生产的0.96寸 TFT-LCD 显示屏，分辨率80x160，色彩RGB565，驱动ST7735，焊接式13Pin。可调亮度。

5. 蜂鸣器

预留焊盘，支持3.3V供电的无源蜂鸣器，驱动电流不应超过200mA。

6. 各个存储区域与缓冲区说明

基于性能考虑，该模块没有完善的存储区域越界保护功能，控制时应当注意越界问题。

区域	长度	可操作	说明
SRAM缓冲区	4096B	R/W	作LCD缓冲用
蜂鸣器音符序列FIFO	1024B	W	作蜂鸣器播放缓冲用
EEPROM	32KB	R/W	持久化存储数据用
USART接收缓冲区	320B	X	主控处理串口接收数据
USART发送缓冲区	256B	X	主控处理串口发送数据

显示屏和蜂鸣器的详细说明

显示屏

显示屏的坐标原点(0, 0)位于屏幕左上角，一般地，绘制时的定位原点也位于绘制区域左上角。默认是行扫描模式，例如对于一个3rowx2colomn的RGB565图片：

0x0000	0x0001	0x0002
0x0100	0x0101	0x0102

写入的顺序应当是 0x0000 0001 0002 0100 0101 0102。注意0x0000对应的像素位置即绘制的坐标。

蜂鸣器

蜂鸣器支持播放F3(175Hz)到F5(698Hz)的15个音以及停顿。具体如下表：

自然音阶	F3	G3	A3	B3	C4 (Do)	D4 (Re)	E4 (Mi)	F4 (Fa)	G4(Sol)	A4(La)	B4(Si)	C5	D5	E5	F5	Mute
编码	0x00	0x10	0x20	0x30	0x40	0x50	0x60	0x70	0x80	0x90	0xa0	0xb0	0xc0	0xd0	0xe0	0xf0
频率/Hz	175	196	220	247	262	294	330	349	392	440	494	523	587	659	698	0

蜂鸣器播放音乐时切换音频的时间片最短支持到32Hz，即120BPM下一个64分音符的持续时间，或240BPM下一个32分音符的持续时间，支持同一音阶的时长累加。

为了确保播放时的声音连续，使用FIFO进行数据的添加与音频的输出。FIFO中数据元素长度1字节，高4位作为音阶编码，低4位表示持续时长。单个元素的构造方式如下： 音阶编码 | （持续时长单位数-1）（一单位为1/32s）

若该元素的下一元素音阶编码不变，则持续时长可累加。

例如，想播放持续5/32s的C4(Do)，需要向FIFO中写入0x44；若想播放17/32s的D4(Re)，需要向FIFO中写入0x5f 0x50。

通信协议说明

所有通信帧均以\0结尾。上位机向该模块发送一帧数据时应注意不可中断，否则意外触发该模块主控的串口空闲中断导致协议解析出错。

从上位机向该串口屏模块发送的一个通信帧格式如下：

结构	命令字节	数据部分	结束符
长度/Byte	1	0~254	1
备注	不可为0x00	取决于命令	固定为\0(0x00)

不建议数据部分长于250字节。

若无实际返回数据需要，串口通信一帧处理完毕后将该通信帧命令字节返回；若有实际返回数据需要，根据实际需要发送数据帧；若解析失败，返回0x00。

0x00 禁止使用

禁止使用0x00开始的通信帧。

0x01 画点

在显示屏的(x, y)处绘制一个色彩为color的点。

结构	命令	x	y	color	结束符
长度/Byte	1	2	2	2	1
内容	0x01	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	RGB565格式	0x00

例如在显示屏的(16, 32)位置画一个绿色(0x07e0)的点：

发送: 0x01 00 10 00 20 07 e0 00 返回: 0x01

0x02 画直线

在显示屏上从点(x0, y0)到(x1, y1)绘制一条颜色为color的直线。

结构	命令	x0	y0	x1	y1	color	结束符
长度/Byte	1	2	2	2	2	2	1
内容	0x02	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	RGB565格式	0x00

