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参考博客

1、s5pv210 LCD编程原理 - biaohc - 博客园

2、LCD常用接口原理_5组信号线是几位-CSDN博客

一、LCD简介

1、LCD是什么？

LCD（Liquid Crystal Display）俗称液晶显示。

液晶是一种材料，这种材料具有一种特点，在电信号的驱动下液晶分子进行旋转，而旋转时会影响透光性，因此我们可以在整个液晶面板后面用白光照（称为背光），可以通过不同电信号让液晶分子进行选择性的透光，此时在液晶面板前面就可以看到各种各样的颜色（白光由各种不同颜色的光组成，被选择性透光之后可以产生各种不同颜色的光），这就是LCD显示。

有些显示器本身会发光，称为主动发光，比如LED显示器；有些显示器本身不会发光而只会透光，需要背光的协助才能看起来是发光的，称为被动发光，比如LCD。

液晶多应用于电视机、电脑显示屏、手机显示屏、工业显示屏等领域。

2、有哪些显示设备？

显示设备	描述
CRT	阴极摄像管显示器
等离子显示	未成为主流
OLED	未成为主流，但是很有市场潜力
LED	主要用在户外大屏幕
LCD	主流显示器

3、有哪些种类的LCD？

种类	描述
TN	出现最早，但响应性不够好，有拖尾现象
STN	是TN的升级版，有效解决拖尾现象，显示更清晰
TFT	最大特点就是超薄
……	……

二、LCD的接口技术

1、LCD的硬件接口采用TTL电平

SoC的LCD控制器硬件接口是TTL电平的（+5V表示逻辑1，0V表示逻辑0），LCD的硬件接口也是TTL电平的，因此它们可以直接对接（一般使用软排线进行连接），比如手机、平板、开发板内部都是这样直接对接的。

TTL电平的缺陷就是传输距离短，如果LCD屏幕和主板控制器太远（比如大于1米），就不能直接TTL连接，而要进行转换。转换方式为：主机SoC(TTL) —>VGA —> LCD屏幕(TTL)。

其他各种接口（TTL、LVDS、EDP、MIPI）在传输速率、距离、适配性方面的介绍，见参考博文2。

2、S5PV210的RGB接口简介

LCD的RGB接口时序图如下所示（在用户手册P1207）：

（1）VD[23:0]：24根并行的数据线（可见LCD是并行接口），用来传输图像信息。

（2）HSYNC：水平同步信号。 

（3）VSYNC：垂直同步信号，是时序信号，为了让LCD能够正常显示给的控制信号。

（4）VCLK：像素时钟，LCD工作时需要主板控制器给LCD模组一个时钟信号，就是VCLK。

（5）VDEN：数据有效标志，时序信号，和HSYNC、VSYNC结合使用。

（6）LEND：行结束标志，时序信号，是非必须的，比如X210接口就没有。

3、与背光灯有关的引脚 

 

三、LCD如何显示图像

1、像素

像素是组成图像的最基本元素（在显示中可以被控制的最小单位），整个图像就是由一个个的像素组成的。

像素可以被单独控制，控制其亮或不亮（单色屏），或者控制其亮度强弱（比如亮50%还是35%，这样叫灰度屏，以前的黑白电视机），或者控制其显示一定的颜色（现在最常用的彩色显示屏）。

我们要在显示器上显示一个图像，就是把这个图像离散化成一个个的点，然后把各个点的颜色对应到显示器的像素上。

2、扫描

扫描就是依次将颜色数值放入显示器所有像素中的这个过程。

扫描这个词是由最早的CRT显示器遗留下来的，到LCD显示器的年代已经失去意义，但是我们还是延续着这么叫。

显示器的扫描显示原理依赖于人眼的视觉暂留。只要显示器扫描频率大于人眼的发现频率，人眼看到的图像就是恒定的。如果扫描频率偏小人眼就会看到闪动。

3、LCD驱动器与LCD控制器

LCD驱动器一般和LCD显示面板集成在一起（这两者本来是分开的，做面板的是只做面板的，比如三星、LG、台湾的友达、奇美都是做面板的；驱动器也由专门的IC厂商生产；集成厂商买来面板和驱动器后集成在一起做成LCD屏幕）。LCD显示面板只负责液晶分子的旋转透光，需要一定的模拟电信号来控制液晶分子。这模拟电信号由LCD驱动器负责提供，而 LCD 驱动器的控制信号（是数字信号）来自LCD屏幕的外部接口（第二节所讲的接口）。

