stm32专题二十一：LCD显示原理

显示器的基本参数：

1 像素

像素是组成图像的最基本单元要素，显示器的像素指它成像最小的点，即液晶原理中提到的一个显示单元。

2 分辨率

一些嵌入式设备的显示器常常以“行像素值 x 列像素值”表示屏幕的分辨率。如分辨率 800x480 表示该显示器的每一行有 800 个像素点，每一列有 480 个像素点，也可理解为有 800 列，480 行。

3 色彩深度

色彩深度指显示器的每个像素点能表示多少种颜色，一般用“位”(bit)来表示。如单色屏的每个像素点能表示亮或灭两种状态(即实际上能显示 2 种颜色)，用 1 个数据位就可以表示像素点的所有状态，所以它的色彩深度为 1bit，其它常见的显示屏色深为16bit和 24bit。

常用的数据格式：RGB888（三字节 24bit色彩深度，已经非常够用）每个颜色都用8个数据位来表示； RGB565（双字节 16bit色彩深度，能节省很多空间），分别用对应的位数来表示。

4 显示器尺寸

显示器的大小一般以英寸表示，如 5 英寸、21 英寸、24 英寸等，这个长度是指屏幕对角线的长度，通过显示器的对角线长度及长宽比可确定显示器的实际长宽尺寸。

5 点距

点距指两个相邻像素点之间的距离，它会影响画质的细腻度及观看距离，相同尺寸的屏幕，若分辨率越高，则点距越小，画质越细腻。如现在有些手机的屏幕分辨率比电脑显示器的还大，这是手机屏幕点距小的原因；LED 点阵显示屏的点距一般都比较大，所以适合远距离观看。

LCD显示屏：

液晶面板：

这个完整的显示屏由液晶显示面板、电容触摸面板以及 PCB 底板构成。图中的触摸面板带有触摸控制芯片，该芯片处理触摸信号并通过引出的信号线与外部器件通讯，触摸面板中间是透明的，它贴在液晶面板上面，一起构成屏幕的主体，触摸面板与液晶面板引出的排线连接到 PCB 底板上。

因为控制液晶面板需要比较多的资源，所以大部分低级微控制器都不能直接控制液晶面板，需要额外配套一个专用液晶控制器来处理显示过程，外部微控制器只要把它希望显示的数据直接交给液晶控制器即可。

两种液晶面板的控制框图：

液晶面板的控制信号：

（1）RGB信号线

RGB 信号线各有 8 根，分别用于表示液晶屏一个像素点的红、绿、蓝颜色分量。常见的颜色表示会在“RGB”后面附带各个颜色分量值的数据位数，如 RGB565 表示红绿蓝的数据线数分别为 5、6、5 根，一共为 16 个数据位，可表示 2 16 种颜色；而这个液晶屏的种颜色分量的数据线都有 8根，所以它支持 RGB888格式，一共 24 位数据线，可表示的颜色为 2^24 种。

（2）同步时钟信号CLK

液晶屏与外部使用同步通讯方式，以 CLK 信号作为同步时钟，在同步时钟的驱动下，每个时钟传输一个像素点数据。

（3）水平同步信号HSYNC（传输完成一行）

水平同步信号 HSYNC(Horizontal Sync)用于表示液晶屏一行像素数据的传输结束，每传输完成液晶屏的一行像素数据时，HSYNC会发生电平跳变，如分辨率为 800x480的显示屏(800 列，480 行)，传输一帧的图像 HSYNC 的电平会跳变 480次。

（4）垂直同步信号 VSYNC（传输完成一幅图像）

垂直同步信号 VSYNC(Vertical Sync)用于表示液晶屏一帧像素数据的传输结束，每传输完成一帧像素数据时，VSYNC 会发生电平跳变。其中“帧”是图像的单位，一幅图像称为一帧，在液晶屏中，一帧指一个完整屏液晶像素点。人们常常用“帧/秒”来表示液晶屏的刷新特性，即液晶屏每秒可以显示多少帧图像，如液晶屏以 60 帧/秒的速率运行时，VSYNC 每秒钟电平会跳变 60次。

（5）数据使能信号 DC

数据使能信号 DE(Data Enable)用于表示数据的有效性，当 DE 信号线为高电平时，RGB信号线表示的数据有效。

液晶数据传输时序（标准VGA时序）：

液晶屏显示的图像可看作一个矩形。液晶屏有一个显示指针，它指向将要显示的像素。显示指针的扫描方向方向从左到右、从上到下，一个像素点一个像素点地描绘图形。这些像素点的数据通过 RGB 数据线传输至液晶屏，它们在同步时钟CLK 的驱动下一个一个地传输到液晶屏中，交给显示指针，传输完成一行时，水平同步信号 HSYNC电平跳变一次，而传输完一帧时 VSYNC 电平跳变一次。

传输延时：

显存：

液晶屏中的每个像素点都是数据，在实际应用中需要把每个像素点的数据缓存起来，再传输给液晶屏，一般会使用 SRAM 或 SDRAM 性质的存储器，而这些专门用于存储显示数据的存储器，则被称为显存。显存一般至少要能存储液晶屏的一帧显示数据，如分辨率为 800x480 的液晶屏，使用 RGB888 格式显示，它的一帧显示数据大小为：3x800x480=1152000 字节；若使用 RGB565 格式显示，一帧显示数据大小为：2x800x480=768000 字节。一般来说，外置的液晶控制器会自带显存，而像 STM32F429 等集成液晶控制器的芯片可使用内部 SRAM 或外扩 SDRAM 用于显存空间。

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