例如在显示屏上从(16, 32)到(48, 64)绘制一条绿色(0x07e0)的直线： 发送: 0x02 00 10 00 20 00 30 00 40 07 e0 00 返回: 0x02

0x03 画空心矩形

在显示屏上绘制一个从(x0, y0)到(x1, y1)的空心矩形，颜色为color。

结构	命令	x0	y0	x1	y1	color	结束符
长度/Byte	1	2	2	2	2	2	1
内容	0x03	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	RGB565格式	0x00

例如在显示屏上绘制一个从(16, 32)到(48, 64)的红色(0xf800)空心矩形： 发送: 0x03 00 10 00 20 00 30 00 40 f8 00 00 返回: 0x03

0x04 画空心圆

在显示屏上以(x, y)为圆心，半径为r，颜色为color的空心圆。

结构	命令	x	y	半径	color	结束符
长度/Byte	1	2	2	1	2	1
内容	0x04	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	半径（像素）	RGB565格式	0x00

例如在显示屏上以(32, 48)为圆心绘制一个半径为16的绿色(0x07e0)空心圆： 发送: 0x04 00 20 00 30 10 07 e0 00 返回: 0x04

0x05 填充区域

在显示屏上填充一个从(x0, y0)到(x1, y1)的矩形区域，颜色为color。

结构	命令	x0	y0	x1	y1	color	结束符
长度/Byte	1	2	2	2	2	2	1
内容	0x05	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	RGB565格式	0x00

例如在显示屏上填充一个从(0, 0)到(79, 159)的蓝色(0x001f)区域： 发送: 0x05 00 00 00 00 00 4f 00 9f 00 1f 00 返回: 0x05

0x06 显示字符

在显示屏的(x, y)位置显示一个字符ch，前景色为fg，背景色为bg，字体大小为font_size。

字体大小支持如下几种：

字体大小	font_size值
FONTSIZE_1206	12
FONTSIZE_1608	16
FONTSIZE_2412	24
FONTSIZE_3216	32

结构	命令	x	y	ch	fg	bg	font_size	结束符
长度/Byte	1	2	2	1	2	2	1	1
内容	0x06	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	ASCII码	RGB565格式	RGB565格式	字体大小（如16）	0x00

例如在(10, 20)位置显示字符'A'，前景白色(0xffff)，背景黑色(0x0000)，字体大小16： 发送: 0x06 00 0a 00 14 41 ff ff 00 00 10 00 返回: 0x06

0x07 显示字符串

在显示屏的(x, y)位置显示一个字符串str，前景色为fg，背景色为bg，字体大小为font_size。

结构	命令	x	y	fg	bg	font_size	str（不定长）	结束符
长度/Byte	1	2	2	2	2	1	n	1
内容	0x07	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	RGB565格式	RGB565格式	字体大小	ASCII字符串	0x00

例如在(0, 0)位置显示字符串"Hi"，前景白色(0xffff)，背景黑色(0x0000)，字体大小16： 发送: 0x07 00 00 00 00 ff ff 00 00 10 48 69 00 返回: 0x07

0x08 显示图片

在显示屏的(x, y)位置显示一张宽w、高h的图片，图片数据从缓冲区的index位置开始读取。

结构	命令	x	y	w	h	index	结束符
长度/Byte	1	2	2	2	2	2	1
内容	0x08	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	宽度（像素）	高度（像素）	缓冲区起始索引	0x00

例如在(0, 0)位置显示一张宽40、高40的图片，数据从缓冲区索引0开始： 发送: 0x08 00 00 00 00 00 28 00 28 00 00 00 返回: 0x08

