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  • 2021-07-25 12:47:47

    1、像素点

    于一个“小灯“,不管是液晶屏,还是手机,平板,RGBLCD屏幕他都是有由一个个的彩色小灯构成的。彩色点阵屏每个像素点有三个小灯,红色、绿色和蓝色,也叫做RGB。RGB就是光的三原色。通过调整RGB三种颜色的比例,就可以实现姹紫千红的世界。

    2、分辨率

    要想显示文字,图片,视频等等就需要很多个像素点,分辨率说的就是像素点的个数,1080P、720P、2K、4K,8K。1080P=1920*1080,表示一行有1920个像素点,一列有1080个。显示器有尺寸!24村,27村、55寸。尺寸不变的情况下,分辨率越高,显示效果越精细。4K=3840*2160相当于4个1080P

    正点原子的RGB屏幕有:4.3寸480*272,800*480,7寸的800*480和1024*600,10.1寸的1280*800。

    Iphone4屏幕尺寸是3.5寸,960*640分辨率,PPI=327.

    3、像素格式

    如何将RGB三种颜色进行量化,每种颜色用8bit表示,RGB就需要888共24bit。可以描述出2^24=中颜色16777216=1677万种颜色。现在流行10bit,HDR10,支持HDR效果的10bit面板,RGB10 10 10。

    在RGB888的基础上在加上8bit的ALPHA通道,也就是透明通道,ARGB8888=32位。

    4、LCD屏幕接口

    RGB格式的屏幕,一般叫做RGB接口屏。

    屏幕接口有:MIPI、LVDS、MCU、RGB接口。

    正点原子屏幕ID:使用ID可以识别出不同的屏幕,在RGBLCD屏幕上对R7,G7,B7焊接上拉或下拉电阻实现不同的ID。,

    正点原子的ALPHA地板RGB屏幕接口用了3个3157模拟开关。原因是防止LCD屏幕上的ID电阻影响到6ULL的启动。

    5、LCD时间参数和LCD时序

     

    水平:

    HSYNC :行同步信号,当此信号有效的话就表示开始显示新的一行数据,查阅所使用的
    LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效,假设此时是低电平有效。
    HSPW 有些地方也叫做 thp ,是 HSYNC 信号宽度,也就是 HSYNC 信号持续时间。 HSYNC
    信号不是一个脉冲,而是需要持续一段时间才是有效的,单位为 CLK
    HBP 有些地方叫做 thb ,前面已经讲过了,术语叫做行同步信号后肩,单位是 CLK
    HOZVAL :有些地方叫做 thd ,显示一行数据所需的时间,假如屏幕分辨率为 1024*600
    那么 HOZVAL 就是 1024 ,单位为 CLK
    HFP :有些地方叫做 thf ,前面已经讲过了,术语叫做行同步信号前肩,单位是 CLK
    HSYNC 信号发出以后,需要等待 HSPW+HBP CLK 时间才会接收到真正有效的像素
    数据。当显示完一行数据以后需要等待 HFP CLK 时间才能发出下一个 HSYNC 信号,所以
    显示一行所需要的时间就是: HSPW + HBP + HOZVAL + HFP

     

    垂直:一帧图像就是由很多个行组成的,RGB LCD 的帧显示时序如图 24.1.1.7 所示:

    VSYNC :帧同步信号,当此信号有效的话就表示开始显示新的一帧数据,查阅所使用的
    LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效,假设此时是低电平有效。
    VSPW 些地方也叫做 tvp ,是 VSYNC 信号宽度,也就是 VSYNC 信号持续时间,单位为
    1 行的时间。
    VBP 有些地方叫做 tvb ,前面已经讲过了,术语叫做帧同步信号后肩,单位为 1 行的时
    间。
    LINE 有些地方叫做 tvd ,显示一帧有效数据所需的时间,假如屏幕分辨率为 1024*600
    那么 LINE 就是 600 行的时间。
    VFP 有些地方叫做 tvf ,前面已经讲过了,术语叫做帧同步信号前肩,单位为 1 行的时间。
    显示一帧所需要的时间就是: VSPW+VBP+LINE+VFP 个行时间,最终的计算公式:
    T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
    因此我们在配置一款 RGB LCD 的时候需要知道这几个参数: HOZVAL( 屏幕有效宽度 )
    LINE( 屏幕有效高度 ) HBP HSPW HFP VSPW VBP VFP ALIENTEK 三款 RGB LCD
    屏幕的参数如表 24.1.1.3 所示:

