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LCD設(shè)計資料 獲取

先放干貨

要搞定一個帶LCD顯示的產(chǎn)品，可能對于初次接觸LCD硬件設(shè)計的新人工程師來說，感覺是個不小的挑戰(zhàn)，看著它能搞各種酷炫的UI，但是內(nèi)部工作原理是什么卻摸不著頭腦，感覺是有點挑戰(zhàn)的，但實際真沒有想象的那么復(fù)雜，本文就帶你搞定一個分辨率1024x600、RGB接口的LCD電路設(shè)計，先放上一個可用的參考電路圖如下。

圖1.?分辨率1024x600的RGB接口LCD參考電路

從上圖可以看到，要搞定一個LCD電路，只需要完成LCD背光驅(qū)動、LCD配置、和LCD驅(qū)動電源三部分電路即可。至于RGB對外接口、LCD FPC接口這兩，一個是排針接口，一個是LCM半成品的FPC接口，只管連線就行。那這些電路細節(jié)作用原理是什么呢？下面我挨個挨個詳解。

電路細節(jié)解讀

1. 先搞懂什么是LCM半成品

在講解各個電路的細節(jié)原理前，我覺得我們有必要了解下什么是LCM半成品，什么是LCM半成品呢，LCM是LCD Module的縮寫，譯為顯示模組，一個LCM半成品如下圖2所示?？梢钥吹?，它跟我們淘寶搜索的LCD模塊有點不一樣。淘寶搜索到的LCD模塊一般都還有個PCB板，PCB上還有些驅(qū)動電路，板子也留有排針或排母出來，可以扣到一些開發(fā)板上直接驅(qū)動。而LCM半成品不一樣了，它只有一個FPC，沒法直接接到一些開發(fā)板上，也不能直接驅(qū)動。

圖2.?LCM半成品

圖3. 正點原子做好的顯示模組（LCM）

2. 學(xué)會看LCM半成品規(guī)格書

現(xiàn)在我們把LCM半成品了解了，這樣我們知道，要在產(chǎn)品上添加一個可用的LCD，現(xiàn)成的LCD模組尺寸上不一定適合我們。如果不適合的話，我們第一步要做的就是根據(jù)需求去找適合的LCM半成品，然后根據(jù)這個半成品規(guī)格書要求去設(shè)計它對應(yīng)的外設(shè)電路，最后把相關(guān)的信號線接到主控上，這樣一個LCD顯示的硬件需求就可以完成。
那LCM半成品的規(guī)格書怎么看呢？首先我們先看選用的LCM都有哪些信號，知道所有信號后再去看電氣特性，把各個電源電壓是多少搞清楚，然后再去看配置信號的各個電平表示什么，把這些看個遍基本就可以畫圖了。首先，這里我選了之前一個項目用的LCM來做講解，我們先看LCM都有哪些信號。如下圖是這個1024x600的LCM半成品規(guī)格書的截圖，可以看到信號蠻多的，看起來頭大。不過如果我們把它們分類的話，就會變得簡單得多。如圖中，我把它們分為4類，分別為驅(qū)動信號（紅色）、配置信號（綠色）、背光信號（藍色）、驅(qū)動電源（紫色）。這樣分類后就變得清晰得多，那這些信號電路都怎么處理呢？繼續(xù)往下看，我繼續(xù)慢慢講。

圖4.?一個RGB接口LCM半成品的信號匯總

3.?驅(qū)動電源電路設(shè)計

現(xiàn)在我們通過規(guī)格書的信號描述知道了LCM的所有信號，接下來就我們看電源電氣特性信息。由上面知道，LCM的電源主要有驅(qū)動電源和背光電源兩種，我們先看驅(qū)動電源。如下圖5所示，圖5是規(guī)格書中摘取的各個電源電壓、電流特性表。

