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下面分享100ASK_IMX6ULL裸機文檔第15章LCD編程之100ASK_IMX6ULL硬件原理

內(nèi)容包括

1.1?LCD硬件工作原理簡介

1.2?RGB接口的LCD硬件連接信號

1.3 TFT材質(zhì)液晶屏接口簡介(7寸1024600TN-RGB)

1.3.1?LCD關(guān)鍵特性

1.3.2 行時序

1.3.3 列時序
1.3.4 DE模式

1.3.5 RGB數(shù)據(jù)的存放形式

下面分別羅列。

1.1?LCD硬件工作原理簡介

假設(shè)上圖是一個LCD屏幕，屏幕中一個一個密密麻麻的黑點稱之為像素點，每一行有若干個點，試想下有一個電子槍，電子槍位于某一個像素點的背后，然后向這個像素發(fā)射紅，綠，藍三種原色，這三種顏色按不同的比例組合成任意一種顏色。電子槍在像素點的背后，一邊移動一邊發(fā)出各種顏色的光，電子槍從左往右移動，到右邊邊緣之后就跳到下一行的行首，繼續(xù)從左往右移動，如此往復(fù)，一直移動到屏幕右下角的像素點，最后就跳回原點。

問題1：電子槍如何移動？

答： 有一條像素時鐘信號線（DCLK），連接屏幕，每來一個像素時鐘信號（DCLK），電子槍就移動一個像素。

問題2：電子槍打出的顏色該如何確定？

答：有三組紅，綠，藍信號線（RGB），連接屏幕，由這三組信號線（RGB）傳遞顏色

問題3：電子槍移動到LCD屏幕右邊邊緣時，如何得知需要跳到下一行的行首？

答：有一條水平同步信號線（HSYNC），連接屏幕，當(dāng)接收到水平同步信號（HSYNC），電子槍就跳到下一行的最左邊

問題4：電子槍如何得知需要跳到原點？

答：有一條垂直同步信號線（VSYNC），連接屏幕，當(dāng)接收到垂直同步信號線（VSYNC），電子槍就由屏幕右下腳跳到左上角（原點）

問題5：電子槍如何得知三組信號線（RGB）確定的顏色就是它是需要的呢？

答：有一條RGB數(shù)據(jù)使能信號線（DE），連接屏幕，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)使能信號線（DE），電子槍就知道這時由這三組信號線（RGB）確定的顏色是有效的，可以發(fā)射到該像素點。

下圖是開發(fā)板，LCD控制器，LCD屏幕的框圖

之前提到的像素時鐘（DCLK）， 三組紅，綠，藍信號線（RGB），水平同步信號線（HSYNC），垂直同步信號線（VSYNC），RGB數(shù)據(jù)使能信號線（DE）都是從LCD控制器發(fā)出的，只要開發(fā)板支持LCD顯示，它肯定就會有一個LCD控制器。

問題6：RGB三組信號線上的數(shù)據(jù)從何而來？

上圖是RGB數(shù)據(jù)來源框圖，內(nèi)存中劃出一部分區(qū)域，這塊區(qū)域被稱為Framebuffer。在Framebuffer里面我們會構(gòu)造好每一個顏色所對應(yīng)的像素。Framebuffer中的值會被LCD控制器讀出來，通過RGB三組線傳給電子槍，電子槍再把它轉(zhuǎn)換成紅綠藍三種顏色打到屏幕上。在屏幕上的每一個像素，在Frambuffer里面都有一個對應(yīng)存儲空間，里面存有屏幕上對應(yīng)像素的顏色。

LCD控制器會周而復(fù)始的從Framebuffer中取出一個個像素的顏色值，發(fā)給電子槍，同時需要和DCLK，VSYNC，HSYNC，DE這些信號配合好。

1.2 RGB接口的LCD硬件連接信號

本次實驗編程的屏幕屬于RGB接口的顯示屏，RGB接口的顯示屏至少具備以下信號：

① 像素時鐘信號(DCLK)