     

    6、像素时钟

    像素时钟就是 RGB LCD 的时钟信号,以 ATK7016 这款屏幕为例,显示一帧图像所需要的
    时钟数就是:
    = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
    = (3 + 20 + 600 + 12) * (20 + 140 + 1024 + 160)
    = 635 * 1344
    = 853440
    显示一帧图像需要 853440 个时钟数,那么显示 60 帧就是: 853440 * 60 = 51206400 51.2M
    所以像素时钟就是 51.2MHz

    7、显存

    显存:显示存储空间,采用ARGB8888=32bit=4B。这4个字节的数据表示一个像素点的信息,必须得存起来。1024*600*4=2.5MB。因此需要流出2.5MB的内存给LCD用,方法很简单,直接定义一个32位的数组,u32 lcdframe[1024*600];

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    <什么是液晶> 我们一般认为物体有三态:固态、液态、气态,其实这只是针对水而言...TFT LCD显示原理> a:背景 两块偏光的栅栏角度相互垂直时光线就完全无法通过,图(六)是用偏光太阳镜做的测试。 ...

    <什么是液晶>

    我们一般认为物体有三态:固态、液态、气态,其实这只是针对水而言,有一些有机化和物 还有介于固态和液态中间的状态

    就是液晶态,如下图(一):


                       图(一)

    <TFT LCD显示原理>

    a:背景

    两块偏光的栅栏角度相互垂直时光线就完全无法通过,图(六)是用偏光太阳镜做的测试。


                 图(六)

     

    b:TFT LCD显示原理

    液晶显示器就是利用偏光板这个特性来完成的,利用上下两片栅栏之间互垂直的偏光板之间充满了液晶,在利用电场控制液晶分支的旋转,来改变光的行进方向,如此一来,不同的电场大小,就会形成不同颜色度了,如图(七)。


                 图(七)
    b-1:当在不加上电极的时候,当入射的光线经过下面的偏光板(起偏器)时, 会剩下单方向的光波,通过液晶分子时, 由于液晶分子总共旋转了90度, 所以当光波到达上层偏光板时, 光波的极化方向恰好转了90度。下层的偏光板与上层偏光板, 角度也是恰好差异90度。 所以光线便可以顺利的通过,如果光打在红色的滤光片上就显示为红色。效果如图(七)中前两个图所示。
     
    b-2:当在加上电极后(最大电极),液晶分子在受到电场的影响下,都站立着,光路没有改变,光就无法通过上偏光板,也就无法显示,如图(七)蓝色滤光片下面的液晶。
     
    c: TFT-LCD 驱动电路。
        为了显示任意图形, TFT-LCD m × n 点排列的逐行扫描矩阵显示。在设计驱动电路时,首先要考虑液晶电解会使液晶材料变质,为确保寿命一般都采用交流驱动方式。已经形成的驱动方式有:电压选择方式、斜坡方式、 DAC 方式和模拟方式等。由于 TFT-LCD 主要用于笔记本计算机,所以驱动电路大致分成:信号控制电路、电源电路、灰度电压电路、公用电极驱动电路、数据线驱动电路和寻址线驱动电路(栅极驱动 IC )。上述驱动电路的主要功能是:信号控制电路将数字信号、控制信号以及时钟信号供给数字 IC ,并把控制信号和时钟信号供给栅极驱动 IC ;电源电路将需要的电源电压供给数字 IC 和栅极驱动 IC ;灰度电压电路将数字驱动电路产生的 10 个灰度电压各自供给数据驱动;公用电极驱动电路将公用电压供给相对于象素电极的共享电极;数据线驱动电路将信号控制电路送来的 RGB 信号的各 6 个比特显示数据以及时钟信号,定时顺序锁存并续进内部,然后此显示数据以 6 比特 DA 变换器转换成模拟信号,再由输出电路变换成阻抗,供给液晶屏的资料线;栅极驱动电路将信号控制电路送来的时钟信号,通过移位寄存器转换动作,将输出电路切换成 ON OFF 电压,并顺次加到液晶屏上。最后,将驱动电路装配在 TAB (自动焊接柔性线路板)上,用 ACF (各向异性导电胶膜)、 TCP (驱动电路柔性引带)与液晶显示屏相连接。
     
