TFT显示屏图形芯片方案之硬件篇-高亮液晶屏-7寸工业屏
2020-06-01

●开头讲两句

每一个产品设计出来,是帮助解决生活难题,其中好的产品则是可以直接改变生活习惯。好的设计也应该是便捷的、直观的,如果一个产品需要把高中知识拿出来运算一番,才能有正确的打开方式,估计也没几个人愿意去使用。深圳高亮液晶屏


我想显示屏就是既操作方便,又直观明了的一个发明,现在很多人虽不至于到了成疯成魔的地步,至少每天看得最多的就是它了。



●显示屏有什么好处

在使用的电子产品里,都会有一个和人交互的接口,哪怕只是一个指示灯,有了这些设计才知道手里的这个东西现在是什么状态。深圳高亮液晶屏


显示屏的好处就是在一块屏上集成的十万级的像素点,在不同场景下都可以根据内容动态显示,这让交互界面更满足多样性的需求。




●图形芯片方案是什么

图形芯片就是专门针对TFT显示屏的专用芯片,它的主要功能是用于驱动屏的显示,结合使用场景,有针对性设计出的最适合当前环境下的显示控制。


从使用过的几个图形芯片来看,有侧重于处理图片叠加和切换的,适合于画面间的转换;有侧重于显示速度的,及时更新部分新画面,适合于及时性要求特别高的场景;有侧重于动态控制的,让显示的内容可以连续动作,适合于画面感比较强的;还有侧重于显示内容丰富多样的,支持更多类型的同时显示,适合于综合性要求比较强的。所有的这些控制,都由这颗专门芯片负责完成,显示画面满足的同时,功能性也会更好,同时性价比也相对高一点。深圳高亮液晶屏




●和常见的显示方案有什么不同

常见的显示方案,大多驱动显示都是集成在核心芯片内部的,而且因为集成这个功能的芯片大多设计的主要目的不仅仅是显示,而在于运算上,显示只是它其中一个增补功能。


但是这类芯片因为集成度高,运算能力强,性能完善,所以价格都比较贵,而且因为重点不再显示上面,所以如果主要是要使用它的显示功能,可能还不能满足设计需求,而芯片的大量功能反而浪费了。深圳高亮液晶屏


在日常生活中,也会有仅仅是需要液晶屏显示,不需要有其它的特别功能,更别说还要上操作系统控制,所以图形芯片厂家有针对性的设计这种图形芯片,既能更好的满足特定需要,又能在资源上不造成浪费。




●图形芯片有哪些功能

今天我使用的是雅马哈半导体公司的一款针对家用和车机环境设计的专门芯片,主要满足的是图片的显示、文字的显示、动画的显示、剪切窗口的显示。深圳高亮液晶屏


我觉得它和其它图形芯片最大的好处有可满足的显示图层数高达三百多层,可支持任意的网络下载字体,支持动画的显示,提供了支持Flash软件设计效果的工具,画面切换速度快等特点。



●图形芯片系统架构是什么


由芯片系统架构可知,由另外的CPU完成图形芯片的配置和控制指令的传输;图形芯片完成指令接收并向Flash读取显示图形的数据,然后进行图形数据的处理;最后将处理好的数据通过LCD驱动器传输给TFT显示屏显示。需要特别说明一下,图形芯片还支持独立模式运行,即没有CPU,也可以直接通过Flash里的配置数据进行独立运行,适合固定画面显示的情况。


●硬件部分怎么实现

1、电源部分。深圳高亮液晶屏

电源部分主要完成的是CPU、图形芯片、Flash芯片的供电稳压和LCD驱动的电源控制。稳压根据所选的不同型号进行设计,我使用的CPU使用的是5V供电,图形芯使用的是3.3V供电,Flash也是3.3V,所以用到了5V稳压和3.3V稳压芯片。稳压部分因为所选不同,差异很大,所以需根据具体型号选择。


LCD驱动电源根据屏的使用手册,有背光电源、液晶栅极电容充放电的开启和关闭电源、LCD内部供电为3.3V。



2、主控芯片部分。

主控芯片主要完成和图形芯片的数据传输,因为图形芯片支持并口和串口通信,所以主控芯片只要有并口或串口通信即可,也可以通过端口模拟时序完成通信,再加上需要增加的端口功能,综合选择即可。


3、图形芯片部分。


图形芯片的接口有和CPU的并口通信、和Flash的SPI通信、和LCD的RGB888通信,还有就是自身最小系统的配置。因为图形芯片为了能更好的兼容,很多功能是复用端口设计的,可通过硬件配置进行选择,所以可查看芯片手册,选择最合适的控制方式。图形芯片的内核可工作在80M赫兹。深圳高亮液晶屏


4、SPI flash部分。


SPI flash是以SPI作为通信的存储单元,通信方式也是多种模式可选,一般选择2线或者4线的通信方式进行。因为在运行过程中传输的是图形数据,而且都是从flash读出,没有写入,所以可以为2线进行flash的配置,最终用4线进行数据的读出,将使传输速率更快。根据flash容量的不同,可同时设计大容量和小容量,避免因图形数据过大,小容量的flash不能满足时还要再重新绘制电路板。SPI的通信速率可达100M赫兹左右。


5、显示屏部分。


LCD完成RGB的数据接收,点时钟控制传输速率,水平方向扫描后依次向下纵向扫描直到完整个一帧的画面,根据所使用屏像素的不同,配置图形芯片以满足水平方向和纵向的扫描周期。同时,LCD可以进行扫描方向,即整个屏是从左往右或者从上往下的方向开始扫描,这样在装配的时候,可以任意改变屏的方向,仍使画面调至正确的显示方向。在800*480的显示屏下,点时钟的传输速率在33M赫兹作用。深圳高亮液晶屏




●设计过程应该注意什么

1、因为屏的显示是有背光的,需要的电流很大,所以电源设计至少需要在1A以上。

2、因为不同厂家的屏,具体参数是不一样的,屏的VGH、VGL可能会有差异、背光电流等,所以是要根据具体使用的屏做参数调整的。

3、主控芯片只要能够满足和图形芯片的通信即可,可以选择价格合理,或者自己经常使用的,可以节省很多开发时间。深圳高亮液晶屏

4、存储芯片因为厂家太多,而且SPI flash不同的厂家,命令代码还不一样,应尽量选择大品牌厂家,选择自己使用过的可减少调试时间也是不错的选择。

5、因为采用图形芯片控制显示,工作时工作单元比较多,功耗比较大,待机状态下则应该注意关闭不工作单元,降低静态电流,避免耗电。

6、图形芯片设计的时候是采用了多种接口方式的,比如通信可以是串口也可以是并口,屏的显示可以是RGB,也可以是串口通信,FLASH通信可以是SPI,也可以是模拟时序,时钟可以是外部晶振也可以是内部振荡电路,所以设计的时候应该注意相关的硬件配置,相关引脚状态要对应。

7、因为和图形芯片传输速率都比较快,在电路布线的时候,线路尽量短,信号线以平行方式排列。深圳高亮液晶屏




●后记

所有产品的开发,都是建立在有完备的资料基础上的,如果没有技术手册,也只是看着一颗集成度极高的芯片。所以,作为开发人员,其实大多数时间都是消耗在资料消化上面,如果每一个单元,你都要从头学起,那将花费太多的时间在基础知识学习上,对于项目开发来说,将是很耗时间的。所以,真正有效的方法就是建立长期积累,即所谓学习是一生的事



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