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2021年08月16日 | 1.8.1_LCD硬件原理_P
2021-08-16 来源：eefocus
下图是一个LCD的假想图，其中每一个黑点都是一个像素点。屏幕后面有一个电子枪，一边移动一遍发射红绿蓝三种颜色。
通过下面的问题里学习LCD。
问1：向一个像素打出颜色之后，要如何移动到下一个像素？
答：有一条CLOCK线连到LCD，每来一个CLOCK，电子枪移动一个像素。
问2：像素的颜色是如何确定的？
答：有三条颜色信号线，分别是R，G，B，像素的颜色就由这三条线来确定。
问3：电子枪如何得知应该跳到下一行？
答：有一条HSYNC（Horizontal Sync Signal）线连到LCD，接受到HSYNC脉冲时，就跳到下一行的最左边。
问4：电子枪如何得知应该跳到原点？
答：类似的，有一条VSYNC（Vertical Sync Signal）线连到LCD，接受到VSYNC脉冲时，就跳回原点。
那么，上述的这些信号都是由谁发出的呢？是由MCU中的LCD控制器发出的，这些线也连到了MCU的LCD控制器。
下图是2440上LCD的插座，有VCLK，每来一个时钟信号移动一个像素，VD则是video data，VFRAME是帧信号，也就是垂直方向上的同步信号，VLINE则是行同步信号。
同样，也可以查看LCD的芯片手册，查找这些引脚定义。
问5：RGB线上的数据从何而来？
答：这些数据显然是由开发人员设置的，在内存中分配一段空间作为FrameBuffer，在FrameBuffer中存放颜色信号。这些信号会被LCD控制器读出来，通过RGB信号线发给LCD，LCD再把他们显示出来。LCD的每一个像素点在FrameBuffer中都有对应的存储空间，里面存有这个像素点的颜色，我们的LCD控制器就会周而复始的取出这些信号发给LCD。
这些数据配合其他线上的时序，就可以操控LCD实现我们的需求。
下面来分析这张时序图，从底部往上看，可以看出电子枪在CLOCK的下降沿（本款是下降沿，其他款的LCD未必）从数据线上得到数据，发射到像素上，并移动到下一个像素，这些像素点的源头则是我们在内存中分配的FrameBuffer。
假设一行有X个信号，在接收完本行的最后一个信号时，LCD需要接受一个行同步信号HSYNC，将电子枪移动到下一行的第一个像素。这个行同步信号的脉冲宽度为thp。LCD接受到行同步信号后，电子枪需要从最右边移动到最左边，这显然不是瞬间完成的，也需要一点时间，这就是电子枪的行同步移动时间thb。另外，在显示完一行最右边的参数后，还要thf时间行同步信号才会过来。
显示完所有的行后，LCD需要接受一个VSYNC同步信号，类似的，这个信号的脉冲宽度为tvp，电子枪移动的时间为tvb，在显示完所有行后，需要tvf时间VSYNC同步信号才会过来。
在tvb和thb这些时间里，电子枪都在移动，这些时间里发出的数据LCD也无法处理，这些参数都需要告诉LCD控制器。来统计一下需要告诉LCD控制器的参数。
LCD的行数和列数；
HSYNC的脉冲宽度和电子枪的移动时间；
VSYNC的脉冲宽度和电子枪的移动时间；
HSYNC信号延迟时间tvf和VSYNC信号延迟时间tvf；
FrameBuffer的地址。
假设LCD有Y行，每行有X个像素点，那么该LCD的分辨率就是X*Y。
记录一篇关于LCD的好文章（https://www.cnblogs.com/shangdawei/p/4760933.html）。
显示完一行中的最右像素之后，再过HFT时间，HSYNC才来，也就是在HFT时间中，右边是黑框，这个值越大，黑框越大。经过HFT时间后，HSYNC到来，电子枪移动到最左边，再经过HSYNC的脉宽和HBP时间，才开始显示最左边的像素，HBP就是左边的黑框，这个值越大，左边黑框越大。同样，在显示完最下一行之后，经过VFP时间，VSYNC才到，所以，VFP就是下边的黑框。经过VFP时间后，电子枪移动到原点，再经过VSYNC和VBP之后才开始显示第一行像素，VBP就是上边黑框。
综上，通过调节HBP，HFP可以调节左右黑框的大小，通过VBP，VFP可以调节上下黑框的大小，通过这些就可以调节屏幕的大小。
每个像素在FrameBuffer中占据的位数称为BPP，即Bit Per Pixel。根据LCD的芯片手册可得，红绿蓝都是八条线，共3*8=24条线。
虽然硬件上是24条线，但是实际程序中并不一定是24位的，在实际的硬件电路中，红色的8条信号线可能只有5条接到了DATA引脚，其他的信号线接地，同样，绿色的8条信号线可能只有6条接到了DATA引脚，其他的信号线接地，蓝色的8条信号线只有5条接到DATA引脚，其他接地。也就是红绿蓝实际只有5+6+5共16条信号线接到了DATA引脚，也就是说每个像素点是两字节表示的。
2440开发板LCD的电路原理图如上，R0和B0都被接地，所以红色-绿色-蓝色也是5-6-5共16条线，即每个像素点都是16位的。
总结一下LCD的操作原理，首先我们需要通过查找芯片手册查看脉冲宽度，分辨率等等这些数据，还需要在内存中分配一个FrameBuffer，每个像素在FrameBuffer中占据若干位，将FrameBuffer的起始地址告诉LCD控制器，之后LCD就会来这里取数据了。配置好LCD控制后，我们实际写程序的时候就只要把要显示的数据写到FrameBuffer中去就可以了，其他的会由硬件自动完成。
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