第4章显示器接口技术课件

1显示器接口技术4.3键盘接口技术4.2本章内容第4章人机交互接口技术嵌入式处理器4.1触摸屏接口技术4.424.3显示器接口技术

为了使嵌入式系统具有友好的人机接口，需要给嵌入式系统配置显示装置，如LCD、LED显示器等。

4.3.1LCD显示器

LCD（LiquidCrystalDisplay）是一种耗电少、体积小的数字式显示器件，通过液晶、彩色过滤器过滤广元。在平面面板上显示字符、文字和图像等信息。与阴极射线管CRT相比占用空间小、功耗低、辐射低、无闪烁，降低视觉疲劳。31.液晶显示器（LCD）概述

在LCD显示器中，显示面板薄膜被分成很多小栅格，每个栅格由一个电极控制，通过改变栅格上的电极就能控制栅格内液晶分子的排列，从而控制光路的导通。彩色显示利用三原色混合的原理显示不同的色彩：此时每一个象素都是由3个液晶单元格构成的。其中每一个单元格前面都分别有红色R、绿色G或蓝色B的过滤片，光线经过过滤片的处理变成不同的色彩。点阵式LCD由矩阵构成，显示文字字符以及其他符号，常见的点阵LCD用5列7行的点表示一个字符，使用16行16列的点表示一个汉字。LCD驱动器将输入数据转换为激发相应的点所需的电信号。4

主要用于显示文本及图形信息。它具有重量轻、体积小、耗电量低、无辐射、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点，因此在许多电子应用系统中，常使用液晶屏作为人机界面，而且已广泛应用与于各类显示器件上如下图所示。5672.LCD的分类

液晶显示的原理是液晶在不同电压的作用下会有不同的光特性。一类是STN型液晶属于无源的，这类液晶需要有外部提供光源，根据光源的位置又可以进一步分成反射式和透射式两种。这种液晶显示的成本较低，但有效视角较小，色彩也不够鲜艳。它具有省电的最大优势。其屏幕尺寸一般在5英寸以下（目前较少使用）。另一类是有源发光器件TFT形式。TFT是薄膜晶体管ThinFilmTransitor的缩写，每个液晶就类似是一个可以发光的晶体管。液晶显示屏就是有许多液晶排列成阵列而构成的。由于TFT晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，已经透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到TFT电极下一次再加电改变其排列方式为止。TFT液晶的色彩更逼真，更平滑细腻，层次感更强。8

单色与彩色显示器

在单色液晶显示屏中，一个液晶就是一个象素。在彩色液晶显示屏上加了一个彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一个像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红，绿，蓝三原色，就可以显示出色彩。 由于每个象素是由R红、G绿和B兰色三个子像素共同组成。同时也可以认为每个象素背后都有一个寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元各自的亮度的数值。有些情况下寄存器的值并不直接驱动RGB三个液晶单元的亮度，而是通过一个调色板技术来访问，发出真彩色的效果。9

在实际现实中如果要为每个象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象素并装入该行的内容，使每一行象素都暂短的受到驱动，这样周而复始将所有的象素行都驱动一遍就显示一个完整的画面。一般为了使人不感到闪烁，一秒钟要重复显示25帧以上。LCB一般采用并行传输。103.LCD的驱动控制

市场上的LCD有两种模块形式，一种是LCD显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片的LCD模块。这种LCD可以方便的与各种单片机使用总线方式来驱动，例如8051单片机的显示形式就属于这种。另一种在微处理器芯片上的内置LCD控制器来驱动显示模块（如S3C2410)，它可以支持彩色/灰度/单色三种模式，灰度模式下可支持4级灰度和16级灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的实际尺寸可支持到320×240。11在常用的嵌入式LCD屏幕上实现图像和字符的显示具体步骤如下：首先在程序中配置微处理器GPIO的寄存器，将与LCD连接的引脚定义为所需的功能；将帧描述符定义在SDRAM里，在DMAC被初始化后供DMAC提取；配置LCD控制器的各寄存器；最后建立LCD屏幕上的每一象素与帧缓冲区对应位置的映射关系，将字符位图转换成字符矩阵数据，并且写入到帧缓冲器（也成为显存）里。124.工作原理

显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。显示屏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。屏幕的大小和显示模式这些因素会影响显存的大小。

显存通常是从内存空间分配所得，并且它是由连续的字节空间组成，而屏幕的显示操作总是从左到右逐点象素扫描，从上到下逐行扫描，直到右下角，然后再折返到左上角。而显存里的数据则是按地址递增的顺序被提取，当显存里的最后一个字节被提取后，再返回显存的首地址。13工作原理

计算机反映自然界的颜色是通过R、G、B值来表示的，如果要在屏幕某一点显示某种颜色，则必须在显存里给出相应每一个象素的R、G、B值。其实现方法有直接从显存中得到和间接得到两种方式。 直接得到是指在显存里存放有象素对应的RGB值，通过将该RGB值传输到显示屏上而令屏幕显示。 间接得到方式是指显存中存放的并不是RGB值，而是调色板的索引值，调色板里存放的才是RGB值，然后再发送到显示屏上。