    d: TFT-LCD工作原理
        首先介绍显示原理。液晶显示的原理基于液晶的透光率随其所施电压大小 而变化的特性。当光通过上偏振片后,变成线性偏振光,偏振方向与偏振片振动方向一致,与上下玻璃基板上面液晶分子排列顺序一致。当光通过液晶层时,由于受液晶折射,线性偏振光被分解为两束光。又由于这两束光传播速度不同(相位相同),因而当两束光合成后,必然使振光的振动方向发生变化。通过液晶层的光,则被逐渐扭曲。当光达到下偏振片时,其光轴振动方向被扭曲了90度,且与下偏振片的振动方向保持一致。这样,光线通过下偏振片形成亮场。加上电压以后,液晶在电场作用下取向,扭曲消失。这时,通过上偏振片的线性偏振光,在液晶层不再旋转,无法通过下偏振片而形成暗场。可见液晶本身不发光,在外光源的调制下,才能显示,在整个显示过程中,液晶起到一个电压控制的光阀作用。TFT-LCD的工作原理则可简述为:当栅极正向电压大于施加电压时,漏源电极导通,当栅极正向电压等于0或负电压时,漏源电极断开。漏电极与ITO象素电极连结,源电极与源线(列电极)连结,栅极与栅线(行电极)连结。这就是TFT-LCD的简单工作原理

     

     

     
    c:常用的液晶结构
    c-1:所谓的NW(Normally white)
      NW指当我们对液晶面板不施加电压时, 我们所看到的面板是亮的画面, 所以才叫做normally white。 另外一种, 当对液晶面板不施加电压时, 面板无法透光, 看起来是黑色的, 就称之为NB(Normally black)

    c-2:为什么要有这两种结构?
      主要是为了不同的应用环境。 一般桌上型计算机或是笔记型计算机,大多为NW的配置,那是因为一般计算机软件的使用环境,你会发现整个屏幕大多是亮点, 也就是说计算机软件多为白底黑字的应用。 既然亮着的点占大多数, 使用NW当然比较方便,也因为NW的亮点不需要加电压, 平均起来也会比较省电。

    反过来,NB的应用环境大多是属于显示屏为黑底的应用了。

    <LCD单个像素点的结构图>

    a:lcd切面的结构:


                         图(八)
    b:作用原理
      TFT_LCD( 薄膜晶体管液晶显示器), 液晶显示器需要电压控制来产生灰阶 . TFT 利用薄膜晶体管来产生电压 , 以控制液晶转向的显示器。 从图(八)的切面结构图来看 , 在上下两层玻璃间 夹着液晶 便会形成平行板电容器 我们称之为 CLC(capacitor of liquid crystal).  它的大小约为 0.1pF,  但是实际应用上 这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候 也就是说当 TFT 对这个电容充好电时 它并无法将电压保持住 直到下一次 TFT 再对此点充电的时候 .( 以一般 60Hz 的画面更新频率 需要保持约 16ms 的时间 .)  这样一来 电压有了变化 所显示的灰阶就会不正确 因此一般在面板的设计上 会再加一个储存电容 CS(storage capacitor  大约为 0.5pF),  以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候 不过正确的来说 长在玻璃上的 TFT 本身 , 只是一个使用晶体管制作的开关 它主要的工作是决定 LCD source driver 上的电压是不是要充到这个点来 至于这个点要充到多高的电压 以便显示出怎样的灰阶 都是由外面的 LCD source driver 来决定的 .

