STM32之TFT-LCD液晶學習

ID:70941 · 發表于 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置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。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透明導電層：提供透明的導電通路
*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：產生旋轉的效應。
   因此液晶分子在兩槽狀表面間產生90°的旋轉

當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也產生旋轉。
當線性偏極光射出下層槽狀表面時，此光線已經產生了90度的旋轉

當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，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，線性偏極光繼續前進，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，偏振方向發生旋轉，光線可通過偏光片

當液晶分子呈如圖方向排列時，光線偏振方向將不再發生旋轉，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，背光板發出的光經背光模組散射后，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角度決定通過液晶分子后的偏振方向
   在經過彩色濾光片產生紅、綠、藍三色光，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，以形成不同的色彩。

發光強弱由MOS管控制液晶偏轉角度，從而控制光線出口強弱達到控制色彩目的.
假設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，是用來計算數碼影像的一種單位，如同攝影的相片一樣，數碼影像也具有連續性的濃淡階調，我們若把影像放大數倍，會發現這些連續色調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。
驅動芯片顯存GRAM與色彩關系:

由于是16為數據，所以最低5位代表藍色，中間6位為綠色，最高5位為紅色。數值越大，表示該顏色越深。
就是向顯存里面寫入不同數據，產生不同的顏色.
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據。

本人使用ALIENTEK MiniSTM32開發板自配2.8寸液晶
液晶驅動芯片硬件接口:

采用16位數據線（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寫入數據。
RD：從TFTLCD讀取數據。
D[15:0]：16位雙向數據線。
RST：硬復位TFTLCD。
RS：命令/數據標志（0，讀寫命令；1，讀寫數據）。

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AM=0的時候，地址以行方向更新。當AM=1的時候，地址以列方向更新。
I/D[1:0]：當更新了一個數據之后，根據這兩個位的設置來控制地址計數器自動增加/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與否的。當全部設置為1的時候開啟顯示，全0是關閉。我們一般通過該命令的設置來開啟或關閉顯示器，以降低功耗。

R32，R33:設置GRAM的行地址和列地址。R32用于設置列地址（X坐標，0~239），R33用于設置行地址（Y坐標，0~319）。當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置到改點，然后寫入顏色值就可以了.

R34:寫數據到GRAM命令，當寫入了這個命令之后，地址計數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.

R80~R83:行列GRAM地址位置設置。這幾個命令用于設定你顯示區域的大小，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域寫入數據，如果用先寫坐標，后寫數據這樣的方式來實現，則速度大打折扣。此時我們就可以通過這幾個命令，在其中開辟一個區域，然后不停的丟數據，地址計數器就會根據R3的設置自動增加/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動ALIENTEK TFTLCD模塊，TFTLCD顯示需要的相關設置步驟如下：
1）設置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口設置為輸出，具體使用哪些IO口，這里需要根據連接電路以及TFTLCD模塊的設置來確定。
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寫入一系列的設置，來啟動TFTLCD的顯示。為后續顯示字符和數字做準備。
3）通過函數將字符和數字顯示到TFTLCD模塊上。

MiniSTM32開發板的IO口對應關系如下：
LCD_LED對應PC10;
LCD_CS對應PC9;
LCD _RS對應PC8;
LCD _WR對應PC7;
LCD _RD對應PC6;
LCD _D[17:1]對應PB[15:0];

基本GUI接口函數簡介（一）

80并口時序圖:

(一) :
//------寫數據函數--------- 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;\                            //選擇數據
LCD_CS_CLR;\                            //選擇片
DATAOUT(data);\                      //把數據放入端口
LCD_WR_CLR;\                         //WR寫數據來個上升沿（將數據寫入)
LCD_WR_SET;\
LCD_CS_SET;\                            //CS上升沿寫入數據完成
}
上面函數中的‘\’是C語言中的一個轉義字符，用來連接上下文，因為宏定義只能是一個串，而當你的串過長（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):
因為該函數使用頻率不是很高 ,不使用宏定義
//----向寄存器發送指令函數------
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寫數據來個上升沿（將數據寫入)
LCD_WR_SET;
LCD_CS_SET;    //CS上啦完成操作
}
(三) :
由下面2個寄存器設置快速IO

//-------讀取寄存器值函數---------
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設置成輸入模式
GPIOB->CRH=0x88888888;
GPIOB->ODR=0xffff;             //端口上拉預備輸入
#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腳產生上升沿
t=DATAIN;
LCD_CS_SET;
#endif
GPIOB->CRL=0x33333333;                //恢復輸出狀態
GPIOB->CRH=0x33333333;
GPIOB->ODR=0xffff;
return t;
}

ID:77562 · 發表于 2015-4-20 23:59

# 很不錯# 51黑有你更精彩！！

ID:38212 · 發表于 2015-4-21 21:00

不錯!!!!!!!!!!

ID:137898 · 發表于 2016-8-30 09:26

原理很形象

ID:137903 · 發表于 2016-8-30 09:54

不錯很有用

ID:99453 · 發表于 2016-9-6 18:43

2.4寸和這個類似嗎

ID:247847 · 發表于 2017-11-10 19:14

謝謝分享

ID:412044 · 發表于 2018-10-27 09:54

一直不明白液晶顯示屏的讀操作是什么意思，想要在屏幕上顯示字符或者顏色直接寫入相應的位置就行了，為什么還要讀數據和命令呢？這不是多此一舉嗎？大神求解釋啊，這個問題困擾了我好久

ID:517951 · 發表于 2024-8-17 15:38

火云白羽發表于 2018-10-27 09:54
一直不明白液晶顯示屏的讀操作是什么意思，想要在屏幕上顯示字符或者顏色直接寫入相應的位置就行了，為什么 ...

在液晶屏上顯示圖片,文字等信息的時候, 都是通過寫操作完成的. 至于為什么要讀取內容, 主要是兩個目的: 第一: 讀取可以獲得液晶屏驅動IC的id號. 第二: 讀回來顯示內容, 做一些運算, 可以完成一些特效,如疊加兩個圖片,達到兩個圖層顯示的特效.

ID:1110792 · 發表于 2025-2-26 19:43

描述詳細，回答及時，有幫助，謝謝！

ID:1145041 · 發表于 2025-3-25 16:21

感謝分享，TFT液晶屏的原理解釋的非常到位！

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STM32之TFT-LCD液晶學習

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