圖5.?LCM的電壓、電流規(guī)格特性

如上圖5中知道，這個LCM需要5組電源供電才能工作，第一個是數(shù)字電源VDD，給內(nèi)部數(shù)字電路芯片供電的，電壓為3.3V，電流不大，典型值是30mA，我們可以把它拉到排針上，讓主板的3.3V接過來即可。
下面是模擬電源AVDD，這個是給LCM內(nèi)部模擬電路供電的，典型電壓為9.6V，電流為35mA，也還好，不過這個電壓有點高，一般的板子都只有3.3V、5V這樣的標準電壓，所以可能得用個升壓電路把3.3V或5V升到9.6V這個電壓。
再看Gate的驅(qū)動電壓，有VGH和VGL兩個，一個是18V，一個是-6V，電流都極小，才500uA，所以這兩的電源可以不用過多考慮功率夠不夠的問題。
最后是VCOM電壓，VCOM電壓典型值是4V，VCOM是LCM內(nèi)部驅(qū)動芯片的一個參考電壓，它會影響Flicker，原因展開來講的話篇幅會很大，這里不作講解，待后續(xù)文章再單獨講解，這里只需要知道它的電流也不大，一般也是uA級別。從上面分析中，除VDD以外，AVDD、VGH、VGL、VCOM的電壓都比較特殊，不太方便用常規(guī)LDO這些電源方案穩(wěn)壓得到，而且它們電流都比較小。我們可以考慮通過升壓（Boost方案，一種DC-DC開關(guān)電源方案）的方式得到AVDD。然后利用Boost的SW信號作為Charge Pump的開關(guān)信號整理得到VGH和VGL。當(dāng)然，這個Charge Pump得到電壓肯定沒那么準，所以得再放一個18V和6.8V的穩(wěn)壓二極管簡單穩(wěn)壓。剩下就是VCOM電源，剛才也說了，VCOM電流不大，那不大的話，最簡單的方式就是使用電阻分壓方案，所以可以直接通過兩個電阻把AVDD進行分壓得到4V，然后在分壓后的4V電源放個1uF電容儲能，這樣就可以把一個LCD的驅(qū)動電源電路全搞定。

圖6.?LCD的驅(qū)動電源電路

4. 背光電源電路設(shè)計

搞定了LCD驅(qū)動電源電路，我們來看背光電源電路設(shè)計。在說LCM背光電路之前，我先簡單說下LCM的構(gòu)成。如下圖所示，LCM它主要由顯示面板（Panel）、背光源（背光板）、面板的Source和Gate驅(qū)動電路（現(xiàn)在一半都跟Panel在一起了）、外框構(gòu)成。

圖7. LCM的構(gòu)成

如上知道LCM的構(gòu)成后，我們?nèi)タ幢彻庠矗彻庠雌鋵嵕褪怯砂咨獿ED和導(dǎo)光板構(gòu)成，所以我們可以在LCM的規(guī)格書中可以看到背光源的LED信息如下圖所示?？梢钥吹竭@里的背光就是3個LED串聯(lián)為一組，然后6組并聯(lián)一起組成，所以我們設(shè)計背光電路就是設(shè)計LED驅(qū)動電路。

圖8.?LCM背光電路原理

從上面圖中知道，這個LED組合的VF電壓為9V，電流為120mA。對于LED電路設(shè)計，需要特別注意給LED恒流驅(qū)動，恒流了才會讓LED的亮度一致性好。參考前面思路，可以找一個Boost芯片升壓得到9.3V，但注意這個Boost芯片的反饋是電流反饋，這樣才可以實現(xiàn)恒流。這里給個參考可以用MPS的MP3302DJ，當(dāng)然其他家的同類芯片也可以。一個典型的電路原理如下，MP3302DJ升壓后的電壓給到LED的正極，電流通過LED到負極，從負極流到采樣電阻R45上，最后回到GND。這樣流過LED的電流影響R45上的電壓，MP3302DJ通過FB采集R45上的電壓作為反饋信號調(diào)節(jié)SW，動態(tài)控制輸出，形成了動態(tài)恒流控制，電路這樣處理后就完成了LCD的背光電路設(shè)計。如果需要控制背光或背光亮度的話，可以把EN拉到主控芯片的GPIO上，用PWM控制即可。

