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2021年10月26日 | stm32专题二十一:LCD显示原理
2021-10-26 来源:eefocus
显示器的基本参数:
1 像素
像素是组成图像的最基本单元要素,显示器的像素指它成像最小的点,即液晶原理中提到的一个显示单元。
2 分辨率
一些嵌入式设备的显示器常常以“行像素值 x 列像素值”表示屏幕的分辨率。如分辨率 800x480 表示该显示器的每一行有 800 个像素点,每一列有 480 个像素点,也可理解为有 800 列,480 行。
3 色彩深度
色彩深度指显示器的每个像素点能表示多少种颜色,一般用“位”(bit)来表示。如单色屏的每个像素点能表示亮或灭两种状态(即实际上能显示 2 种颜色),用 1 个数据位就可以表示像素点的所有状态,所以它的色彩深度为 1bit,其它常见的显示屏色深为16bit和 24bit。
常用的数据格式:RGB888(三字节 24bit色彩深度,已经非常够用) 每个颜色都用8个数据位来表示; RGB565(双字节 16bit色彩深度,能节省很多空间),分别用对应的位数来表示。
4 显示器尺寸
显示器的大小一般以英寸表示,如 5 英寸、21 英寸、24 英寸等,这个长度是指屏幕对角线的长度, 通过显示器的对角线长度及长宽比可确定显示器的实际长宽尺寸。
5 点距
点距指两个相邻像素点之间的距离,它会影响画质的细腻度及观看距离,相同尺寸的屏幕,若分辨率越高,则点距越小,画质越细腻。如现在有些手机的屏幕分辨率比电脑显示器的还大,这是手机屏幕点距小的原因;LED 点阵显示屏的点距一般都比较大,所以适合远距离观看。
LCD显示屏:

液晶面板:
这个完整的显示屏由液晶显示面板、电容触摸面板以及 PCB 底板构成。图中的触摸面板带有触摸控制芯片,该芯片处理触摸信号并通过引出的信号线与外部器件通讯,触摸面板中间是透明的,它贴在液晶面板上面,一起构成屏幕的主体,触摸面板与液晶面板引出的排线连接到 PCB 底板上。
因为控制液晶面板需要比较多的资源,所以大部分低级微控制器都不能直接控制液晶面板,需要额外配套一个专用液晶控制器来处理显示过程,外部微控制器只要把它希望显示的数据直接交给液晶控制器即可。
两种液晶面板的控制框图:

液晶面板的控制信号:

(1)RGB信号线
RGB 信号线各有 8 根,分别用于表示液晶屏一个像素点的红、绿、蓝颜色分量。常见的颜色表示会在“RGB”后面附带各个颜色分量值的数据位数,如 RGB565 表示红绿蓝的数据线数分别为 5、6、5 根,一共为 16 个数据位,可表示 2 16 种颜色;而这个液晶屏的种颜色分量的数据线都有 8根,所以它支持 RGB888格式,一共 24 位数据线,可表示的颜色为 2^24 种。
(2)同步时钟信号CLK
液晶屏与外部使用同步通讯方式,以 CLK 信号作为同步时钟,在同步时钟的驱动下,每个时钟传输一个像素点数据。
(3)水平同步信号HSYNC(传输完成一行
水平同步信号 HSYNC(Horizontal Sync)用于表示液晶屏一行像素数据的传输结束,每传输完成液晶屏的一行像素数据时,HSYNC会发生电平跳变,如分辨率为 800x480的显示屏(800 列,480 行),传输一帧的图像 HSYNC 的电平会跳变 480次。
(4)垂直同步信号 VSYNC(传输完成一幅图像)
垂直同步信号 VSYNC(Vertical Sync)用于表示液晶屏一帧像素数据的传输结束,每传输完成一帧像素数据时,VSYNC 会发生电平跳变。其中“帧”是图像的单位,一幅图像称为一帧,在液晶屏中,一帧指一个完整屏液晶像素点。人们常常用“帧/秒”来表示液晶屏的刷新特性,即液晶屏每秒可以显示多少帧图像,如液晶屏以 60 帧/秒的速率运行时,VSYNC 每秒钟电平会跳变 60次。
(5)数据使能信号 DC
数据使能信号 DE(Data Enable)用于表示数据的有效性,当 DE 信号线为高电平时,RGB信号线表示的数据有效。
液晶数据传输时序(标准VGA时序):

液晶屏显示的图像可看作一个矩形。液晶屏有一个显示指针,它指向将要显示的像素。显示指针的扫描方向方向从左到右、从上到下,一个像素点一个像素点地描绘图形。这些像素点的数据通过 RGB 数据线传输至液晶屏,它们在同步时钟CLK 的驱动下一个一个地传输到液晶屏中,交给显示指针,传输完成一行时,水平同步信号 HSYNC电平跳变一次,而传输完一帧时 VSYNC 电平跳变一次。
传输延时:
显存:
液晶屏中的每个像素点都是数据,在实际应用中需要把每个像素点的数据缓存起来,再传输给液晶屏,一般会使用 SRAM 或 SDRAM 性质的存储器,而这些专门用于存储显示数据的存储器,则被称为显存。显存一般至少要能存储液晶屏的一帧显示数据,如分辨率为 800x480 的液晶屏 , 使用 RGB888 格式显示 , 它的一帧显示数据大小为 :3x800x480=1152000 字节 ; 若 使用 RGB565 格式显示 , 一帧显示数据大小为 :2x800x480=768000 字节。一般来说,外置的液晶控制器会自带显存,而像 STM32F429 等集成液晶控制器的芯片可使用内部 SRAM 或外扩 SDRAM 用于显存空间。
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