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安卓嵌入式工控主板显示器接口设计-深圳联智通达科技有限公司
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作者:lanxus
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发布时间: 2019-10-30
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液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）主要用于显示数字、文本、图形及图像等信息，其具有轻薄、体积小、耗电量低、无辐射危险和平面直角显示等特点。目前，在许多电子应用系统中，常使用LCD显示屏作为人机界面。
液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）主要用于显示数字、文本、图形及图像等信息，其具有轻薄、体积小、耗电量低、无辐射危险和平面直角显示等特点。目前，在许多电子应用系统中，常使用LCD显示屏作为人机界面。
（1）LCD显示器分类形式。从选型角度来看，LCD显示器可分为段式LCD显示器、字符LCD显示器和图形点阵式LCD显示器两种类型。常见的段式LCD显示器的每字由8段组成，一般只能显示数字和部分字母。
在图形点阵式 LCD显示器中，一般分为TN、STN、TFT三种类型。其中，TN类型的LCD显示器主要应用于字符型的液晶模块，可以显示字符和数字，其分辨率一般有8×1、16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×2和40×4等形式，乘号“×”前面的数字表示在显示器上每行显示字符的个数，乘号“×”后面的数字表示显示字符的行数。例如，16×2表示显示器能够显示每行16个字符，共2行。STN类一般为中小型LCD显示器，既有单色的，也有伪彩色的。TFT类型的LCD显示器尺寸则从小到大都有，而且是真彩色显示器。
LCD显示器在颜色上一般可分为单色与彩色两种类型显示器。在单色 LCD显示器中，一个液晶就是一个像素。在彩色LCD显示器中则每个像素由R红色、G绿色和B蓝色三个液晶共同组成。同时也可以认为每个像素背后都有一个8位的属性寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元各自的亮度。有些情况下寄存器的值并不直接驱动 R、G、B 三个液晶单元的亮度，而是通过一个调色板技术来访问的，从而实现真彩色的效果。在实际中，为每个像素都配备寄存器是不现实的，实际上只配备了一组寄存器。而这些寄存器依次轮流连接到每一行像素并装入该行的内容，使每一行像素都短暂地受到驱动，这样就可将所有的像素行都驱动一遍，从而显示一个完整的画面。为了使人不感到闪烁，一般在1 s内要重复显示数十帧。在嵌入式系统应用中，微处理器与LCD显示器之间的信息传送一般采用DMA并行传输方式。
从 LCD 的驱动控制方式上来看，目前流行的有两种模块形式：一种是在 LCD 显示器后边的PCB上带有独立的控制及驱动芯片模块，这种形式适合MCU系统，通常采用总线方式来进行编程驱动，例如，MCS-51系列单片机系统中的LCD显示器采用的就是这种类型的LCD显示器；另一种是在嵌入式微处理器中内嵌LCD控制器来驱动LCD显示器，例如，ARM9微处理器内嵌的LCD控制器一般都可以支持彩色、灰度、单色三种模式的LCD显示器。
（2）LCD显示器组成结构与工作原理。LCD显示器的构造是在两片平行的玻璃中放置液晶，液晶是一种有机复合物，由长棒状的液晶分子构成。在自然状态下，这些长棒状的液晶分子的长轴大致平行，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，通过是否通电来控制长棒状的液晶分子改变方向，从而将光线折射出来产生画面。
LCD显示器的基本原理是在两块平行的玻璃板之间填充液晶材料，通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况，以达到遮光和透光的目的，从而显示深浅不一、错落有致的图像信号，而且只要在两块平行的玻璃板间再加上三元色的滤光层，就可实现彩色图像的显示。
