关于8位单片机驱动TFT液晶屏的应用总结_全视角IPS_高亮度LCD
2020-05-20

本文很长,但是很详细,适合对TFT液晶屏刚入门的朋友阅读。

对于人机界面中的液晶屏的使用大家都不陌生。从简单的电子表到手机、平板电脑,显示器、液晶电视都能看到他们的身影。早其我们常用的液晶屏,比如段码LCD,1602,12232,12864,等非黑即透明.,随着技术的不断进步,现在在手机和平板电脑等电子设备上用的主要是TFT液晶屏。


本人一直也是对液晶的显示十分好奇,按捺不住,就淘了几个小尺寸TFT液晶屏(呵呵,囊中羞涩)捣鼓捣鼓。发现这东西其实还是很好玩的,除了涉及的知识面比较广,需要阅读不少手册及资料外,只要你要一定的单片机开发的基础,操作起来并不复杂,主要难点还是数据处理和字库的制作上。下面就说道说道这个TFT液晶。全视角IPS液晶屏

 


什么是TFT?


TFT液晶屏也就是thin film transistor 即薄膜晶体管显示屏,它的每一个像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动的。全视角IPS液晶屏


 


常用TFT模块尺寸:


对角线的尺寸:1.44、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、4.0、4.3、5.7、8.4、10.4、15、17、19、21英寸等。


本人使用过的,1.44、1.8、2.2


 


屏幕高宽比:4:3或16:9


 


分辨率:指水平像素和垂直像素的数量。全视角IPS液晶屏


 


点距:相邻两个像素之间的距离。


 


刷新率:每秒更新的画面数。


 


接口形式:并行接口和串行接口


 


颜色的表示:全视角IPS液晶屏


对于黑白或单色像素的信息可以用1个位来表示和存储,


对于一个彩色像素的信息可以用1个多位二进制数来表示和存储。


  用来表示彩色像素的二进制数的尾数,称之为颜色的颜色深度或颜色质量


 


什么是真彩和伪彩全视角IPS液晶屏


颜色深度在16为以上的称为真彩色,颜色深度在16位以下的称为伪彩色。


比如采用1个16位二进制数来表示一个彩色点:


   红色               绿色               蓝色


5位               6位               5位


R4 R3 R2 R1 R0 G5 G4G3   G2 G1G0B4B3B2B1B0


  高8位                      低8位


这就是所谓的5-6-5格式。


 


字符或图像到底是怎样显示出来的?


         首先可将光看作是一种电磁波,以电场和磁场相互垂直而交互震荡的方式向前传播。电场在某个方向上震荡,震荡的幅度越大,光所具有的能量越大。某个方向上震荡的光可以分解成两个垂直方向上的分量。


 


偏光片:作用是让某个方向上震荡的光通过,而把垂直方向上震荡的光挡住。全视角IPS液晶屏


 


偏光片组:第一偏光片仅让在某个方向上震荡的光通过,而第二偏光片再把所通过的光挡住,即可阻绝光的行进,达到关闭光的效果。


 


液晶具有双折射系数的特性,并且在不同的电场下,会有不同的排列方式,因此当光通过液晶时,会受其影响而改变或保持其震荡的方向,当液晶不改变光的震荡方向时,光无法通过第二个偏光板而被关闭,而当液晶将光的震荡方向改变时,光可以在分解成两个分量,虽然一个分量无法通过第二个偏光片,但是仍还有一个分量可以通过第二个偏光片,而成为打开状态。


英雌,可用施加的电场来改变液晶的排列方式,来实现光的开关的来实现显示功能。具体液晶是个什么东西,有那些种类,大家想了解就百度吧,这里就不再细谈了。


 


电场是如何改变的?


首先了解一下TFT(thin-film transister )薄膜电晶体


主要结构是一个非晶矽半导体薄膜,TFT 就有一个门极gate;一个源极source;和一个漏极drain.看看这几电极的名称是不是很熟悉,对了场效应管也是这样命名的,两者类似,但又有不同之处。但是都可以理解成一个受控的开关。


这些开关以矩阵的方式进行排列。






 


彩色的TFT将水平方向的每个像素在次分成3个RGB像素,各个次像素的可以独立的改变,故也分别对应一个TFT。这样3个次像素组成一个像素。全视角IPS液晶屏



 


 


呵呵,看了上面的图,是不是就想到了单片机矩阵按键的动态扫描程序。呵呵不错,逆向思维,矩阵键盘的扫描是读状态,这个是写状态。具体过程如下。
全视角IPS液晶屏

 


