STM32之TFT-LCD液晶學(xué)習(xí)

ID:70941 · 發(fā)表于 2015-4-19 02:38

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。其英文全稱為：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶顯示器。

TFT液晶原理:

*背光模組：提供光源
*上下偏光片，TFT Glass Substrate, 液晶：形成偏振光，控制光線的通過與否
*彩色濾光片：提供TFT LCD R/G/B(三原色）的來源
*ITO透明導(dǎo)電層：提供透明的導(dǎo)電通路
*Photo Spacer：提供一個固定高度給彩色濾光片和TFT Glass Substrate，作為灌入液晶的空間，以及做為上下兩層Glass的支撐

液晶特性:

TFT-LCD使用的液晶為TN（Twist Nematic）型液晶，分子成橢圓狀。TN型液晶一般是順著長軸方向串接，長軸間彼此平行方式排列；當(dāng)接觸到槽狀表面時，液晶分子就會順著槽的方向排列與槽中

當(dāng)液晶被包含在兩個槽狀表面中間，且槽的方向相互垂直，則液晶分子的排列為：
a）上表面分子：沿著a方向；
b)下表面分子：沿著b方向；
c）介于上下表面中間的分子：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)。
   因此液晶分子在兩槽狀表面間產(chǎn)生90°的旋轉(zhuǎn)

當(dāng)線性偏極光射入上層槽狀表面時，此光線隨著液晶分子的旋轉(zhuǎn)也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)線性偏極光射出下層槽狀表面時，此光線已經(jīng)產(chǎn)生了90度的旋轉(zhuǎn)

當(dāng)在上下表面之間加電壓時，液晶分子會順著電場方向排列，此時入射光線不再會旋轉(zhuǎn)，因而光線直線射出下表面

偏光片特性：
  將非偏極光（一般光線）過濾成偏振光。
當(dāng)非偏極光通過a方向的偏光片時，光線被過濾成與a方向平行的線性偏極光
上圖：偏振方向相同，線性偏極光繼續(xù)前進(jìn)，通過第二片偏光片時，光線通過。
下圖：偏振方向不同，通過第二片時，光線被完全阻擋

偏振光透過液晶分子，偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光線可通過偏光片

當(dāng)液晶分子呈如圖方向排列時，光線偏振方向?qū)⒉辉侔l(fā)生旋轉(zhuǎn)，最終無法通過偏光片

TFT上下各有一片偏振方向垂直的偏光片，背光板發(fā)出的光經(jīng)背光模組散射后，先通過下層偏光片形成偏振光
   之后通過液晶分子，并由液晶分子的旋轉(zhuǎn)角度決定通過液晶分子后的偏振方向
   在經(jīng)過彩色濾光片產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三色光，最后通過上偏光片，并由偏振光偏振方向與偏光片偏振方向夾角決定最終輸出的光強(qiáng)，以形成不同的色彩。

發(fā)光強(qiáng)弱由MOS管控制液晶偏轉(zhuǎn)角度，從而控制光線出口強(qiáng)弱達(dá)到控制色彩目的.
假設(shè)240*320分辨率液晶則由于基本色彩是3原色所以總共有240*320*3個 MOS管

“像素”（Pixel）是由 Picture(圖像) 和 Element（元素）這兩個單詞的字母所組成的，是用來計算數(shù)碼影像的一種單位，如同攝影的相片一樣，數(shù)碼影像也具有連續(xù)性的濃淡階調(diào)，我們?nèi)舭延跋穹糯髷?shù)倍，會發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實是由許多色彩相近的小方點所組成，這些小方點就是構(gòu)成影像的最小單位“像素”（Pixel）。這種最小的圖形的單元能在屏幕上顯示通常是單個的染色點。越高位的像素，其擁有的色板也就越豐富，越能表達(dá)顏色的真實感。