液晶分子具有明显的光学特性，能够调制来自背光灯管发射的光线，实现图像的显示。而一个完整的LCD显示器则由众多像素点构成，每个像素如同一个可以开关的晶体管，这样就可以控制要显示的信息。如果一台LCD显示器的分辨率为320×240，表示它有320（列）×240（行）个像素点可供显示。正在显示图像的LCD显示器，其液晶分子一直是处在开关的工作状态，当然液晶分子的开关次数也是有寿命的，也会出现老化现象。
图形点阵式 LCD显示器由矩阵构成，通常采用8行×5列的点表示一个字符，使用16行×16列的点表示一个汉字。LCD液晶器在不同电压的作用下会有不同的光特性，因此从构造原理来看，LCD显示器可分为STN LCD（俗称伪彩显）和TFT LCD（俗称真彩显）。
STN（Super Twisted Nematic）LCD也称为超扭曲向列型LCD显示器，它在传统单色液晶显示器上加入了彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每个像素分成三个像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，以此达到显示彩色的作用，颜色以淡绿色和橘色为主。
STN LCD显示器属于反射式LCD显示器，它的好处是功耗小，但在比较暗的环境中清晰度较差。STN LCD显示器不能算是真正的彩色显示器，因为屏幕上每个像素的亮度和对比度不能独立控制，它只能显示颜色的深度，与先进的CRT显示器的颜色相比相距甚远，因而也被称为伪彩显。
TFT（Thin Film Field Effect Transistor）即薄膜场效应管显示屏，它的每个液晶像素都是由集成在像素后面的薄膜场效应管来控制的，使每个像素都能保持一定电压，从而可以大大提高反应速度。
TFT LCD显示器可视角度大，一般可达到130°左右，主要应用于高端显示产品。
TFT LCD显示器是真正的彩色显示器，也称为真彩显，TFT LCD显示器为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过节点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制。这样不仅提高了显示屏的反应速度，还可以精确地控制显示色阶，所以TFT LCD显示器的色彩更真实。TFT LCD显示器的特点是亮度和对比度高、层次感较强，但功耗和成本较高。新一代的彩屏手机中一般都是真彩显示，TFT LCD显示器也是目前嵌入式设备中最常用的LCD彩色显示器。
在LCD显示器上显示图像和字符的具体步骤如下。
首先在程序中对与显示相关的部件进行初始化。例如，配置微处理器中通用并行输入/输出口（GPIO）相关的专用寄存器，将与 LCD显示器连接的引脚定义为所需的功能，将帧描述符定义在SDRAM中，初始化DMAC供DMA通道传输显示信息，然后配置LCD显示器控制器中的各种寄存器，最后为LCD显示器上的每一像素与帧缓冲区对应位置建立映射关系，将字符位图转换成字符矩阵数据，并且写入帧缓冲器（也称为显示存储区）。
由于显示存储区（显存）中的每一个单元对应LCD显示器上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便会进行刷新。显示器可以以单色或彩色显示，单色用1位来表示，彩色可以用8位（256色）或16位、24位表示其颜色。屏幕大小和显示模式等因素会影响显存的大小，显存通常从内存空间分配所得，并且它是由连续的字节空间组成的。而显示器的显示操作总是从左到右逐点像素扫描、从上到下逐行扫描的，然后折返到左上角。显存中的数据则是按地址递增的顺序被提取的，当显存中的最后一个字节被提取后，会再返回显存的首地址。
彩色LCD显示器反映自然界的颜色是通过R、G、B值来表示的，如果要在显示器某一点显示某种颜色，则必须在显存中给出相应每一个像素的 R、G、B 值。其实现方法有从显存中直接获取和间接获取两种方式。直接获取方式是在显存里存放像素对应的R、G、B值，通过将该 R、G、B 值传输到显示器上而令屏幕显示。间接获取方式是指显存中存放的并不是R、G、B值，而是调色板的索引值，调色板里存放的才是R、G、B值，然后发送到显示屏上。在显存与显示器之间还需要由LCD显示器的控制器负责完成从显存中提取数据，进行处理后传输到显示器上。
