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8 . LCD 顯示實驗

8 . LCD 顯示實驗. 實驗目的 瞭解 TFT 型彩色 LCD 顯示的工作原理和介面 掌握 S3C2440 與 LCD 顯示的介面原理 掌握 LCD 色彩及繪製簡單圖形的編譯 實驗內容 編寫程式，實現在任意位置畫長方形的功能（或者其他的繪圖功能）以及顯示圖片 實驗設備 DMA2440XP 教學平台 ADS 1.2 試用版內建開發環境和除錯軟體 USB 連接線、串列連接線、電源 4.3〞 橫式 TFT 彩 色螢幕. 8. 1 LCD 原理簡介. LCD 顯示器，即人們常說的液晶顯示器，具有低耗電，體積小等特點，被廣泛應用於嵌入式系統中。

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8 . LCD 顯示實驗

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  1. 8. LCD顯示實驗 實驗目的 • 瞭解TFT型彩色LCD顯示的工作原理和介面 • 掌握S3C2440與LCD顯示的介面原理 • 掌握LCD色彩及繪製簡單圖形的編譯 實驗內容 • 編寫程式，實現在任意位置畫長方形的功能（或者其他的繪圖功能）以及顯示圖片 實驗設備 • DMA2440XP教學平台 • ADS 1.2 試用版內建開發環境和除錯軟體 • USB連接線、串列連接線、電源 • 4.3〞橫式TFT 彩色螢幕

  2. 8.1 LCD 原理簡介 LCD顯示器，即人們常說的液晶顯示器，具有低耗電，體積小等特點，被廣泛應用於嵌入式系統中。 在LCD顯示器中，顯示面板薄膜被分成很多小柵格，每個小柵格有一個電極控制，通過改變柵格上的電壓就能控制格內液晶分子的排列，從而控制光路的導通。彩色顯示通過利用三種原色混合的原理顯示不同的色彩：彩色面板中，每個圖元都是有三個液晶單格構成的，其中每個單格前面都分別有紅色，綠色或藍色的過濾片；光線經過過濾片的處理變成紅色，藍色或則綠色，利用三原色的原理組合出不同的色彩。 常見的LCD包括TN（Twist Nematic）型顯示器（扭轉向列型顯示器，如TN_LCD, STN_LCD和DSTN_LCD）和TFT（Tin Film Transistor薄膜電晶體）型顯示器。這兩種顯示器的基本原理比較接近，不同點在於：TN型顯示器通過電極控制液晶分子，FET有電容效應，顯示質量較差；TFT型顯示器則通過FET控制液晶分子，FET有電容效應，所以液晶分子能在下一次電極變化前保持原有的排列，因此TFT型顯示器的顏色數量和更新速度都優於TN型顯示器。

  3. ARM晶片中內建LCD控制器（以S3C2440為例）主要是將記憶體中的圖像資訊傳送到LCD驅動器中。一般的ARM晶片中內建的LCD控制器支援多種LCD顯示模式，比如單色，灰階，偽彩色或真彩色等。三星ARM晶片內置的LCD控制器還提供虛擬螢幕功能，大圖片在顯示的時候可以上下左右移動。三星ARM晶片的LCD控制器中還帶有查色表（調色板）功能。這個功能可以在LCD顯示器上顯示最接近原始圖顏色特徵的圖片。ARM晶片中內建LCD控制器（以S3C2440為例）主要是將記憶體中的圖像資訊傳送到LCD驅動器中。一般的ARM晶片中內建的LCD控制器支援多種LCD顯示模式，比如單色，灰階，偽彩色或真彩色等。三星ARM晶片內置的LCD控制器還提供虛擬螢幕功能，大圖片在顯示的時候可以上下左右移動。三星ARM晶片的LCD控制器中還帶有查色表（調色板）功能。這個功能可以在LCD顯示器上顯示最接近原始圖顏色特徵的圖片。 ARM晶片連接不同的LCD顯示設備時，需要通過設置控制暫存器來調整顯示狀態，以便正常顯示。因此，對LCD控制器的控制實際上轉換成對映射到記憶體空間的暫存器值的控制。