LCD控制器一般集成在SoC内部，负责向LCD驱动器提供控制像素显示的数字信号。LCD控制器的关键在于时序，它必须按照一定的时序和LCD驱动器通信。LCD控制器受到SoC控制，SoC会从内存中拿像素数据给LCD控制器并最终传给LCD驱动器。

4、显示内存（显存）

SoC在内存中挑选一段内存（程序员随便挑的，但是必须符合一定规矩），然后通过配置将LCD控制器和这一段内存形成一个映射关系。我们把这一段内存称为“显示内存”，简称“显存”。

这个映射关系建立之后，CPU不用再理会LCD控制器、LCD驱动器和LCD显示面板，只要关心显存即可。因为只要把待显示的图像的像素数据丢到显存中，LCD控制器就会自动从显存中读取像素数据并传输给LCD驱动器，这个过程不需要CPU的参与。

也就是说，LCD显示分为2个阶段：第一个阶段就是CPU初始化LCD控制器，使LCD控制器和某一段显存构成映射关系；第二个阶段就是将待显示的图像的像素数据丢到显存中。

四、LCD的六个主要时序参数

LCD的显示单位是帧（整个画面的内容为一帧），显示器工作时其实是一帧一帧地在显示，比如电影以每秒24帧的速度播放图片。

1、LCD显示一帧图像的过程

如下所示，一帧分为多行，一行分为多像素，因此一帧图像其实就是多个像素组成的矩阵。

LCD显示一帧图像时，先把一帧拆分为行，然后再把这些行拆分为像素点。然后LCD控制器每次将一个像素点的数据传送给LCD驱动器，LCD驱动器根据这个像素点的数据，驱动这个像素点的液晶分子旋转，从而让这个像素点显示出对应的颜色。

注意，由于 LCD控制器 和 LCD驱动器 之间一次只能传送一个像素点的数据，所以一帧图像在屏幕上其实是逐行逐像素点地显示的，不是同一时间显示出来的。

2、六个主要时序参数

LCD的六个主要时序参数如下表所示。

时序参数	含义
HSPW	水平同步信号脉宽
HBPD	水平同步信号前肩
HFPD	水平同步信号后肩
VSPW	垂直同步信号脉宽
VBPD	垂直同步信号前肩
VFPD	垂直同步信号后肩

这些信号其实是老式的CRT显示器才会用到，LCD本身不需要，但是出于兼容性的要求，LCD选择兼容CRT显示器的这些时序要求，所以理解LCD显示器时序和编程时，可以用CRT的方式来理解。

一帧图像由多个行组成，每行都是这个时序：LCD控制器先发送一个HSYNC高电平脉冲（脉冲宽度是HSPW），脉冲告诉驱动器下面的信息是一行信息。然后开始这一行信息，这一行信息包括3部分：HBPD+有效行信息+HFPD。其中前肩和后肩都属于时序信息（和LCD屏幕具体有关），有效行信息就是横向分辨率。所以你可以认为一行总共包含4部分：HSPW+HBPD+有效行信息+HFPD。

一帧图像的通信过程是这样的：整个帧图像信号分为4部分：VSPW+VBPD+帧有效信号+VFPD。VSPW是帧同步信号宽度，用来告诉驱动器一帧图像要开始了；VBPD和VFPD分别是垂直同步信号前后肩。 

这六个时序参数本身是LCD屏幕本身的参数，与LCD控制器无关。同一个主板如果接的屏幕不一样，则时序参数设置也会不同。这些参数来源一般是：

（1）厂家一般以示例代码的形式给出。比如九鼎的210裸机教程中s5pv210-fb.c文件的第774行：

​        .h_fp            = 210,        // 160-210-354
        .h_bp            = 38,        // 46
        .h_sw            = 10,        // 1-40
        .v_fp            = 22,        // 7-22-147
        .v_fpe            = 1,
        .v_bp            = 18,        // 23
        .v_bpe            = 1,        
        .v_sw            = 7,        // 1-20​