    c:框胶与spacer

    框胶与spacer两种结构成分其中框胶的用途,就是要让液晶面板中的上下两层玻璃能够紧密黏住并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔,所以框胶正如其名,是围绕于面板四周将液晶分子框限于面板之内spacer主要是提供上下两层玻璃的支撑它必须均匀的分布在玻璃基板上不然一但分布不均造成部分spacer聚集在一起反而会阻碍光线通过也无法维持上下两片玻璃的适当间隙(gap), 会成电场分布不均的现象进而影响液晶的灰阶表现.

    <放大镜下的液晶>


     

     

                          图(九)

    a:每个像素点的结构

       放大镜下面的液晶面板如图(九)中所显示的样子.每一份像素点由"红色","蓝色","绿色"三个子基色构成(这就是所谓的三原色. 也就是说利用这三种颜色)。我们把RGB三种颜色,分成独立的三个点, 各自拥有不同的灰阶变化, 然后把邻近的三个RGB显示的点,当作一个显示的基本单位,也就是pixel.那这一个pixel,就可以拥有不同的色彩变化了.(然后对于一个需要分辨率为1024*768的显示画面, 我们只要让这个平面显示器的组成有1024*768个pixel,)便可以正确的显示这一个画面. 

    b:开口率

     液晶显示器中有一个很重要的参数就是亮度, 而决定亮度最重要的因素就是开口率。开口率就是光线能透过的有效区域比例。每一个RGB的点之间的黑色部分就叫做Black matrix.我们回过头来看图(九)就可以发现,black matrix主要是用来遮住不打算透光的部分.比如像是一些ITO的走线,或是Cr/Al的走线,或者是TFT的部分.这也就是为什么我们在图(九)中,每一个RGB的亮点看起来并不是矩形在其左上角也有一块被black matrix遮住的部分这一块黑色缺角的部份就是TFT的所在位置.

     

    <常见的滤光片排列>


                    图(十)

    <像素>

    a:像素原理

    液晶面板上每个像素都分成红、绿、蓝三种颜色,RGB就是所谓的三原色,利用这三种颜色可以混合出各种不同的颜色,我们把RGB三种颜色分成独立的三个点,各自拥有不同的灰阶变化,然后把邻近的三个RGB显示的点当作一个显示的基本单元,就是像素,这个像素就可以拥有不同的色彩变化了。

    b:颜色深度


    normal Color

    256 Color 8(R)*8(G)*4(B)=256 Color

    High Color 

    65536Coloe32(R)*64(G)*32(B)=65536 Color

    Full Color

    64(R)*64(G)*64(B)=262144 Color

    True Color

    256(R)*256(G)*256(B)=16777216 Color

                                      
    <LCD 内部电路>
    a:结构图

                   图(十二)

     

    b:主要的驱动TFT工作的部分有以下几个

    1、source driver  源驱动, 负责供电。

    2、gate driver 栅驱动, 负责打开关闭。

    3、时序控制电路,负责控制gate driver

    4、灰度、gamma控制电路


                  图(十三)

    a:整片面板的大致结构

       从图(十三)中我们可以看到整片面板的等效电路,其中每一个TFT两个电容所并联(代表一个显示的点. 而一个基本的显示单元 pixel,则需要三个这样显示的点,分别来代表 RGB 三原色. 以一个1024*768分辨率的TFT_LCD来说,共需要1024*768*3个这样的点组合而成)

    b:显示步骤

       如图中gate driver 所送出的波形, 依序将每一行的 TFT 打开, 好让整排的source driver同时将一整行的显示点,充电到各自所需的电压,显示不同的灰阶.当这一行充好电时,gate driver便将电压关闭,然后下一行的gate driver便将电压打开,再由相同的一排source driver对下一行的显示点进行充放电.如此依序下去, 当充好了最后一行的显示点, 便又回过来从头从第一行再开始充电.