圖9.?LCD背光電路原理

5.?LCD配置電路設(shè)計

完成上面的LCD驅(qū)動電源電路、背光電路設(shè)計，LCD電路設(shè)計基本就差不多靠近尾聲了，剩下的就是做下對應(yīng)的配置，然后把數(shù)據(jù)線接到連接器或者主控即可。從上面圖4的信號表中，我們可以看到LCM有MODE、SHLR、UPDN、DITHB這幾個配置信號，用于配置LCM工作模式，從圖4看這幾個信號的功能描述，可以看到，都是高低電平控制。

MODE信號用來選擇輸入信號是DE模式還是HSD/VSD模式，要選DE還是HSD/VSD，得看主控支持哪種，現(xiàn)在的主控一般2種都支持，這樣的話建議選DE模式，因為DE只使用一條信號線（DE）就可以實現(xiàn)圖像同步控制，但有的驅(qū)動IC上電時需要把VS信號跟DE信號一起拉低才能保證畫面同步，所以電路設(shè)計時注意把DE、HS、VS都接到主控上，如果LCD的DE模式的坑比較多，還可以用HSD/VSD模式，所以MODE可以預(yù)留上下拉的電阻，根據(jù)實際調(diào)試情況焊接。

接下來是SHLR、UPDN這兩個信號，這兩個信號的組合是用來選擇畫面的像素是從哪個角落開始掃描顯示的。我們看到的LCD顯示畫面，其實是一個像素一個像素的逐行快速刷新顯示。如果配置為左上為起始點，那顯示的畫面是我們正視的正常畫面，如果配置為右上，正視看的話相當(dāng)于圖像做了鏡像，同樣左下和右下一樣的道理。

這樣四個角落可以任意選為起始點的好處是在一些特別的安裝場景中，LCD正視看的話，畫面可能已經(jīng)不是正視圖了，這時如果軟件處理的話會比較麻煩，同時也耗CPU資源。這時可以通過更改圖像起始位置來調(diào)整，這樣可以減少CPU負載，也減少軟件開發(fā)難度。所以SHLR、UPDN這兩個信號如果沒有特別要求，可以任意拉高或者拉低，設(shè)計預(yù)留上下拉電阻位置，不適合了再手動調(diào)整。

最后一個是DITHB信號了，這個DITHB信號如果使能的話，LCD內(nèi)部驅(qū)動芯片就會通過在相鄰像素間插入隨機像素來實現(xiàn)像素質(zhì)量更好（但實際沒那么好），這個就看需求了，可以也預(yù)留上下拉電阻位置，根據(jù)實際調(diào)試情況選擇使能還是不使能。最后放上一個默認的參考配置如下。

圖10.?一個簡單的默認配置，均預(yù)留另外可選配置的電阻位置

6. 數(shù)據(jù)線怎么接

完成上面的設(shè)計后，最后就剩下數(shù)據(jù)線了，數(shù)據(jù)線一共有DCLK（時鐘）、DE、HS、VS、R[7:0]、G[7:0]、B[7:0]、RESET（復(fù)位信號），這些信號怎么連呢，解決辦法就是查主控芯片的引腳定義，主控芯片也會有同樣的信號定義，一一對應(yīng)連上去即可，至于復(fù)位信號RESET，接到一個普通GPIO就行。如果這些信號不想接到主控上，只想做一個模組，那就自定義接到一個排針或者FPC接口都可以，比如這里就自定義接到一個排針上，如下圖所示。

圖11. 數(shù)據(jù)信號、RESET、和電源信號自定義接到排針上
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