第4章顯示器接口技術(shù)課件

1顯示器接口技術(shù)4.3鍵盤接口技術(shù)4.2本章內(nèi)容第4章人機(jī)交互接口技術(shù)嵌入式處理器4.1觸摸屏接口技術(shù)4.424.3顯示器接口技術(shù)

為了使嵌入式系統(tǒng)具有友好的人機(jī)接口，需要給嵌入式系統(tǒng)配置顯示裝置，如LCD、LED顯示器等。

4.3.1LCD顯示器

LCD（LiquidCrystalDisplay）是一種耗電少、體積小的數(shù)字式顯示器件，通過液晶、彩色過濾器過濾廣元。在平面面板上顯示字符、文字和圖像等信息。與陰極射線管CRT相比占用空間小、功耗低、輻射低、無閃爍，降低視覺疲勞。31.液晶顯示器（LCD）概述

在LCD顯示器中，顯示面板薄膜被分成很多小柵格，每個(gè)柵格由一個(gè)電極控制，通過改變柵格上的電極就能控制柵格內(nèi)液晶分子的排列，從而控制光路的導(dǎo)通。彩色顯示利用三原色混合的原理顯示不同的色彩：此時(shí)每一個(gè)象素都是由3個(gè)液晶單元格構(gòu)成的。其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色R、綠色G或藍(lán)色B的過濾片，光線經(jīng)過過濾片的處理變成不同的色彩。點(diǎn)陣式LCD由矩陣構(gòu)成，顯示文字字符以及其他符號，常見的點(diǎn)陣LCD用5列7行的點(diǎn)表示一個(gè)字符，使用16行16列的點(diǎn)表示一個(gè)漢字。LCD驅(qū)動器將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為激發(fā)相應(yīng)的點(diǎn)所需的電信號。4

主要用于顯示文本及圖形信息。它具有重量輕、體積小、耗電量低、無輻射、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等特點(diǎn)，因此在許多電子應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用液晶屏作為人機(jī)界面，而且已廣泛應(yīng)用與于各類顯示器件上如下圖所示。5672.LCD的分類

液晶顯示的原理是液晶在不同電壓的作用下會有不同的光特性。一類是STN型液晶屬于無源的，這類液晶需要有外部提供光源，根據(jù)光源的位置又可以進(jìn)一步分成反射式和透射式兩種。這種液晶顯示的成本較低，但有效視角較小，色彩也不夠鮮艷。它具有省電的最大優(yōu)勢。其屏幕尺寸一般在5英寸以下（目前較少使用）。另一類是有源發(fā)光器件TFT形式。TFT是薄膜晶體管ThinFilmTransitor的縮寫，每個(gè)液晶就類似是一個(gè)可以發(fā)光的晶體管。液晶顯示屏就是有許多液晶排列成陣列而構(gòu)成的。由于TFT晶體管具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，已經(jīng)透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到TFT電極下一次再加電改變其排列方式為止。TFT液晶的色彩更逼真，更平滑細(xì)膩，層次感更強(qiáng)。8

單色與彩色顯示器

在單色液晶顯示屏中，一個(gè)液晶就是一個(gè)象素。在彩色液晶顯示屏上加了一個(gè)彩色濾光片，并將單色顯示矩陣中的每一個(gè)像素分成三個(gè)子像素，分別通過彩色濾光片顯示紅，綠，藍(lán)三原色，就可以顯示出色彩。 由于每個(gè)象素是由R紅、G綠和B蘭色三個(gè)子像素共同組成。同時(shí)也可以認(rèn)為每個(gè)象素背后都有一個(gè)寄存器，寄存器的值決定著三個(gè)液晶單元各自的亮度的數(shù)值。有些情況下寄存器的值并不直接驅(qū)動RGB三個(gè)液晶單元的亮度，而是通過一個(gè)調(diào)色板技術(shù)來訪問，發(fā)出真彩色的效果。9

在實(shí)際現(xiàn)實(shí)中如果要為每個(gè)象素都配備寄存器是不現(xiàn)實(shí)的，實(shí)際上只配備了一組寄存器，而這些寄存器依次輪流連接到每一行象素并裝入該行的內(nèi)容，使每一行象素都暫短的受到驅(qū)動，這樣周而復(fù)始將所有的象素行都驅(qū)動一遍就顯示一個(gè)完整的畫面。一般為了使人不感到閃爍，一秒鐘要重復(fù)顯示25幀以上。LCB一般采用并行傳輸。103.LCD的驅(qū)動控制