  4. 8.2 S3C2440的內部LCD控制器介紹 • S3C2440內置的LCD控制器支援單色，4級灰階，或16級灰階的黑白螢幕，也可以支援256色和4096色的彩色STN LCD螢幕。它也支援調色TFT彩色LCD，並且也支援16位元和24位元的真實色彩顯示。 • LCD控制器可以通過編譯選擇支援不同的LCD螢幕的要求，例如行和列圖元，資料匯流排寬度，介面時序和更新頻率。 • LCD控制器的主要作用就是，將定位於系統記憶體的顯示緩衝區的LCD圖像資料傳送到外部LCD驅動器。 LCD控制器的主要特性： STN LCD顯示器 • 支援3種類型的LCD顯示幕：4位元雙掃描，4位元單掃描，和8位元單掃描顯示類型； • 支援單色，4色灰階，16色灰階的黑白色以及256色和4096色的彩色STN LCD螢幕； • 支援多種螢幕大小； 典型的螢幕大小：640X480,320X240,,160X160 最大虛擬螢幕大小：4Mbytes 在256色下最大虛擬螢幕大小：4096×1024，2048×2048，1024×4096

  5. TFT LCD顯示： • 支援1，2，4或8-bpp（bit per pixel）調色彩色TFT顯示幕； • 支援16-bpp或24-bpp的真彩TFT顯示幕； • 在每圖元24位元元元模式在，最大可支援16M彩色TFT； • 支援多種螢幕大小； 典型實際螢幕大小：640×480，320×240，160×160以及其他 最大虛擬螢幕大小是4Mbytes 在64K彩色模式下最大虛擬螢幕大小：2048×1024和其他

  6. LCD功能方塊圖

  7. 8.3 LCD外部介面信號 下圖為控制信號： • VFRAME/VSYNC/STV：LCD控制器和LCD驅動器之間的封包同步信號。它通知LCD 螢幕新的一封包顯示，LCD 控制器在一個完整封包的顯示後發出VFRAME 信號。 • VLINE/HSYNC/CPV：LCD控制器和LCD驅動器間的同步脈衝信號，LCD驅動器透過它來將水平移位暫存器中的內容顯示到LCD螢幕上。LCD控制器在一整行資料全部傳輸到LCD驅動器後，插入一個 VLINE信號。

  8. VCLK：此信號為LCD控制器和LCD驅動器之間的圖元時鐘信號，LCD控制器在VCLK的上升準位發送資料，LCD驅動器在VCLK的下降準位採樣資料。VCLK：此信號為LCD控制器和LCD驅動器之間的圖元時鐘信號，LCD控制器在VCLK的上升準位發送資料，LCD驅動器在VCLK的下降準位採樣資料。 • VM：LCD驅動器所使用的交流信號。LCD驅動器使用VM信號改變用於打開或關閉象素的行和列電壓的極性，從而控制圖點的顯示或熄滅。VM信號可以與每個封包同步，也可以與可變數量的VLINE信號同步。 • VD[0..23]：LCD象素資料輸出埠，也就是我們所說的RGB信號線，採用的是5：6：5模式。 其他的部分，在S3C2440手冊上有詳細說明。

  9. 8.4 LCD控制器操作 LCD顯示掃描方式 LCD控制器支援三種驅動：4位元元單掃描方式，4位元元雙掃描方式和8位元元單掃描方式。 下圖展示了彩色模式下的幾種掃描方式，至於單色的掃描模式與彩色的很類似。

