ARMCortexM4原理与应用-液晶屏简介

目前在国内市场上常见的液晶显示器主要有两种：LCD和OLED。

1.LCD液晶显示器

①STN-LCD（Super Twisted Nematic）：超扭转向列式液晶。

②LTPS（Low TemperaturePoly Silicon）：低温多晶硅。

③TFT-LCD（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display）：薄膜晶体管液晶显示器。

而以TFT-LCD应用最广泛，它由光导、偏振片、玻璃基板、储能电容、源驱动（数据）、门驱动、TFT、公共电极、滤色片等组成，其特点是在显示屏的每一个像素点上都有一个薄膜晶体管，使每个像素都可以通过脉冲信号来直接控制。可有效克服非选通时的串扰，使显示的图形色彩鲜艳逼真。尽管液晶本身并不发光，但可通过对液晶施加不同的电压来改变液晶分子的排列顺序，结合偏振片与RGB彩色滤光片等控制机构，就可将背光源的光信号（包含要显示图形的信息）打在液晶面板上，从而实现图形的显示，如图16-2～16-5所示。

图16-2　TFT-LCD的等效电路

图16-3　TFT亮度控制示意图

从图16-5中可以看到，要使TFT-LCD正常工作，需要一个控制系统来协同TFT各个模块之间的关系，因此各种控制芯片应运而生。市面上常用的控制芯片有ILI9xxx系列（比如ILI9320、ILI9341等）和TI公司制作的开发板上常用的SSD2119等。

（1）数据显示格式

常用的数据显示格式有18BPP的RGB666（占3个字节）与16BPP的RGB565（占2个字节）格式，如图16-6所示。

图16-4　TFT-LCD液晶屏组件示意图

图16-5　TFT-LCD驱动框图

图16-6　TFT-LCD常用的显示格式

（2）ILI9320常用的几个命令

①索引寄存器（IR），如图16-7所示。

图16-7　索引寄存器

该索引寄存器指定寄存器（R00h～RFFh）的地址或将要访问的RAM。

②开始振荡命令（R00h），如图16-8所示。

图16-8　开始振荡寄存器

通过设置OSC位为“1”来启动内部振荡器；而设置“0”时停止振荡器工作。至少等待10ms使振荡器的频率稳定后，方可进行其他功能的设置。当对该寄存器进行读取操作时，将返回器件型号为“9320”h。

③入口模式命令（R03h），如图16-9上部所示。

图16-9　入口模式寄存器

从图16-9中可看到，AM用于GRAM更新方向的控制。当AM=“0”，水平写方向的地址得到更新；而当AM=“1”时，垂直写方向的地址得到更新。当用寄存器R16h和R17H设置了一个窗口区域，仅基于I/D[1：0]的GRAM寻址区域和AM置位的区域得到更新。

当更新一个显示数据的像素，I/D[1：0]控制的地址计数器（AC）会自动进行增1或减1的操作，详细过程如图16-9下部所示。

④显示控制1命令，如图16-10所示。

图16-10　显示控制1命令

CL：用来控制是8位色，还是262K色。当CL为0时262K色，当CL为1时8位色。D1、D0、BASEE这3位用于显示器的关断控制。当全部置1时打开显示；当其全0时关断显示。可应用该命令来使能和禁止显示，合理使用电能。

D[1：0]：设置D[1：0]=“11”来打开显示面板；设置D[1：0]=“00”关闭显示面板。

当写D1=“1”图形将显示在面板上；而写D1=0停止图形显示。

当写D1=“0”图形显示数据将被保留在内部GRAM中；而当写D1=“1”时，ILI9320将显示图形数据。

当D1=“0”时，面板上将不会有显示，所有的源输出将接地，以减少驱动液晶时所需的充电/放电电流。

虽然可通过设置D[1：0]=“01”来关闭显示，但ILI9320仍会继续进行内部的显示操作。而当设置D[1：0]=“00”时，却可以完全关闭显示器工作（这时ILI9320的内部显示操作将全部停止）。结合GON与DTE位的设置，可通过设置D[1：0]来控制显示的关/断。

该命令CL位用来控制是8位色，还是262K色。

BASEE：基本图像显示使能位。当BASEE=“0”时，禁止基本图像显示。ILI9320驱动液晶在不点亮显示等级或者仅显示部分图像。当BASEE=“1”时，使能基本图像显示。D[1：0]设置的优先级高于BASEE的设置。

PTDE[1：0]：部分图像2和部分图像1的使能位。当PTDE1/0=“0”时，关闭部分图像，仅显示基本图像；而但PTDE1/0=“1”时，使能部分图像显示，且需设置基本图像显示使能位为0（BASEE=0）。

显示控制1命令中的位与其实现的功能或操作，如图16-11所示。

图16-11　显示控制命令中的位与其相应操作的关系

⑤GRAM水平/垂直地址设置（R20h，R21h）。AD[16：0]设置地址计数器（AC）的初始值。址计数器（AC）可根据AM的设置自动更新，I/D位作为被写入到内部GRAM的数据。当从内部的GRAM中读取数据时，地址计数器不会自动更新。如图16-12所示。

⑥写数据到GRAM命令（R22h），如图16-13所示。该寄存器是GRAMd的访问端口。当通过该寄存器更新显示数据时，地址计数器（AC）自动递增/递减。(www.xing528.com)