     

    b-1:图示

    先开放第一行,其他关闭。


                           图(十四)

     

    接着关闭第一行,电压已经固定,固颜色也固定,然后开放第二类,其余关闭,以此类推。

                             图(十五)

     

        由于液晶分子还有一种特性,就是不能够一直固定在某一个电压不变, 不然时间久了, 你即使将电压取消掉, 液晶分子会因为特性的破坏, 而无法再因应电场的变化来转动, 以形成不同的灰阶. 所以每隔一段时间, 就必须将电压恢复原状, 以避免液晶分子的特性遭到破坏. 

    <背光源>


                                图(十七)

    手机上用的TFT 类型的LCD 大部分是用 LED来作为光源的,现有高通手机上背光有三种方式:

    1、PWM 方式, 根据输出方波的占空比来控制电流大小

    2、一线脉冲方式, 根据输入方波的逻辑连控制输出电流大小

    3、dcs方式,有LCD反馈给背光控制芯片来控制输出电流大小

    一般手机上都会有个背光控制芯片来升压控制电流,以8x25上的背光芯片TPS61161为例(其他的背光芯片也类似)

    TPS61161的连接方式:

     

    CTRL 需要连接到平台上的GPIO或则 PMIC上的GPIO。

    这款芯片是pwm方式和一线脉冲方式两用的芯片,工作模式如下:


                                图(十八)

    上图,上半部分就是PWM方式,控制就由GPIO直接连到背光芯片上即可,有一点需要注意,一般用PWM方式都是由PMIC直接控制的因为如果用AP控制在系统负载大的时候PWM波形会失真。下半部分为一线脉冲方式输入需要有一个逻辑来触发一线脉冲方式

    数据格式如下:


                   图(十九)

    数据对应的电流值如下(只给出部分电流值)


                     图(二十)

    DCS方式则是LCD本身可以支持CABC 或则 LABC功能


                图(二十一)

    原理,如图, 平台这边用mipi dcs 命令控制CABC功能,LCD的寄存器为

    51H(默认背光亮度 0 ~ 255)

    53 H(打开关闭)

    55H(模式 不同厂家定义不同)背光
    平台通过mipi 包把 51H 53H 55H 发到 LCD panel 上, LCD panel 根据自身的图像和平台发过来的背光值 计算出自己合适的背光值 在通过 LCD panel 上 的管脚以PWM 方波的形式发给 平台, 平台上有对应的背光芯片接受 PWM 波,背光芯片在根据PWM的波形来控制LCD panel 上LED 两端的电压大小,来控制背光。

     

    在DCS方式下有个LCD输出的PWM频率和背光芯片的输入频率是陪的问题在调试的时候需要注意,一般LCD端输出的PWM频率都可调。






     

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    转载于:https://www.cnblogs.com/big-devil/p/982c07ae-c79e-478d-b23e-225c34db1a2d.html

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  • stm32专题二十一:LCD显示原理

    千次阅读 2019-09-09 23:30:15
    LCD显示原理

    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。

     

    展开全文
  • LCD显示原理及应用

    2010-12-03 10:39:51
    LCD显示原理及应用,LCD控制器的选择与使用
  • 当3个点都通低电平时,液晶凝固成晶体状,将背光完全挡住,所以看到的是黑色。
  • LCD RGB 控制技术讲解 — 时钟篇(上) 个人笔记,欢迎转载,请注明出处,共同...刘金辉 目录   LCD RGB 控制技术讲解 时钟篇上 ... LCD显示流程 LCD时钟分析 显示一行 像素时钟 水平同步时钟 HSYNC...

    LCD RGB 控制技术讲解 — 时钟篇(上)

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    刘金辉

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    时序图

    下面是LCD RGB 控制的典型时序图 
    这里写图片描述 
    天啊,一下就上这玩意,怎么看??? 
    其实要解释上面的时序图,我们还需要了解一些LCD的显示过程。所以现在只是有个印象,稍后我们详细讲解。

    LCD显示流程

    LCD显示一张图片,其实是每一个像素点的填充,只是速度很快我们人眼没有察觉而已。如果将LCD的显示频率降低,我们能明显感觉整个屏幕的闪烁现象。

    • 我们将LCD屏幕分为水平方向和垂直方向 
      LCD 水平垂直方向 
      一般我们的行在水平方向,LCD每一行的像素点被逐一填充,填充完一行继续填充下一行,填充顺序可以为左->右 或者 右->左
    • 一行有多少像素点?
    • 一个LCD需要填充多少行?