用于同步LCD上的DE，VS，HS，RGB信號線。

② RGB數(shù)據(jù)信號（R[0:7] ,G[0:7],B[0:7]）

三組信號線組成，分別代表R(紅色)，G(綠色)，B（藍色），這三組信號中的每一組都會有8根信號，三組共同組成24根線來控制顏色數(shù)據(jù)。

有些LCD只需要16位顏色(RGB565)，可以只使用8條紅色數(shù)據(jù)線中的高5位，其余3位懸空；只使用8條綠色數(shù)據(jù)線中的高6位，其余2位懸空；只使用8條藍色數(shù)據(jù)線中的高5位，其余3位懸空。

③ RGB數(shù)據(jù)使能信號（DE）

RGB接口的 LCD 有兩種驅(qū)動模式：DE 模式和 HV 模式。

在HV模式下，需要用到HS與VS來控制刷新。比如對于分辨率為1024x600RGB的LCD，LCD控制器發(fā)出HS信號后，就會發(fā)出1024個DCLK，在每個DCLK上傳輸像素數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)出600個HS信號后，就會發(fā)出一個VS信號。

在DE模式下，需要用到DE信號來控制刷新，比如對于分辨率為1024x600RGB的LCD，LCD控制器發(fā)出DE信號后，就要發(fā)出1024個DCLK，在每個DCLK上傳輸像素數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)出600個DE信號，刷新完一幀數(shù)據(jù)后，又從第1行開始掃描。

編寫LCD程序時，一般都會兼容兩種模式，所以程序中會設(shè)置這3個信號：數(shù)據(jù)使能信號（DE）,垂直同步信號（HS）,水平同步信號（VS）。

④ 水平同步信號

電路中常用HS或HSYNC表示，詳細說明下一小節(jié)會說明。

⑤ 垂直同步信號（幀同步或場同步）

電路中常用VS或VSYNC表示，相信說明下一小節(jié)會說明。

⑥ LCD背光電源控制信號

所謂背光，就是在LCD顯示屏的背部有很多的燈珠，用它們來照亮屏幕。

背光電路可以用GPIO引腳控制，輸出高低電平表示亮滅，只有亮滅兩種狀態(tài)；也可以用PWM引腳來控制，它可以輸出占空比不同的方波，根據(jù)占空比來調(diào)節(jié)LCD的亮度，更加精細。

100ASK_IMX6ULL開發(fā)板的LCD接口定義（在資料光盤/05_Hardware(原理圖)->Base_board->100ask_imx6ull_v1.1.pdf)），就包含了上面所述的幾種信號類型，如下圖：

1.3 TFT材質(zhì)液晶屏接口簡介(7寸1024600TN-RGB)

嵌入式設(shè)備中一般都采用TFT材質(zhì)的液晶屏，如遇到別的材質(zhì)的屏幕，操作方法也是相似的，可能稍微有些差異，針對差異去做修改即可，7寸1024600TN-RGB液晶屏幕接口引腳如下圖，一些關(guān)鍵的引腳做了注釋。

1.3.1 LCD關(guān)鍵特性

1.3.1.1 行時序

接下來我們查看下100ASK_7.0寸LCD手冊時序圖(在資料光盤/06_Datasheet(數(shù)據(jù)手冊)->Extend_modules->7寸LCD模塊.zip->7.0-13SPEC(7寸1024600TN-RGB).pdf)：

如上圖所示，從最小的像素開始分析，電子槍每次在CLK下降沿采集數(shù)據(jù)，即從數(shù)據(jù)線上得到數(shù)據(jù)，并發(fā)射到顯示屏上，然后移動到下一個位置。DATA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)來源就是前面介紹的FrameBuffer。就這樣從一行的最左邊，一直移動到一行的最右邊，完成了一行的顯示。

電子槍當(dāng)打完一行的最后一個數(shù)據(jù)后，就會收到Hsync行同步信號，如上圖可知該LCD的Hsync有效脈沖為低脈沖，根據(jù)時序圖，一個行周期可以大致分為四部分組成：

① thp：horizontal pulse

Hsync信號的脈沖，thpw稱為脈沖寬度，這個時間不能太短，太短電子槍可能識別不到。

② thb：horizontal back porch

③ thf：horizontal front porch

Hsync信號發(fā)出后，電子槍從最右端移動到最左端，這是需要時間的：這個移動的時間就是thb。

從Hsync結(jié)束到DE開始的區(qū)間被稱為行掃描的后肩(back porch)，從DE結(jié)束到Hsync開始稱為前肩(front porch)。

