STM32——LCD（1）认识

目录

一、初识LCD

1. LCD介绍

2. 显示器的分类

3. 像素

4. LED和OLED显示器

5. 显示器的基本参数

（1）像素

（2）分辨率

（3）色彩深度

（4）显示器尺寸

（5）点距

二、液晶控制构成

三、液晶面板的控制信号

1. LCD接口信号分类

2. 控制信号

（1）RGB信号线

（2）同步时钟信号CLK

（3）水平同步信号HSYNC

（4）垂直同步信号VSYNC

（5）数据使能信号DE

四、液晶数据传输时序

五、显存

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一、初识LCD

1. LCD介绍

        LCD（ Liquid Crystal Display，液晶显示器 ），相对于上一代 CRT显示器（阴极射线管显示器），LCD显示器具有 功耗低、体积小、承载的信息量大及不伤眼 的优点，因而成为现在的 主流电子显示设备，包括电视、电脑显示器、手机屏幕及 各种嵌入式设备的 显示器。

2. 显示器的分类

3. 像素

        液晶是一种介于 固体和液体 之间的 特殊物质，它是一种 有机化合物，常态下 呈液态，但是它的 分子排列却和 固体晶体一样 非常规则，因此取名 液晶。如果 给液晶施加电场，会改变它的分子排列，从而改变光线的传播方向，配合偏振光片，它就具有 控制光线透过率的作用。若再配合彩色滤光片，改变加给液晶电压大小，就能 改变某一颜色透光量 的多少。

        利用这种原理，做出可控制 红、绿、蓝光 输出强度 的显示结构，把 3 种显示结构组成一个 显示单位，通过 控制红、绿、蓝光的 强度 ，可以 使该 单位混合输出 不同的色彩，这样的一个 显示单位被称为 像素。

4. LED和OLED显示器

        LED点阵彩色显示器 的 单个像素点内 包含 红绿蓝三色 LED，显示原理类似实验板上的 LED彩灯，通过控制红绿蓝颜色的强度进行混色，实现 全彩颜色输出，多个像素点构成 一个屏幕。

        由于 每个像素点都是 LED自发光的，所以在 户外或白天 也显示得 非常清晰。但由于LED体积较大，导致屏幕的 像素密度低，所以它一般只 适合用于广场上的巨型显示器 。相对来说，单色的 LED点阵显示器 应用得更广泛。

        新一代的 OLED显示器 与 LED点阵彩色显示器 的原理类似，具有 不需要背光源、对比度高、既轻又薄、视角广及 响应速度快等优点，但 由于它采用的 像素单元是 “ 有机发光二极管 ”（ Organic LightEmitting Diode ），所以 像素密度 比普通 LED点阵显示器 高得多。

5. 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 800×480 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。

（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（ 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1 bit。其他常见的 显示屏色深为16 bit、 24 bit。

（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问的距离，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。

二、液晶控制构成

        一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信。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，根据实际需要，PCB底板上可能会带有“ 液晶控制器芯片 ”。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。而 不带液晶控制器的 PCB底板，只有小部分的 电源管理电路，液晶面板的信号线 与外部微控制器相连，直接控制。

        STM32F429系列的芯片 不需要 额外的液晶控制器，也就是说 它把 专用 液晶控制器的功能集成到 STM32F429芯片内部 了（ 可以理解为电脑的 CPU集成显卡 ），它节约了额外的控制器成本 。

        STM32F1系列的芯片 由于 没有集成液晶控制器到芯片 内部，所以它 只能驱动自带控制器的屏幕（ 可以理解为电脑的外置显卡 ）。

三、液晶面板的控制信号

1. LCD接口信号分类

        MCU 屏接口由于 自带 SRAM，驱动简单，大部分单片机 都能驱动。 

2. 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。使用红、绿、蓝颜色分量来表示颜色是 一种通用的做法，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 的16次方 种颜色。

        而 上图 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 的 24次方 种。

（2）同步时钟信号CLK

        液晶屏与外部使用同步通信方式，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

        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 分辦率为 800 × 480 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

        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。“ 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DE

        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。

四、液晶数据传输时序

        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，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。

        液晶显示指针 在行与行之间、帧与帧之间切换 时需要延时，而且 HSYNC 及 VSYNC 信号本身也有宽度。在这些时间参数 控制的区域，数据使能信号线 DE 都为低电平，RGB 数据线的 信号无效，当 DE为高电平时，表示的数据有效，传输的数据 会直接影响 液晶屏的显示区域。

五、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 800 x 480 的液晶屏，使用 RGB888格式 显示，它的 一帧显示数据 大小为：3 × 800 x 480 = 1152000字节。

        一般来说，外置的液晶控制器 会自带显存，而像 STM32F429这样的 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。