0x09 调整亮度

调整显示屏背光亮度，percent为0~100之间的整数。

结构	命令	percent	结束符
长度/Byte	1	1	1
内容	0x09	亮度百分比（0~100）	0x00

例如将亮度调整为80%：

发送: 0x09 50 00

返回: 0x09

0x20 向缓冲区写入数据

将数据写入SRAM缓冲区，从index位置开始写入。

结构	命令	index	data[n]	结束符
长度/Byte	1	2	n	1
内容	0x20	高字节×256+低字节	写入数据	0x00

例如从索引0写入3字节数据0x11 0x22 0x33： 发送: 0x20 00 00 11 22 33 00 返回: 0x20

0x21 从缓冲区读出数据

从SRAM缓冲区的index位置读取length字节数据。

结构	命令	index	length	结束符
长度/Byte	1	2	1	1
内容	0x21	高字节×256+低字节	读取长度（1~255）	0x00

例如从索引0读取3字节数据： 发送: 0x21 00 00 03 00 返回: 0x11 22 33 00（示例）

0x22 向EEPROM写入数据

将数据写入EEPROM，从addr位置开始写入。

结构	命令	addr	data[n]	结束符
长度/Byte	1	2	n	1
内容	0x22	高字节×256+低字节	写入数据	0x00

例如向地址0写入3字节数据0x11 0x22 0x33： 发送: 0x22 00 00 11 22 33 00 返回: 0x22

0x23 从EEPROM读出数据

从EEPROM的addr位置读取length字节数据。

结构	命令	addr	length	结束符
长度/Byte	1	2	1	1
内容	0x23	高字节×256+低字节	读取长度（1~255）	0x00

例如从地址0读取3字节数据： 发送: 0x23 00 00 03 00 返回: 0x11 22 33 00（示例）

0x24 EEPROM读出数据到缓冲区

从EEPROM的eeprom_addr位置读取len字节数据，写入SRAM缓冲区的buf_index位置。

结构	命令	eeprom_addr	buf_index	len	结束符
长度/Byte	1	2	2	1	1
内容	0x24	高字节×256+低字节	高字节×256+低字节	读取长度	0x00

例如从EEPROM地址0读取3字节数据写入缓冲区索引0： 发送: 0x24 00 00 00 00 03 00 返回: 0x24

0x30 读取蜂鸣器状态

读取蜂鸣器当前状态和FIFO中剩余音符数量。

结构	命令	结束符
长度/Byte	1	1
内容	0x30	0x00

发送: 0x30 00 返回: 状态字节 FIFO长度高字节 FIFO长度低字节 0x00 例如蜂鸣器正在播放，FIFO中有512字节： 返回: 0x01 02 00 00

状态字节有以下几种：

状态	宏	值
停止播放	BEEP_STOP	0x00
正在播放	BEEP_PLAY	0x01

0x31 向蜂鸣器音符序列FIFO填入数据

向蜂鸣器FIFO中填入音符序列，每个音符为1字节。

结构	命令	note[n]	结束符
长度/Byte	1	n	1
内容	0x31	音符数据	0x00

例如填入两个音符：C4持续4单位、D4持续1单位： 发送: 0x31 43 50 00 返回: 0x31

0x32 控制蜂鸣器

控制蜂鸣器的播放状态。

结构	命令	mode	结束符
长度/Byte	1	1	1
内容	0x32	0=停止，1=开始播放，2=清空FIFO	0x00

例如开始播放： 发送: 0x32 01 00 返回: 0x32

0xFF 复位模块

执行模块复位操作，拉低LCD_RST和NRST引脚。

结构	命令	结束符
长度/Byte	1	1
内容	0xff	0x00

发送: 0xff 00 返回: 0xff

该返回值返回较为迅速，在发送返回值后进行持续50ms的LCD驱动复位和全片复位。

操作示例

见该项目的python示例

鸣谢

本项目部分设计与文档结构由 Microsoft Copilot 协助完成，感谢其在协议规范与工程逻辑上的高效支持。