市場上的LCD有兩種模塊形式，一種是LCD顯示屏后邊有印刷板并在板上帶有驅(qū)動芯片的LCD模塊。這種LCD可以方便的與各種單片機(jī)使用總線方式來驅(qū)動，例如8051單片機(jī)的顯示形式就屬于這種。另一種在微處理器芯片上的內(nèi)置LCD控制器來驅(qū)動顯示模塊（如S3C2410)，它可以支持彩色/灰度/單色三種模式，灰度模式下可支持4級灰度和16級灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的實(shí)際尺寸可支持到320×240。11在常用的嵌入式LCD屏幕上實(shí)現(xiàn)圖像和字符的顯示具體步驟如下：首先在程序中配置微處理器GPIO的寄存器，將與LCD連接的引腳定義為所需的功能；將幀描述符定義在SDRAM里，在DMAC被初始化后供DMAC提??；配置LCD控制器的各寄存器；最后建立LCD屏幕上的每一象素與幀緩沖區(qū)對應(yīng)位置的映射關(guān)系，將字符位圖轉(zhuǎn)換成字符矩陣數(shù)據(jù)，并且寫入到幀緩沖器（也成為顯存）里。124.工作原理

顯存中的每一個(gè)單元對應(yīng)LCD上的一個(gè)點(diǎn)，只要顯存中的內(nèi)容改變，顯示結(jié)果便進(jìn)行刷新。顯示屏可以以單色或彩色顯示，單色用1位來表示，彩色可以用8位（256色）或16位、24位表示其顏色。屏幕的大小和顯示模式這些因素會影響顯存的大小。

顯存通常是從內(nèi)存空間分配所得，并且它是由連續(xù)的字節(jié)空間組成，而屏幕的顯示操作總是從左到右逐點(diǎn)象素掃描，從上到下逐行掃描，直到右下角，然后再折返到左上角。而顯存里的數(shù)據(jù)則是按地址遞增的順序被提取，當(dāng)顯存里的最后一個(gè)字節(jié)被提取后，再返回顯存的首地址。13工作原理

計(jì)算機(jī)反映自然界的顏色是通過R、G、B值來表示的，如果要在屏幕某一點(diǎn)顯示某種顏色，則必須在顯存里給出相應(yīng)每一個(gè)象素的R、G、B值。其實(shí)現(xiàn)方法有直接從顯存中得到和間接得到兩種方式。 直接得到是指在顯存里存放有象素對應(yīng)的RGB值，通過將該RGB值傳輸?shù)斤@示屏上而令屏幕顯示。 間接得到方式是指顯存中存放的并不是RGB值，而是調(diào)色板的索引值，調(diào)色板里存放的才是RGB值，然后再發(fā)送到顯示屏上。

S3C2410處理器顯示接口簡介

LCD顯示屏的顯示需要LCD驅(qū)動器和LCD控制器兩部分硬件邏輯來控制，LCD驅(qū)動器用來建立顯示所需的電場，LCD控制器用來建立顯示像素與顯示緩沖區(qū)的對應(yīng)關(guān)系。下面具體介紹S3C241O芯片中的LCD控制器。

S3C241O芯片中的LCD控制器的功能是，將LCD圖像數(shù)據(jù)從系統(tǒng)主存中的顯示緩沖區(qū)搬移到外部LCD驅(qū)動器中。它支持單色LCD顯示器，單色LCD顯示器可以是4級灰度的(即每個(gè)像素用2位二進(jìn)制數(shù)表示)，也可以是16級灰度的(即每個(gè)像素用4位二進(jìn)制數(shù)表示)。也支持具有256級色彩(即每個(gè)像素用8位二進(jìn)制數(shù)表示)的，以及4096級色彩(即每個(gè)像素用12位二進(jìn)制數(shù)表示)的STN—LCD顯示器。它還支持帶調(diào)色板功能的彩色TFT—LCD顯示器，以及不帶調(diào)色板的真彩TFT—LCD顯示器(其每個(gè)像素用16位或24位二進(jìn)制數(shù)表示)。

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用戶可以通過編程設(shè)定LCD控制器中的相關(guān)寄存器，來選擇所需的水平、垂直像素?cái)?shù)，數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)線寬度，界面時(shí)序以及刷新率等參數(shù)。S3C241O芯片內(nèi)部的LCD控制器用來控制圖像數(shù)據(jù)的傳輸，其接口信號主要有24根數(shù)據(jù)線和9根控制信號線。 S3C2410芯片的LCD控制器能支持每像素8比特(即256色)顯示模式。這8位編碼為紅色3比特、綠色3比特、藍(lán)色2比特。還支持每像素12比特(即4096色)顯示模式。這12比特被編碼為4比特紅色、4比特綠色、4比特藍(lán)色。 對于灰度或彩色模式，需要通過基于時(shí)間抖動算法和幀速率控制(FRC)方法，實(shí)現(xiàn)灰度電平或者色彩的漸變。按照一個(gè)可編程的查找表來進(jìn)行選擇。單色模式則不需要這些模塊(FRC和查找表)。15164.3.2LED顯示器