每個點顯示的顏色如何由確定？
由于TFT 液晶我使用的是2.8寸的240*320分辨率（像素)，16位真彩顯示（接近自然色)
該模塊采用的是顯尚光電的DST2001PH TFTLCD，DST2001PH的控制器為ILI9320(可能為其他)，采用16位的80并口。
驅(qū)動芯片顯存GRAM與色彩關(guān)系:

由于是16為數(shù)據(jù)，所以最低5位代表藍(lán)色，中間6位為綠色，最高5位為紅色。數(shù)值越大，表示該顏色越深。
就是向顯存里面寫入不同數(shù)據(jù)，產(chǎn)生不同的顏色.
常見顏色確定:

利用畫圖工具里面3原色可能確定需要的顯存數(shù)據(jù)。

本人使用ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板自配2.8寸液晶
液晶驅(qū)動芯片硬件接口:

采用16位數(shù)據(jù)線（低了速度太慢，用彩色就沒什么效果了）。該模塊的80并口有如下一些信號線：
CS：TFTLCD片選信號。
WR：向TFTLCD寫入數(shù)據(jù)。
RD：從TFTLCD讀取數(shù)據(jù)。
D[15:0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。
RST：硬復(fù)位TFTLCD。
RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。

ILI9320常用寄存器指令:

R0，這個命令，有兩個功能，如果對它寫，則最低位為OSC，用于開啟或關(guān)閉振蕩器。而如果對它讀操作，則返回的是控制器的型號。這個命令最大的功能就是通過讀它可以得到控制器的型號，而我們代碼在知道了控制器的型號之后，可以針對不同型號的控制器，進(jìn)行不同的初始化。因為93xx系列的初始化，其實都比較類似，我們完全可以用一個代碼兼容好幾個控制器。
R3，入口模式命令。我們重點關(guān)注的是I/D0、I/D1、AM這3個位，因為這3個位控制了屏幕的顯示方向。
//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
AM：控制GRAM更新方向。當(dāng)AM=0的時候，地址以行方向更新。當(dāng)AM=1的時候，地址以列方向更新。
I/D[1:0]：當(dāng)更新了一個數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個位的設(shè)置來控制地址計數(shù)器自動增加/減少1，
/--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

R7:顯示控制命令。該命令CL位用來控制是8位彩色，還是26萬色。為0時26萬色，為1時八位色。D1、D0、BASEE這三個位用來控制顯示開關(guān)與否的。當(dāng)全部設(shè)置為1的時候開啟顯示，全0是關(guān)閉。我們一般通過該命令的設(shè)置來開啟或關(guān)閉顯示器，以降低功耗。

R32，R33:設(shè)置GRAM的行地址和列地址。R32用于設(shè)置列地址（X坐標(biāo)，0~239），R33用于設(shè)置行地址（Y坐標(biāo)，0~319）。當(dāng)我們要在某個指定點寫入一個顏色的時候，先通過這兩個命令設(shè)置到改點，然后寫入顏色值就可以了.

R34:寫數(shù)據(jù)到GRAM命令，當(dāng)寫入了這個命令之后，地址計數(shù)器才會自動的增加和減少。該命令是我們要介紹的這一組命令里面唯一的單個操作的命令，只需要寫入該值就可以了，其他的都是要先寫入命令編號，然后寫入操作數(shù).

