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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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对于27MHz晶体振荡器电路,网友可能会提出多种问题,以下是一些常见问题及其详细回答:

一、电路设计相关问题

  1. 如何设计一个简单的27MHz晶体振荡器电路?
    • 回答:设计一个简单的27MHz晶体振荡器电路通常包括晶体本身、两个反馈电容、一个或多个电阻以及可能的放大元件(如晶体管或集成电路中的振荡器部分)。例如,可以使用一个并联型晶体振荡器电路,其中晶体与两个电容形成谐振电路,并通过一个放大元件(如CMOS反相器)提供正反馈以维持振荡。具体设计可参考技术资料(如华强电子网)提供的电路图,并根据实际需要进行调整。
  2. 如何选择合适的反馈电容和电阻值?
    • 回答:反馈电容和电阻的选择对振荡器的稳定性和频率精度至关重要。电容值通常根据晶体的规格和所需的振荡频率来确定,而电阻值则用于限制放大器的增益,以防止振荡器过度放大并产生不稳定现象。选择时,建议参考晶体振荡器的数据手册或相关设计指南,并结合实验测试来找到最佳值。

二、电路性能相关问题

  1. 如何减少27MHz晶体振荡器的谐波失真?
    • 回答:谐波失真通常是由于电路中的非线性元件或设计不当引起的。为了减少谐波失真,可以采取以下措施:
      • 选择低谐波失真的晶体振荡器。
      • 在电路中添加低通滤波器以滤除高频谐波。
      • 优化电路设计,减少非线性元件的使用,并确保电路元件的匹配性。
  2. 如何提高27MHz晶体振荡器的频率稳定性?
    • 回答:频率稳定性受多种因素影响,包括晶体的物理特性、环境温度、电源电压波动等。提高频率稳定性的方法包括:
      • 选择高质量的晶体振荡器,确保其具有较低的频率漂移和温度系数。
      • 在电路中添加温度补偿电路,以抵消温度变化对频率的影响。
      • 使用稳定的电源电压,并在必要时添加电压稳压器。
      • 优化电路布局和接地设计,减少电磁干扰和噪声。

三、电路调试与测试相关问题

  1. 如何调试27MHz晶体振荡器电路以确保其正常工作?
    • 回答:调试晶体振荡器电路时,可以按照以下步骤进行:
      • 检查电路连接是否正确,确保所有元件都已正确安装。
      • 使用示波器观察振荡波形,确认其频率和幅度是否符合要求。
      • 调整反馈电容和电阻值,以优化振荡器的性能和稳定性。
      • 检查电源电压和电流是否稳定,并调整至推荐值。
      • 如果发现谐波失真或其他问题,根据具体情况采取相应的解决措施。
  2. 如何测试27MHz晶体振荡器的输出频率和相位噪声?
    • 回答:测试晶体振荡器的输出频率和相位噪声通常需要使用专业的测试设备,如频率计和相位噪声分析仪。测试时,将振荡器的输出连接到测试设备的输入端,并设置适当的测试参数。通过测试设备可以准确测量振荡器的输出频率和相位噪声水平,从而评估其性能是否符合要求。

四、其他常见问题

  1. 27MHz晶体振荡器适用于哪些应用场景?
    • 回答:27MHz晶体振荡器由于其较高的频率和较好的稳定性,广泛应用于无线通信、雷达系统、电子测量仪器等领域。在这些应用场景中,晶体振荡器作为时钟源或频率基准,为系统提供稳定的频率信号。
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      • 避免在极端温度或湿度条件下使用。
      • 保持电源电压稳定,避免频繁波动。
      • 定期检查电路连接和元件状态,及时更换损坏的元件。
      • 避免机械冲击和振动对晶体振荡器的影响。
      • 选择质量可靠、性能稳定的晶体振荡器产品。
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在电子行业,尤其是工业自动化与控制领域,Foxboro I C T Inc(现为施耐德电气旗下的一部分,通常简称为Foxboro)的发展充满了创新与挑战。以下是五个与Foxboro在电子行业里发展起来相关的故事,每个故事均基于事实进行描述:

1. Foxboro的起源与早期创新

Foxboro的历史可以追溯到1908年,在美国马萨诸塞州的福克斯伯勒,E.H.和B.B.兄弟联手开设了商店,并逐渐发展成为一家专注于工业控制自动化的公司。1920年代,Foxboro推出了其第一款Model 10 Stabilog比例加复位控制器,这标志着公司在工业自动化领域的初步探索。此后,Foxboro持续在控制技术上取得突破,如1950年代发布的全尺寸图形面板仪表和首款磁流量计,这些创新为公司在工业控制领域奠定了坚实的基础。(参考来源:Foxboro官网及相关历史资料)

2. 分布式控制系统的先驱

进入1970年代,Foxboro推出了SPEC 200系统,这是全球第一款真正的分布式控制系统(DCS)。该系统通过分散控制、集中管理的理念,极大地提高了工业生产的效率和可靠性。SPEC 200系统的成功推出,不仅巩固了Foxboro在工业自动化领域的领先地位,也推动了整个行业向更加智能化、自动化方向发展。(参考来源:知乎专栏及相关行业报告)

3. 进入中国市场,引领自动化发展

1983年,在中美贸易合作的大背景下,Foxboro与中国上海仪电控股(集团)公司共同投资成立了上海福克斯波罗有限公司(即Foxboro中国)。作为最早的中美合资企业之一,Foxboro中国迅速将最新技术和产品引入中国,推动了中国过程自动化行业的蓬勃发展。在成立初期,Foxboro中国就完成了最新技术和产品向中国本土的转移,所生产的成套系统装置广泛应用于石油、化工、电力等多个行业。(参考来源:国际能源网及相关报道)

4. ISO 9001国际质量认证的历史性突破

1991年12月,Foxboro中国成为中国首个获得ISO 9001国际质量合格证书的企业。这一历史性突破不仅标志着Foxboro中国在质量管理上达到了国际先进水平,也为中国仪表行业乃至整个工业领域树立了标杆。此后,Foxboro中国积极分享其质量管理经验,帮助众多中国企业取得国际质量体系认证,推动了整个行业的质量提升。(参考来源:知乎专栏及相关历史资料)

5. 数字化时代的转型与升级

2014年,Foxboro被施耐德电气收购后,融入了施耐德电气的一体化能源管理与过程自动化解决方案。在此背景下,Foxboro推出了新一代EcoStruxure Foxboro DCS过程自动化系统。该系统融合了Foxboro I/A Series控制系统的可靠性和施耐德电气的数字化能力,为企业客户提供了一站式的平台服务。EcoStruxure Foxboro DCS的推出,标志着Foxboro在数字化时代迈出了重要一步,也为公司在全球工业自动化领域的持续发展注入了新的动力。(参考来源:施耐德电气官网及相关产品介绍)

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