注意这些数字的单位。H开头的三个单位都是DCLK（像素时钟），V开头的三个单位是TH。这样设置的好处是当我们改变像素时钟的设置时，不用改变这里的时序参数。 

如果没有设置好这些时序参数，屏幕会跑偏。

（2）来自LCD的数据手册。比如X210光盘资料\A盘\DataSheet\AT070TN92.pdf。

五、与LCD的相关概念

1、像素（pixel）

见第三节提到的“像素”。 像素的中文全称为图像元素，它是分辨率的尺寸单位，而不是画质。

2、像素间距（pitch）

像素间距，指的是相邻2个像素的像素中心的距离。

像素物理上一般是方形的，所以横向pitch和纵向的pitch一样的（当不是方形时则不一样）。

像素间距会影响屏幕的最佳观看距离，比如像素间距大的适合远距离看，像素间距小的适合近距离看。

3、分辨率（resolution）

分辨率，是指整个屏幕横向和纵向的像素个数，比如X210V3S开发板的屏幕分辨率是1024*600。

屏幕尺寸（纯屏幕对角线尺寸）和分辨率无关，比如X210V3S开发板的屏幕尺寸是7寸的。

屏幕尺寸、分辨率和像素间距三者之间有关联。屏幕尺寸固定时，分辨率越高（越低），则像素间距越小（越大）；分辨率固定时，屏幕尺寸越大（越小），则像素间距越大（越小）。

分辨率，分为物理分辨率、实际显示分辨率。物理分辨率，是指物理屏幕像素点的真实个数。实际显示分辨率，是将物理分辨率抽样之后的分辨率，它小于等于物理分辨率。如何抽样呢？比如物理分辨率是1600*900，实际显示分辨率为1280*720（比如电脑上有调节电脑屏幕的选项），如何从1600变为1280呢？我们可以将1600去掉一些（即某些像素列不显示），或者让相邻列的像素数据一样（变为一个更粗的像素）。

4、清晰度

清晰度是一个主观概念，是人眼对显示效果（是否清晰）的一个主观判断。

清晰度由分辨率和像素间距共同决定。屏幕尺寸固定时，分辨率越高则像素间距越小，显示就越清晰；分辨率越低则像素间距越大，显示就越模糊。分辨率固定时，屏幕尺寸越小则像素间距越小，显示就越清晰；屏幕尺寸越大则像素间距越大，显示就越模糊。

5、像素深度

像素深度，指的是每个像素用多少 bit 来表示，单位是bpp，bits per pixel。

用来表示一个像素的数据位越多，则这个像素的颜色值更加丰富、分的更细，颜色深度就更深。

常见的像素深度有这么几种：1bit、8bit、16bit、24bit、32bit 。

1bit：用1个二进制位来表示颜色，这种就叫单色显示。示例就是理发店门口的LED屏。

8bit：用8个二进制位来表示颜色，此时能表示256种颜色。这种叫灰度显示（纯白到纯黑分别对应255到0，中间的数值对应不同的灰），不是彩色显示，典型应用就是以前的黑白电视机。

16bit：用16个二进制位表示颜色，此时能表示65536种颜色。这种方式可以彩色显示，一般采用RGB565的颜色分布（用5bit表示红色、用6bit表示绿色、用5bit表示蓝色）。因为用来表示RGB颜色的bit数目不够多，导致红绿蓝三种颜色本身分得不够细致，因此彩色失真比较严重。

24bit：用24个二进制位来表示颜色，此时能表示16777216种颜色。这种表示方式和16位色原理是一样的，只是RGB三种颜色各自的精度都更高了，RGB各8位，叫RGB888。此时颜色比RGB565更加真实细腻，虽然说比自然界无数种颜色还是少了很多，但人眼几乎不能区分1677万种颜色和无数种颜色的差别，因此把这种RGB888的表示方法叫做真彩色（RGB565叫做假彩色）。

32bit：总共用32位二进制来表示颜色，其中24位表示红绿蓝三元色（还是RGB888分布），剩下8位表示透明度。这种显色方式就叫ARGB（A是阿尔法，表示透明度），现在PC机中一般都用ARGB表示颜色。

一般用32bit，也就是4个字节，来存储一个像素点信息。至于其中用多少bit来表示颜色，要看具体的设置，平常所见一般都是24位色（真彩色），此时高8位一般没用或者表示其他含义，用00或者ff来填充以便内存对齐。

6、颜色序

将24bit的二进制数分为3组，高8位、中间8位、低8位，这三组二进制数，哪个表示R，哪个表示G，哪个表示B呢？

颜色序表述的就是这个问题。

注意，颜色序一般已经在LCD驱动中设置好了，我们写代码时要遵循这个设置。

7、点阵

点阵是指由像素点构成的阵列，一个屏幕就是一个点阵。