与 CRT 显示器相比，LCD 显示器具有质量轻、体积小、耗电量低、无辐射、平面直角显示等特点。根据显示信息种类，LCD显示器又可分为段式LCD显示器、字符LCD显示器和图形点阵式 LCD 显示器。在一些要求人机界面良好的应用系统中，通常使用图形点阵式TFT LCD显示器来进行交互信息，如手机等。
本文由嵌入式主板厂家整理发布，咨询热线：0755-86026005 手机热线：13316974674
（1）LCD显示器分类形式。从选型角度来看，LCD显示器可分为段式LCD显示器、字符LCD显示器和图形点阵式LCD显示器两种类型。常见的段式LCD显示器的每字由8段组成，一般只能显示数字和部分字母。
在图形点阵式 LCD显示器中，一般分为TN、STN、TFT三种类型。其中，TN类型的LCD显示器主要应用于字符型的液晶模块，可以显示字符和数字，其分辨率一般有8×1、16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×2和40×4等形式，乘号“×”前面的数字表示在显示器上每行显示字符的个数，乘号“×”后面的数字表示显示字符的行数。例如，16×2表示显示器能够显示每行16个字符，共2行。STN类一般为中小型LCD显示器，既有单色的，也有伪彩色的。TFT类型的LCD显示器尺寸则从小到大都有，而且是真彩色显示器。
LCD显示器在颜色上一般可分为单色与彩色两种类型显示器。在单色 LCD显示器中，一个液晶就是一个像素。在彩色LCD显示器中则每个像素由R红色、G绿色和B蓝色三个液晶共同组成。同时也可以认为每个像素背后都有一个8位的属性寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元各自的亮度。有些情况下寄存器的值并不直接驱动 R、G、B 三个液晶单元的亮度，而是通过一个调色板技术来访问的，从而实现真彩色的效果。在实际中，为每个像素都配备寄存器是不现实的，实际上只配备了一组寄存器。而这些寄存器依次轮流连接到每一行像素并装入该行的内容，使每一行像素都短暂地受到驱动，这样就可将所有的像素行都驱动一遍，从而显示一个完整的画面。为了使人不感到闪烁，一般在1 s内要重复显示数十帧。在嵌入式系统应用中，微处理器与LCD显示器之间的信息传送一般采用DMA并行传输方式。
从 LCD 的驱动控制方式上来看，目前流行的有两种模块形式：一种是在 LCD 显示器后边的PCB上带有独立的控制及驱动芯片模块，这种形式适合MCU系统，通常采用总线方式来进行编程驱动，例如，MCS-51系列单片机系统中的LCD显示器采用的就是这种类型的LCD显示器；另一种是在嵌入式微处理器中内嵌LCD控制器来驱动LCD显示器，例如，ARM9微处理器内嵌的LCD控制器一般都可以支持彩色、灰度、单色三种模式的LCD显示器。
（2）LCD显示器组成结构与工作原理。LCD显示器的构造是在两片平行的玻璃中放置液晶，液晶是一种有机复合物，由长棒状的液晶分子构成。在自然状态下，这些长棒状的液晶分子的长轴大致平行，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，通过是否通电来控制长棒状的液晶分子改变方向，从而将光线折射出来产生画面。
LCD显示器的基本原理是在两块平行的玻璃板之间填充液晶材料，通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况，以达到遮光和透光的目的，从而显示深浅不一、错落有致的图像信号，而且只要在两块平行的玻璃板间再加上三元色的滤光层，就可实现彩色图像的显示。
液晶分子具有明显的光学特性，能够调制来自背光灯管发射的光线，实现图像的显示。而一个完整的LCD显示器则由众多像素点构成，每个像素如同一个可以开关的晶体管，这样就可以控制要显示的信息。如果一台LCD显示器的分辨率为320×240，表示它有320（列）×240（行）个像素点可供显示。正在显示图像的LCD显示器，其液晶分子一直是处在开关的工作状态，当然液晶分子的开关次数也是有寿命的，也会出现老化现象。