LED(LightEmittingDiode)常稱為八段發(fā)光二極管,在專用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,特別是在嵌入式控制系統(tǒng)中,應(yīng)用非常普遍。它價(jià)格低廉、體積小、功耗低，而可靠性又很好，因此，從單板微型機(jī)、袖珍計(jì)算機(jī)到許多微型機(jī)控制系統(tǒng)及數(shù)字化儀器都用LED作為輸出顯示。171）LED種類182）數(shù)碼管結(jié)構(gòu)組成1919

為了適用于不同的驅(qū)動方式,每種結(jié)構(gòu)形式又有共陽極和共陰極兩種產(chǎn)品類型。(b)共陽極(a)共陰極

(c)外型及引腳工作原理2020上頁返回LED顯示宇符與段碼的關(guān)系2121靜態(tài)顯示系統(tǒng)在每一次顯示輸出后能夠保持顯示不變,僅在待顯數(shù)碼需要改變時(shí),才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容。顯示某一字符時(shí),相應(yīng)段的LED恒定導(dǎo)通或截止,使所顯示字符的字段連續(xù)發(fā)光。每位數(shù)碼管都應(yīng)有各自的驅(qū)動器件,往往選擇帶鎖存功能的器件,用以鎖存各自待顯示數(shù)碼。功耗大,當(dāng)顯示的位數(shù)較多時(shí),占用的I/O口較多優(yōu)點(diǎn)亮度高,控制程序簡單,顯示穩(wěn)定可靠缺點(diǎn)上頁返回(1)靜態(tài)顯示方式2222上頁返回LED靜態(tài)顯示電路原理圖2323所有位的段選線并聯(lián)起來,由一個(gè)8位I/O口控制,而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制,形成各位的輪流選通,即LED顯示器分時(shí)輪流工作,每次只能使一個(gè)器件顯示1ms～5ms。由于人的視覺暫留現(xiàn)象和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),仍感覺所有的器件都在同時(shí)顯示,達(dá)到穩(wěn)定的視覺效果。

在實(shí)際應(yīng)用中常采用定時(shí)中斷掃描方式,這種方式是每隔一定時(shí)間(如1ms)讓一位數(shù)碼管顯示,假設(shè)有8位數(shù)碼管,顯示掃描周期為8ms。程序控制掃描和定時(shí)中斷掃描。實(shí)現(xiàn)方法上頁返回(2)動態(tài)顯示方式2424LED動態(tài)顯示電路（1）共陰極接法（2）P1：段碼；（3）P3.4-P3.7：位碼（4）經(jīng)74LS244提供LED相應(yīng)段的驅(qū)動電流,送到各個(gè)顯示器的段碼(5)經(jīng)6反向驅(qū)動器75LS04,使位碼1有效。2525

以定時(shí)中斷掃描方式為例,在4位LED顯示器上分別顯示數(shù)字1、2、3、4。單片機(jī)定時(shí)器T0定時(shí)1ms,要顯示的4位數(shù)據(jù)放在顯示緩沖單元30H至33H中。

ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INTT0MAIN：MOVTMOD,#01H ;T0初始化,定時(shí)1ms MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH MOV IE,#82H ;中斷系統(tǒng)初始化

SETB TR0 ;啟動T0AGAIN：MOVR0,#30H ;顯示緩沖區(qū)首地址

MOV R2,#80H ;顯示位控制字下頁上頁返回2626NEXT：MOV A,R2 JB ACC.3,AGAIN;4位顯示完則重復(fù)

SJMP NEXT ;4位未顯示完則顯示下一位下頁上頁返回INTT0：MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH MOV P1,#00H ;關(guān)顯示

MOV A,@R0 ;取顯示數(shù)據(jù)

MOV DPTR,#SEG MOVC A,@A+DPTR ;查待顯示數(shù)字的段碼

MOV P1,A ;輸出段碼

MOV A,R2 MOV P3,A ;輸出位碼

RR A MOV R2,A INC R0 RETISEG： DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH2727在進(jìn)行LED動態(tài)顯示控制時(shí),要遵循的規(guī)則有：①任何時(shí)刻只能有一個(gè)LED顯示器的共陽(或共陰)端接通。②每個(gè)LED顯示器的顯示內(nèi)容要有一定的保留時(shí)間。③在最長20ms內(nèi),一個(gè)顯示端口所驅(qū)動的LED必須都分別刷新一次。根據(jù)這個(gè)條件若一個(gè)顯示端口驅(qū)動n個(gè)LED,則每個(gè)LED顯示內(nèi)容保持的時(shí)間為20/nms。下頁上頁返回2828