R80~R83:行列GRAM地址位置設(shè)置。這幾個命令用于設(shè)定你顯示區(qū)域的大小，我們整個屏的大小為240*320，但是有時候我們只需要在其中的一部分區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)，如果用先寫坐標(biāo)，后寫數(shù)據(jù)這樣的方式來實現(xiàn)，則速度大打折扣。此時我們就可以通過這幾個命令，在其中開辟一個區(qū)域，然后不停的丟數(shù)據(jù)，地址計數(shù)器就會根據(jù)R3的設(shè)置自動增加/減少，這樣就不需要頻繁的寫地址了，大大提高了刷新的速度。
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
我們接下來看看要如何才能驅(qū)動ALIENTEK TFTLCD模塊，TFTLCD顯示需要的相關(guān)設(shè)置步驟如下：
1）設(shè)置STM32與TFTLCD模塊相連接的IO。
這一步，先將我們與TFTLCD模塊相連的IO口設(shè)置為輸出，具體使用哪些IO口，這里需要根據(jù)連接電路以及TFTLCD模塊的設(shè)置來確定。
2）初始化TFTLCD模塊。
其實這里就是上和上面OLED模塊的初始化過程差不多。通過向TFTLCD寫入一系列的設(shè)置，來啟動TFTLCD的顯示。為后續(xù)顯示字符和數(shù)字做準(zhǔn)備。
3）通過函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFTLCD模塊上。

MiniSTM32開發(fā)板的IO口對應(yīng)關(guān)系如下：
LCD_LED對應(yīng)PC10;
LCD_CS對應(yīng)PC9;
LCD _RS對應(yīng)PC8;
LCD _WR對應(yīng)PC7;
LCD _RD對應(yīng)PC6;
LCD _D[17:1]對應(yīng)PB[15:0];

基本GUI接口函數(shù)簡介（一）

80并口時序圖:

(一) :
//------寫數(shù)據(jù)函數(shù)--------- 這里我們采用了宏定義的方式，以提高速度(由于顯示圖像寫入讀出頻繁):
#define LCD_WR_DATA(data){\

LCD_RS_SET;\                            //選擇數(shù)據(jù)
LCD_CS_CLR;\                            //選擇片
DATAOUT(data);\                      //把數(shù)據(jù)放入端口
LCD_WR_CLR;\                         //WR寫數(shù)據(jù)來個上升沿（將數(shù)據(jù)寫入)
LCD_WR_SET;\
LCD_CS_SET;\                            //CS上升沿寫入數(shù)據(jù)完成
}
上面函數(shù)中的‘\’是C語言中的一個轉(zhuǎn)義字符，用來連接上下文，因為宏定義只能是一個串，而當(dāng)你的串過長（超過一行的時候），就需要換行了，此時就必須通過反斜杠來連接上下文。這里的‘\’正是起這個作用
(二):
因為該函數(shù)使用頻率不是很高 ,不使用宏定義
//----向寄存器發(fā)送指令函數(shù)------
void LCD_WR_REG(u8 data)
{
LCD_RS_CLR;    //選擇指令
LCD_CS_CLR;    //選中芯片
DATAOUT(data); //端口放上指令
LCD_WR_CLR;    //WR寫數(shù)據(jù)來個上升沿（將數(shù)據(jù)寫入)
LCD_WR_SET;
LCD_CS_SET;    //CS上啦完成操作
}
(三) :
由下面2個寄存器設(shè)置快速IO

//-------讀取寄存器值函數(shù)---------
u16 LCD_ReadReg(u8 LCD_Reg)
{
u16 t;
LCD_WR_REG(LCD_Reg); //寫入要讀的寄存器號
GPIOB->CRL=0x88888888;    //將端口PORTB設(shè)置成輸入模式
GPIOB->CRH=0x88888888;
GPIOB->ODR=0xffff;             //端口上拉預(yù)備輸入
#ifdef LCD_FAST_IO          //判斷快速IO口是否宏定義過
LCD_RS_SET;                      //運用快速IO口（例:#define LCD_CS_SET  GPIOC->BSRR=1<<9 //片選口  PC9)
LCD_CS_CLR;
LCD_RD_CLR;
LCD_RD_SET; //RD腳產(chǎn)生上升沿
t=DATAIN;
LCD_CS_SET;
#endif
GPIOB->CRL=0x33333333;                //恢復(fù)輸出狀態(tài)
GPIOB->CRH=0x33333333;
GPIOB->ODR=0xffff;
return t;
}