在水平方向上的同一条扫描线上,所有TFT的门极都连在一起,所以施加的电压是一样的,若在某一条扫面线上施加足够大的正电压,则这条扫描线上所有的TFT 都会被打开。此时该扫描线上的像素电极,会与垂直方向的资料线(漏极)连接,经由对应的资料线送入相应的视信号,将像素电极充电到适当的电压。接着施加足够大的负电压,关闭TFT,直到下次再重新写入信号。其间使得电荷保存在液晶电容上;在按照这种方式扫描下一行。再送入下一行的视信号,如此依次将整个画面的视信号写入,在重新自第一行开始写入,(一般重复的频率为60-70Hz)。


 


对每个像素中的液晶光阀而言,液晶上所施加的电压和光的穿透度具有一定的关系,因此,只要依据所要显示的画面,控制施加在液晶上的电压,即可将各个像素设定在适当的光穿透度,配合均匀的背光源就显示出想要的画面了。这就是主动式矩阵型液晶的显示原理。


 


就几款液晶屏的参数做一下总结说明


1、1.44寸液晶屏(以下数据来自液晶屏数据手册)


LCD type :     1.45”active matrix TFT-LCD


Rsolution:      128(W)X128(H) Pixels


Display mode :   transmissive type


Display color:    262Kcolor


driverIC:         ILI9163C


Luminance:       120cd/m2


Contrast ratio:     400:1


Viewing direction:  6o’clock 


Interface :         4 wire SPI interface


Back light:         1 white  LED ,18ma ,3,15V


2、引脚说明:


       VCC:    电源  +3,3V


       GND:      电源地


       CS:      片选  (低电平有效)


       RST:     复位   (低电平有效)


       AO:      寄存器选择信号(低电平:选择命令寄存器;高电平:选择数据寄存器)


       SDA:    data input in SPI mode  在SPI模式下的数据输入


       SCL:    在SPI模式下的同步时钟输入


       LED:    背光LED电源


 


呵呵,从引脚定义上就可以看出是不是在SPI模式下只需要4条IO口线就可以和MCU构成一个显示系统了。(其实还用一种模式只要3条IO口线就可以)。全视角IPS液晶屏


 


再看1.8寸TFT的相关数据


显示点阵数:     128W  x   160H     dots


模块外形尺寸:   34W  x  45.83H  x  2.65T    mm


可视区域:       28.03W x 35.04H   mm


像素尺寸:       0.06W   *   3   *  0.18H    mm


像素中心距:     0.18W   *  0.18H    mm


占空比:         1/400


视角:            6点钟


LCD模式:       260k color


IC:              ST7735B


主要引脚定义:同1.44’


 


再看2.2英寸的屏


Size            2.2inch


Resolution:      240*320


Interface        4-wire SPI


Color depth      262k/65k


Technology      a-Si


Pixel pitch(mm):  0.141*0.141


Viewing direction: 6o’clock


LED numbers     4 LEDs


Driver IC        ILI9340C


主要引脚定义同1.44’英寸。


 


从上面不同尺寸液晶屏的引脚的定义看出,1.44英寸和1.8英寸及2.2英寸的TFT液晶屏,在和MCU构成显示系统时操作方式是一样的(因为都是4线 SPI),尽管他们使用的驱动IC型号不同。但是只要你翻看IC的数据手册就会发现,他们的寄存器的定义基本是一样的,操作原理相同。


 


如何构成一个显示系统:


电源+MCU+TFT液晶屏


呵呵,是不是觉得少了点什么?驱动IC那里去了?


其实驱动IC我们是看不到的,它被集成在了液晶屏中,我们只要知道它的寄存器的定义,利用液晶屏的端口会进行读写即可。全视角IPS液晶屏


 


电源:3.3V的直流电源,呵呵,这个不用细说,小功率的可以利用ASM1117-3;大功率的可以利用LM2596S-3.3(最高3A的输出)来构成一个电源。


 


MCU:主要是3个要求。


       工作电压,3.3V


       够大,


       够快。


 


够大才能存的下程序和数据,够快才会图像流畅。全视角IPS液晶屏


本人手头只有15L2K08S2这个单片机,8K程序存储区,2K的SRAM,最高时钟33.1776MHz,最高输出8MHz的外部时钟,比起60S2的60KB的FLASH,小了不少,但是对于普通的不太复杂的应用已经足够了,主要是搞通应用的原理。


 


液晶屏:


以上列举的液晶屏都是串口屏,所以屏的引出脚较少,除此之外还有引出管脚较多的并口屏,当然串口屏的数据是一位一位的送出的,速度相对是比较慢的。


 


在操作上,串口和并口原理差不多。这里就先介绍串口屏的使用。全视角IPS液晶屏


好了,你有了上面的3大件下面在准备点辅料。


1、数据线,USB转串口数据线,用于烧写MCU


2、字符LCD点阵提取软件:百度一下吧,zimo221.exe


3、图片点阵数据提取软件:同样百度,Image2Lcd.exe


4、编程软件:KEIL


5、单片机烧写软件:这个不多说了,看你用的芯片而定。


 


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