    通过查看LCD的手册,例如一个800*480的液晶屏,表示一行(水平)800个像素点,一共有480行。 
    例如下图中现实一帧的图像(从左到右,从上到下) 
    这里写图片描述 
    每一帧图像,就从第一行的第一个像素点一直填充到最后一行的最后一个像素点。

    为了能简单演示一下效果,假设我们现在让LCD现实蓝色,那么LCD的填充效果就像下面的图片 
    这里写图片描述

    好了,如果能了解这个像素填充的过程。那么我接下来就开始分时时钟和LCD现实的关系。

    LCD时钟分析

    我们知道了LCD现实一帧图像也就是像素填充的过程,但是由于速度太快我们察觉不出来,那么这个“快”到底是多快呢?

    显示一行

    • 800*480的RGB LCD屏幕
    • 24bpp 显示模式 
      显示一行,我们LCD需要填充800个像素点。每一个像素由RGB三元素组成,每个元素(R、G、B)由8bit位数组成,也就是说一个像素我们需要通过信号线传输24bit的数据。 
      那么显示一行800个像素需要多长时间呢?我们先看一个要介绍的时钟–像素时钟CLK

    像素时钟

    这里写图片描述
    上图中CLK就是像素时钟,每一个时钟周期发送一个像素的数据。根据我们LCD的参数,例如一行有800个像素,那么经过800个CLK时钟,我们就填充完了800个像素。 
    问题来了… 
    1. 哪一个CLK代表一行的开始? 
    2. 哪一个CLK代表第一个有效的像素数据?

    所以针对上面的问题,我们还需要介绍两个时钟行同步时钟HSYNC有效数据使能VDEN

    水平同步时钟 HSYNC

    HSYNC水平同步信号,表示一行数据的开始。具体如下图 
    这里写图片描述
    其中CLK没有任何变化,只是多了HSYNCDEN两个信号。 
    如图中的红色箭头,当HSYNC产生了如图所示的变化表示新的一行数据传送马上开始,当ENB信号线为高电平期间传输的数据视为有效数据。这样一来,一行800个像素的数据才能正确的传送完成。

    显示一帧

    垂直同步时钟VSYNC

    为什么要有VSYNC呢,按照我们之前假设的800*480LCD。从第一行一直到最后一行,整个LCD屏幕所有像素填充完毕,这一过程也就是写了一帧数据,我们如果要LCD能够实时显示画面,很显然一帧数据肯定不够,所以L要给LCD不断的提供新的帧数据,这无非也就是重复上述显示一帧的过程。 
    这里写图片描述
    上图中VSYNC垂直同步信号,当产生如图所示的变化,就代表新的一帧数据马上开始传送。那么这里没有有效数据信号呢?? 
    其实很简单,因为新的一帧数据不就是从LCD第一行的第一个像素开始填充嘛,那么前面我们已经说明了每一行都自己的同步信号,而每一行也有对应的数据有效信号线。所以垂直同步信号只用关心从一帧数据(8000*480)的同步,而不同关心每一行的同步。

    于是,我们将上面分析的时钟放在一起,就变成了LCD RGB模式的典型时序图 
    这里写图片描述

     

    LCD RGB 控制技术 时钟篇(下)

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    上一篇博文,我们介绍了LCD RGB控制模式的典型时钟。那么这一片我们要详细的去讨论剩下的细节部分。

     

    我们先回顾一下之前的典型时序图

     

    在这个典型的时序图里面,除了上篇博文讲述的HSYNC VSYNC VDEN VCLK这几信号外,我们还能看见诸如HSPW、 VSPW,HBPD、 HFPD,VBPD、 VFPD等等一些词语。我们剩下的时钟细节部分就是后者了,再解释这些词语钱,我们还是先聊点别的吧。哈哈啊哈

    铺垫

    在我们日常生活中,例如我们要打印材料,一般我们都是用的A4的纸张,但是你有没有发现一般我们打印的内容离A4纸张有一定的边距?这就是我们再word里面可以设置的页边距。

     

    我们都知道节约用纸,页边距的存在虽然浪费了一点纸张,但从美观或者打印的角度上页边距都带来一定的好处。在讲解LCD时钟的细节部分,就有点像设置页边距的赶脚...