S3C2410处理器显示接口简介

LCD显示屏的显示需要LCD驱动器和LCD控制器两部分硬件逻辑来控制，LCD驱动器用来建立显示所需的电场，LCD控制器用来建立显示像素与显示缓冲区的对应关系。下面具体介绍S3C241O芯片中的LCD控制器。

S3C241O芯片中的LCD控制器的功能是，将LCD图像数据从系统主存中的显示缓冲区搬移到外部LCD驱动器中。它支持单色LCD显示器，单色LCD显示器可以是4级灰度的(即每个像素用2位二进制数表示)，也可以是16级灰度的(即每个像素用4位二进制数表示)。也支持具有256级色彩(即每个像素用8位二进制数表示)的，以及4096级色彩(即每个像素用12位二进制数表示)的STN—LCD显示器。它还支持带调色板功能的彩色TFT—LCD显示器，以及不带调色板的真彩TFT—LCD显示器(其每个像素用16位或24位二进制数表示)。

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用户可以通过编程设定LCD控制器中的相关寄存器，来选择所需的水平、垂直像素数，数据接口的数据线宽度，界面时序以及刷新率等参数。S3C241O芯片内部的LCD控制器用来控制图像数据的传输，其接口信号主要有24根数据线和9根控制信号线。 S3C2410芯片的LCD控制器能支持每像素8比特(即256色)显示模式。这8位编码为红色3比特、绿色3比特、蓝色2比特。还支持每像素12比特(即4096色)显示模式。这12比特被编码为4比特红色、4比特绿色、4比特蓝色。 对于灰度或彩色模式，需要通过基于时间抖动算法和帧速率控制(FRC)方法，实现灰度电平或者色彩的渐变。按照一个可编程的查找表来进行选择。单色模式则不需要这些模块(FRC和查找表)。15164.3.2LED显示器

LED(LightEmittingDiode)常称为八段发光二极管,在专用的微型计算机系统中,特别是在嵌入式控制系统中,应用非常普遍。它价格低廉、体积小、功耗低，而可靠性又很好，因此，从单板微型机、袖珍计算机到许多微型机控制系统及数字化仪器都用LED作为输出显示。171）LED种类182）数码管结构组成1919

为了适用于不同的驱动方式,每种结构形式又有共阳极和共阴极两种产品类型。(b)共阳极(a)共阴极

(c)外型及引脚工作原理2020上页返回LED显示宇符与段码的关系2121静态显示系统在每一次显示输出后能够保持显示不变,仅在待显数码需要改变时,才更新其数字显示器中锁存的内容。显示某一字符时,相应段的LED恒定导通或截止,使所显示字符的字段连续发光。每位数码管都应有各自的驱动器件,往往选择带锁存功能的器件,用以锁存各自待显示数码。功耗大,当显示的位数较多时,占用的I/O口较多优点亮度高,控制程序简单,显示稳定可靠缺点上页返回(1)静态显示方式2222上页返回LED静态显示电路原理图2323所有位的段选线并联起来,由一个8位I/O口控制,而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制,形成各位的轮流选通,即LED显示器分时轮流工作,每次只能使一个器件显示1ms～5ms。由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应,仍感觉所有的器件都在同时显示,达到稳定的视觉效果。

在实际应用中常采用定时中断扫描方式,这种方式是每隔一定时间(如1ms)让一位数码管显示,假设有8位数码管,显示扫描周期为8ms。程序控制扫描和定时中断扫描。实现方法上页返回(2)动态显示方式2424LED动态显示电路（1）共阴极接法（2）P1：段码；（3）P3.4-P3.7：位码（4）经74LS244提供LED相应段的驱动电流,送到各个显示器的段码(5)经6反向驱动器75LS04,使位码1有效。2525

以定时中断扫描方式为例,在4位LED显示器上分别显示数字1、2、3、4。单片机定时器T0定时1ms,要显示的4位数据放在显示缓冲单元30H至33H中。

ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INTT0MAIN：MOVTMOD,#01H ;T0初始化,定时1ms MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH MOV IE,#82H ;中断系统初始化

SETB TR0 ;启动T0AGAIN：MOVR0,#30H ;显示缓冲区首地址

MOV R2,#80H ;显示位控制字下页上页返回2626NEXT：MOV A,R2 JB ACC.3,AGAIN;4位显示完则重复

SJMP NEXT ;4位未显示完则显示下一位下页上页返回INTT0：MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH MOV P1,#00H ;关显示

MOV A,@R0 ;取显示数据

MOV DPTR,#SEG MOVC A,@A+DPTR ;查待显示数字的段码

MOV P1,A ;输出段码

MOV A,R2 MOV P3,A ;输出位码

RR A MOV R2,A INC R0 RETISEG： DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH2727在进行LED动态显示控制时,要遵循的规则有：①任何时刻只能有一个LED显示器的共阳(或共阴)端接通。②每个LED显示器的显示内容要有一定的保留时间。③在最长20ms内,一个显示端口所驱动的LED必须都分别刷新一次。根据这个条件若一个显示端口驱动n个LED,则每个LED显示内容保持的时间为20/nms。下页上页返回2828