④ thd：horizontal data

thd為數(shù)據(jù)有效區(qū)，假設(shè)一行的有效像素個數(shù)為x。

1.3.1.2 列時序

同理，電子槍被Hsync驅(qū)動，一行一行地從上面移動到最下面時，它會收到一個Vsync信號(上圖中標(biāo)為VSD)：你應(yīng)該回到原點去了。如上圖可知該LCD的VSD有效脈沖為低脈沖，然后就讓電子槍移動回最上邊。VSD中的tvpw是脈沖寬度，tvb是移動時間，tvfp表示顯示完最下一行像素，再過多久VSD才來，tvd為數(shù)據(jù)有效區(qū)，tv為打完一幀所需要的時間。假設(shè)一共有y行，則LCD的分辨率就是x*y。

電子槍打完一幀的最后一個數(shù)據(jù)后，就會收到Vsync行同步信號。根據(jù)時序圖，一幀的周期可以大致分為四部分組成：

① tvp：vertical pulse

Vsync信號的脈沖，tvpw稱為脈沖寬度，這個時間不能太短，太短電子槍可能識別不到。

② tvb：vertical back porch

③ tvf：vertical front porch

Vsync信號發(fā)出后，電子槍從最底端移動到最上端，這是需要時間的：這個移動的時間就是tvb。

在電子槍移動的過程中，Hsync信號會一直有，但是RGB上沒有有效的數(shù)據(jù)。假設(shè)一幀信號里，含有有效數(shù)據(jù)的第1個Hsync信號發(fā)生時間稱為T1；一幀里，最后一行有效數(shù)據(jù)的下一個Hsync信號發(fā)生的時間稱為T2。

從Vsync結(jié)束到T1的這段時間，被稱為列掃描的后肩(back porch)，從T2到Vsync開始稱為前肩(front porch)。

④ tvd：vertical data

tvd為數(shù)據(jù)有效區(qū)，假設(shè)一幀數(shù)據(jù)里的有效行數(shù)為y。

LCD的分辨率是：x*y。

1.3.1.3 DE模式

RGB數(shù)據(jù)有效信號（DEN），高電平表示數(shù)據(jù)有效。

根據(jù)以上信息大致了解幾個關(guān)鍵信號的時序和極性，后面章節(jié)會詳細介紹。

再根據(jù)上圖，我們就可以確定像素時鐘是51.2Mhz。

1.3.1.4 RGB數(shù)據(jù)的存放形式

前面的LCD硬件接口圖里用到了24條數(shù)據(jù)線：R0-R7、G0-G7、B0-B7，每個像素的顏色占據(jù)3*8=24位。硬件上LCD的數(shù)據(jù)引腳連接是固定的，但是我們使用的時候，在軟件上可以支持不同的像素格式，比如ARGB888，ARGB555，RGB565等等。也就是說雖然硬件上用了24條數(shù)據(jù)線，但是軟件上我們可以提供24位數(shù)據(jù)，也可以只提供16位數(shù)據(jù)。當(dāng)只提供16位數(shù)據(jù)時，硬件上24位數(shù)據(jù)線中會有8條數(shù)據(jù)線上沒有數(shù)據(jù)。比如對于RGB565格式，R0R1R2、G0G1、B0B1B2這8條數(shù)據(jù)線上是不傳輸數(shù)據(jù)的，恒為0。

本實驗支持ARGB888和ARGB555。

ARGB888：每個像素就占據(jù)32位數(shù)據(jù)，其中最高字節(jié)A表示灰度透明度其余RGB數(shù)據(jù)8+8+8=24BPP，因為硬件上根本沒接透明度的數(shù)據(jù)線，所以透明度的數(shù)據(jù)沒用上。

ARGB555：每個像素就占據(jù)16位數(shù)據(jù)，其中最高位A表示灰度透明度其余RGB數(shù)據(jù)5+5+5=15BPP，但是LCD本身沒有透明度的數(shù)據(jù)線，所以透明度數(shù)據(jù)沒用上。

-END-

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