    为了能够体现出各个时钟和LCD有效显示部分的关系,请参考如下两张图:

    1. 打个比方,一张A4纸张就是LCD控制器工作的部分,而我们写的内容在“有效显示部分”。这两部分用不同颜色代表,如图1.

     

    图1 分别示意LCD有效数据部分和LCD工作时的部分。

    2.那么LCD显示过程和时钟的关系如图2

     

     

    图2 时钟和LCD显示的关系

     

    在图2中,我画出了一帧数据的显示过程。从上一篇博文我们了解了,LCD是显示过程是填充像素,也就是一行一行的填充直到整个LCD屏幕像素填充完毕。

    3. 显示步骤

    为了更好的理解上图,总结成以下几个过程:

    1. 产生垂直信号,表示一帧数据将要开始(类似我们拿到一张A4纸张将要打印)

    2. 经过VBP(具体的数值在后面会解释)个后才开始有效数据的第一行 (类似我们调整A4纸张打印的上边距)

    3. 经过HBP(具体的数值在后面会解释)个CLK后才开始传输每行的有效数据。(类似调整了A4纸张的左边距)

    4. 每行有效数据传输完毕,经过HFPCLK后才开始下一行。(类似调整了A4纸张的右边距)

    5.重复3和4两个步骤一直到有效行显示完。

    6.有效行显示完毕后,经过VFP后再开始下一帧数据 (类似调整了A4纸张的下边距)

     

    通过上面的步骤,整个过程就像设置A4纸张的上边距、左边距、右边距和下边距。但是LCD为什么要设置这个呢?

    其实就像我们打印A4的纸张,如果内容太靠边了,一点点误差可能就会导致一些内容不能正常显示(让我想起高中的盗版书,总有那么几页是歪的,或者内容没有打印完)

    所以LCD控制器为了能更好的显示有效数据,一般都要进行一系列的调整,就像上面设置的“边距”,但是这种“边距”不是距离而是通过上述的时钟调整的。

    注:现在的LCD比较先进了,一般都可以自动调整,但是这几个值还是保留了下来

    4. VBP、VFP、HBP、HFP具体数值

    既然这是调整,那我们如何确认上述的几个值呢?这就要我们参考LCD的相关文档了,在LCD的数据手册里我们能找到这些值的描述。

    为了能更好的说明,我从NXP的一个技术文档中截图如下:文档下载链接

    上图中 Horizontal synchronizing Back Proch 就是 HBP,依次类推大家就知道HFP、VBP、VFP的意思了。手册中给我们写出了官方推荐的值,一般我们采用推荐的值即可。

    5. VSPW、HSPW

    除了上述的VFP、VBP、HBP、HFP。我们还有两个参数需要理解,他们分别是VSPW和HSPW

     

    VSPW、HSPW这两个值其实很简单,其中的W代表width也就是宽度的意思。所以这两个值分别描述的是垂直信号水平信号宽度,如上图所示。

    VSPW、HSPW也可以通过手册得到官方推荐的值。

    VSPW -- 垂直信号的宽度,用为单位,从上图可以看出推荐的值为10行

    HXPW -- 水平信号的宽度,用CLK为单位,上图推荐的值为41CLK

    最后,从手册中也能发现,和行有关的计算是以clock为单位,与垂直相关的计算都是以line为单位。

    当然,说这么多,在我们写LCD驱动程序时能够更好的了解。所以在后面的博文中,希望能结合实际的程序去分析framebuffer和LCD驱动的原理。

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