图形点阵式 LCD显示器由矩阵构成，通常采用8行×5列的点表示一个字符，使用16行×16列的点表示一个汉字。LCD液晶器在不同电压的作用下会有不同的光特性，因此从构造原理来看，LCD显示器可分为STN LCD（俗称伪彩显）和TFT LCD（俗称真彩显）。
STN（Super Twisted Nematic）LCD也称为超扭曲向列型LCD显示器，它在传统单色液晶显示器上加入了彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每个像素分成三个像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，以此达到显示彩色的作用，颜色以淡绿色和橘色为主。
STN LCD显示器属于反射式LCD显示器，它的好处是功耗小，但在比较暗的环境中清晰度较差。STN LCD显示器不能算是真正的彩色显示器，因为屏幕上每个像素的亮度和对比度不能独立控制，它只能显示颜色的深度，与先进的CRT显示器的颜色相比相距甚远，因而也被称为伪彩显。
TFT（Thin Film Field Effect Transistor）即薄膜场效应管显示屏，它的每个液晶像素都是由集成在像素后面的薄膜场效应管来控制的，使每个像素都能保持一定电压，从而可以大大提高反应速度。
TFT LCD显示器可视角度大，一般可达到130°左右，主要应用于高端显示产品。
TFT LCD显示器是真正的彩色显示器，也称为真彩显，TFT LCD显示器为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过节点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制。这样不仅提高了显示屏的反应速度，还可以精确地控制显示色阶，所以TFT LCD显示器的色彩更真实。TFT LCD显示器的特点是亮度和对比度高、层次感较强，但功耗和成本较高。新一代的彩屏手机中一般都是真彩显示，TFT LCD显示器也是目前嵌入式设备中最常用的LCD彩色显示器。
在LCD显示器上显示图像和字符的具体步骤如下。
首先在程序中对与显示相关的部件进行初始化。例如，配置微处理器中通用并行输入/输出口（GPIO）相关的专用寄存器，将与 LCD显示器连接的引脚定义为所需的功能，将帧描述符定义在SDRAM中，初始化DMAC供DMA通道传输显示信息，然后配置LCD显示器控制器中的各种寄存器，最后为LCD显示器上的每一像素与帧缓冲区对应位置建立映射关系，将字符位图转换成字符矩阵数据，并且写入帧缓冲器（也称为显示存储区）。
由于显示存储区（显存）中的每一个单元对应LCD显示器上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便会进行刷新。显示器可以以单色或彩色显示，单色用1位来表示，彩色可以用8位（256色）或16位、24位表示其颜色。屏幕大小和显示模式等因素会影响显存的大小，显存通常从内存空间分配所得，并且它是由连续的字节空间组成的。而显示器的显示操作总是从左到右逐点像素扫描、从上到下逐行扫描的，然后折返到左上角。显存中的数据则是按地址递增的顺序被提取的，当显存中的最后一个字节被提取后，会再返回显存的首地址。
彩色LCD显示器反映自然界的颜色是通过R、G、B值来表示的，如果要在显示器某一点显示某种颜色，则必须在显存中给出相应每一个像素的 R、G、B 值。其实现方法有从显存中直接获取和间接获取两种方式。直接获取方式是在显存里存放像素对应的R、G、B值，通过将该 R、G、B 值传输到显示器上而令屏幕显示。间接获取方式是指显存中存放的并不是R、G、B值，而是调色板的索引值，调色板里存放的才是R、G、B值，然后发送到显示屏上。在显存与显示器之间还需要由LCD显示器的控制器负责完成从显存中提取数据，进行处理后传输到显示器上。
与 CRT 显示器相比，LCD 显示器具有质量轻、体积小、耗电量低、无辐射、平面直角显示等特点。根据显示信息种类，LCD显示器又可分为段式LCD显示器、字符LCD显示器和图形点阵式 LCD 显示器。在一些要求人机界面良好的应用系统中，通常使用图形点阵式TFT LCD显示器来进行交互信息，如手机等。
本文由嵌入式主板厂家整理发布，咨询热线：0755-86026005 手机热线：13316974674
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