  10. 畫素位元組資料格式（BSWP=0，HWSWP=0） 本教學平台採用的是64K色的真彩TFT，每畫素16位元，採用的是5：6：5顯示模式。 虛擬螢幕顯示 S3C2440硬體支援水平移動或垂直滾動，如果要使螢幕滾動，可以通過修改LCDSADDR1和LCDSADDR2暫存器中的LCDBASEU和LCDBASEL的值來實現，而不是透過修改PAGEWIDTH和OFFSIZE來實現。LCDBASEU，LCDBASEL，PAGEWTDTH和OFFSIZE的定義也可以透過下頁的圖來認識：

  11. FT控制器操作 TIMEGEN產生LCD驅動器的控制信號，像VSYNC，HSYNC，VCLK，VDEN和LEND信號。 VSYNC和HSYNC脈衝的產生依賴於LCDCON2/3暫存器中的HOZVAL和LINEVAL的設置。HOZVAL和LINEVAL通過下面的等式由LCD螢幕的大小來決定： HOZVAL={水平顯示大小}-1 LINEVAL={垂直顯示大小}-1 VCLK信號的頻率依賴於LCDCON1暫存器中的CLKVAL，下表定義了VCLK和 CLKVAL的關係。CLKVAL的最小值是0。 VCLK（Hz）=HCLK/[(CLKVAL+1)×2]

  12. 封包速度是VSYNC信號頻率，封包速度依賴於LCDCON1和LCDCON2/3/4暫存器中的VSYNC，VBPD，VFPD，LINEVAL，HSYNC，HBPD，HFPD，HOZVA，以及CLKVAL值。大部分的LCD驅動器需要適合的封包速度。按下面的公式來計算封包速度：封包速度是VSYNC信號頻率，封包速度依賴於LCDCON1和LCDCON2/3/4暫存器中的VSYNC，VBPD，VFPD，LINEVAL，HSYNC，HBPD，HFPD，HOZVA，以及CLKVAL值。大部分的LCD驅動器需要適合的封包速度。按下面的公式來計算封包速度： Fram Rate=1/[{(VSPW+1)+(VBPD+1)+(LINEVAL+1)+(VFPD+1)}×{(HSPW +1)+ (HBPD+1)+ (HFPD+1)+(HOZVAL+1)}×{2×(CLKVAL+1)/(HCLK)}]

  13. TFT時序例子

  14. 8.5 LCD相關暫存器 LCD 控制暫存器1（LCDCON1）

  15. LCD控制器2（LCDCON2）

  16. LCD控制器3（LCDCON3）

  17. LCD控制器4（LCDCON4）

  18. LCD控制器5（LCDCON5）

  19. 封包緩衝區起始位址暫存器1（LCDSADDR1）

  20. 封包緩衝區起始位址暫存器2（LCDSADDR2）

  21. 封包緩衝區起始位址暫存器3（LCDSADDR3）

  22. 紅色查表

  23. 綠色查表

  24. 藍色查表

  25. 8.6 LCD電路介面說明 相關CPU與LCD介面連線說明：BUF_VD0~BUF_VD23：(經過緩衝後的資料線DATA0~DATA23) BUF_GPB1_PWM：通過PWM信號來控制背光，BUF_GPB1_ PWMGPB1/TOUT1接腳通過緩衝後的信號。

  26. 8.7實驗步驟 • 新建一個工程名為Lcd，並新建原始檔案、輸入程式，設置好工程編譯產生映射檔。 • 硬體連接：用串列線將PC的COM1與實驗箱的UART1連起來，再用USB連接線(A->B)將PC的USB HOST介面與實驗箱的USB Device介面連起來，最後插上12V電源。 • 下載、除錯並執行：該步驟操作過程與手冊5-3.2小節的步驟是類似的。 • 結合實驗內容和原理，觀察實驗現象，實驗結果應該可以顯示各種顏色的長方形或 • 者圖片。 • 完成實驗練習題。

  27. 8.8 LCD顯示應用編譯實例 LCD顯示實驗函數 程式如下：

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