⑦水平和垂直RAM的地址位置设置（R50h、R51h、R52h、R53h），如图16-14所示。

图16-12　GRAM水平/垂直地址设置

图16-13　写数据到GRAM命令

图16-14　水平和垂直RAM的地址位置设置

HSA[7：0]/HEA[7：0]：水平方向窗口的起始地址和结束地址。通过设置HSA和HEA位可调整写数据时GRAM水平区域的大小。设置HSA和HEA位必须在开始写RAM操作之前进行，且必须保证：“00”h≤HSA[7：0]<HEA[7：0]≤“EF”h（即239），以及“04”h≦HEA-HAS。

图16-15　设置的显示区域大小

VSA[8：0]/VEA[8：0]：垂直方向窗口的起始地址和结束地址。通过设置VSA和VEA位可调整写数据时GRAM垂直区域的大小。同样，设置VSA和VEA位必须在开始写RAM操作之前进行，且必须保证：“00”h≤VSA[8：0]<VEA[8：0]≤“13F”h（即319）。这几个命令可用于设置自定义显示区域的大小，如图16-15所示。

2.OLED液晶显示屏

OLED（Organic Light-Emitting Diode）为有机发光二极管液晶显示屏。其发光原理：当从阴极注入的电子和阳极注入的空穴在电场力的作用下，这两种载流子相向而行，在有机材料中由于相遇复合而释放能量，从而导致有机发光材料分子中的原子核外围的电子从低能态跃迁到高能态，当这些高能电子返回低能态时将会出现发光现象。

驱动OLED中的一个像素点可分为三个阶段：在第1阶段，段驱动首先把像素复位到低电平，以便释放存储在段电极周边寄生电容中先前数据的电荷，并且可通过命令（编程）来缩短放电的时间；在第2阶段，段驱动把A、B或C色彩中的像素分别预充电到所需的电平值VPA、VPB和VPC，同样可通过命令（编程）来缩短充电的时间；最后阶段是电流驱动阶段，采用PWM方式，通过段驱动中的电流源给像素点提供恒定的驱动电流。OLED段和公共驱动模块框图与驱动信号波形分别如图16-16、16-17所示。

图16-16　OLED段和公共驱动模块框图

图16-17　段和公共驱动信号的波形

在图16-16与16-17中可以看到，段驱动器有288（96×3）个电流源驱动OLED面板（选用96×64OLED）。通过对比度设置命令，可将驱动电流在0～200μA内进行调整，总共256级。公共驱动器会产生电压扫描脉冲，并进行逐行顺序扫描。如果没有行被选中，该行的所有像素将被驱动到电压VCOMH的反相偏置，在扫描行时，该行的所有像素可通过发送相应的数据信号到对应段引脚来打开或关闭这些像素点。如果该像素点被关闭，段驱动电流将保持0电平。反之，该像素点打开，段驱动电流为I_SEG。

（1）OLED的主要优点

其主要优点有质轻、厚度薄、可弯曲、省电、自发光、对比度较高、视角广、反应速度快等。由于OLED比TFT-LCD屏性能更为优越，已广泛地应用于各种电子产品中。下面将介绍由SSD1332控制芯片和96×64面板组成的OLED液晶。

（2）SSD1332控制芯片的模块框图

SSD1332控制芯片的模块框图如图16-18所示。

图16-18　SSD1332控制芯片的模块框图

（3）通信方式采用串行（SPI）模式

其时序如图16-19所示。图中信息描述见表16-1。

表16-1　图中信号描述

从图16-19中可以看到，当CS#为低电平时，将使能SSD1332控制器。在每个SCLK号的上升沿，SDIN上的数据会以D7、D6……D0的次序移入到8位移位寄存器中。每8个时钟周期采样1次，如果D/C#信号置高电平，则移位寄存器中的数据将会写入GDDRAM；如果D/C#信号置低电平，则移位寄存器中的数据将会写入指令寄存器。

图16-19　串行接口的时序图

（4）图形显示数据RAM（GDDRAM）

GDDRAM为要显示图形的位映射静态RAM保存，其大小为96×64×16位，且操作灵活，可通过软件来实现段和公共输出的重映射。

对于显示的垂直滚动，内部寄存器存储显示的起始行可以被设置成控制RAM数据的部分被映射到显示。每个像素点具有16位的数据，颜色A、B和C三个子像素分别为6位、5位和6位。数据像素的图形显示数据RAM结构如图16-20所示。

图16-20　65K色彩深度图形显示数据RAM结构

发送一个16位数据的像素被分成两个8位数据的传输，如图16-21所示。

图16-21　65K色彩深度图形显示数据写入序列

在256色模式中，每个像素由8位构成。颜色A用2位表示，而颜色B和C由3位表示。虽然只用8位来表示一个像素，但每个像素在内部图形显示数据RAM中却要占用16位存储空间，其格式如图16-22所示。

图16-22　一个像素256色深度的图形显示数据RAM结构

（5）OLED的几个常用命令

OLED的几个常用命令的功能介绍见表16-2。

表16-2　几个常用命令的功能介绍（MCU接口引脚设置为D/C=0、R/W（WR#）=0、E（RD#）=1）

（续）