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[嵌入式]1.25 Cubemx_STM32F429 |H7LCD

LCD

1、LCD介绍

1、LCD介绍

1.1 TFT(MCU)_LCD、RGB_LCD

在这里插入图片描述

MCU-LCD屏它与RGB-LCD屏主要区别在于显存的位置：

??RGB-LCD的显存是由系统内存充当的,因此其大小只受限于系统内存的大小,这样RGB-LCD可以做出较大尺寸,象现在4.3"只能算入门级,而MID中7",10"的屏都开始大量使用.
?? MCU-LCD的设计之初只要考虑单片机的内存较小,因此都是把显存内置在LCD模块内部.然后软件通过专门显示命令来更新显存,因此MCU屏往往不能做得很大.同时显示更新速度也比RGB-LCD慢.

OLED:8080接口、I2C、SPI
MCU_LCD：8080接口（一般情况）.
RGL_LCD：RGB接口
颜色格式有:RGB888、RGB565、RGB666

MCU-LCD屏它与RGB-LCD屏量示数据传输模式也有差别：
?? RGB屏只需显存组织好数据。启动显示后。LCD-DMA会自动把显存通过RGB接口送到LCM。
??MCU屏则需要发送画点的命令来修改MCU内部RAM。（即不能直接MCU屏RAM）所以RGB显示速度明显比MCU快,而且播放视频方面,MCU-LCD也比较慢.

MUC屏优缺点：
??优点是：控制简单方便，无需时钟和同步信号，无需MCU提供显存，可省掉SDRAM或SRAM。
??缺点是：耗费GRAM，对驱动芯片有要求，所以难以做到大屏（QVGA以上），因为带了驱动芯片，会比RGB接口屏幕贵。

RGB_LCD优缺点：
??优点是：屏幕便宜。4.3寸、7寸、10.1寸、10.4寸多是这种接口。
??缺点是：需要MCU带显存，一般需要外挂SRAM或SDRAM。

1.2 接口

1.2.1 接口种类

一般有4 种接口：包括RGB接口、 6800、8080 两种并行接口方式、4 线 SPI 接口方式以及 IIC 接口方式（2线）。

1.2.2 8080 接口

举例：OLED模块
ALIENTEK OLED 模块的 8080 接口方式需要如下一些信号线：

CS：OLED 片选信号。
WR：向 OLED 写入数据。
RD：从 OLED 读取数据。
D[7：0]：8 位双向数据线。
RST(RES)：硬复位 OLED。
DC：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。

??模块的 8080 并口读/写的过程为：先根据要写入/读取的数据的类型，设置 DC 为高（数据）/低（命令），然后拉低片选，选中 SSD1306，接着我们根据是读数据，还是要写数据置 RD/WR为低，然后：
??在 RD 的上升沿，使数据锁存到数据线（D[7：0]）上；
??在 WR 的上升沿，使数据写入到 SSD1306 里面
SSD1306 的 8080 并口写时序图如图 16.1.3 所示：
在这里插入图片描述

1.2.3 RGB接口

信号线如下：

??R[7:0] ：红色数据
??G[7:0] ：绿色数据
??B[7:0] ：蓝色数据
??CLK ：像素同步时钟信号
??HSYNC ：水平同步信号
??VSYNC ：垂直同步信号
??DE ：数据使能信号

1.3 MCU_LCD

1.3.1 原理图及工作原理

在这里插入图片描述
该模块的 80 并口（全称是8080并行接口）有如下一些信号线：
CS：TFTLCD 片选信号。
WR：向 TFTLCD 写入数据。
RD：从 TFTLCD 读取数据。
D[15：0]：16 位双向数据线。
RST：硬复位 TFTLCD。
RS：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。

??ALIENTEK提供 2.8/3.5/4.3/7 寸等 4种不同尺寸和分辨率的TFTLCD 模块，其驱动芯片为：

??ILI9341/NT35310/NT35510/SSD1963 等(具体的型号，大家可以通过下载本章实验代码，通过串口或者 LCD 显示查看)，这里我们仅以 ILI9341 控制器为例进行介绍，其他的控制基本都类似，我们就不详细阐述了。

??ILI9341 液晶控制器自带显存，其显存总大小为 172800（24032018/8），即 18 位模式（26万色）下的显存量。在 16 位模式下，ILI9341 采用 RGB565 格式存储颜色数据，此时 ILI9341的 18 位数据线与 MCU 的 16 位数据线以及 LCD GRAM 的对应关系如图 18.1.1.4 所示：
在这里插入图片描述
??从图中可以看出，ILI9341 在 16 位模式下面，数据线有用的是：D17~D13 和 D11~D1，D0和 D12 没有用到，实际上在我们 LCD 模块里面，ILI9341 的 D0 和 D12 压根就没有引出来，这样，ILI9341 的 D17~D13 和 D11~D1 对应 MCU 的 D15~D0。
??接下来，我们介绍一下 ILI9341 的几个重要命令，因为 ILI9341 的命令很多，我们这里就不全部介绍了，有兴趣的大家可以找到 ILI9341 的 datasheet 看看。里面对这些命令有详细的介绍。我们将介绍：0XD3，0X36，0X2A，0X2B，0X2C，0X2E 等 6 条指令。
??首先来看指令：0XD3，这个是读 ID4 指令，用于读取 LCD 控制器的 ID，该指令如表 18.1.1.1所示：
在这里插入图片描述
??从上表可以看出，0XD3 指令后面跟了 4 个参数，最后 2 个参数，读出来是 0X93 和 0X41，刚好是我们控制器 ILI9341 的数字部分，从而，通过该指令，即可判别所用的 LCD 驱动器是什么型号，这样，我们的代码，就可以根据控制器的型号去执行对应驱动 IC 的初始化代码，从而兼容不同驱动 IC 的屏，使得一个代码支持多款 LCD。

接下来看指令：0X36，这是存储访问控制指令，可以控制 ILI9341 存储器的读写方向，简单的说，就是在连续写 GRAM 的时候，可以控制 GRAM 指针的增长方向，从而控制显示方式（读 GRAM 也是一样）。该指令如表 18.1.1.2 所示：
在这里插入图片描述
从上表可以看出，0X36 指令后面，紧跟一个参数，这里我们主要关注：MY、MX、MV这三个位，通过这三个位的设置，我们可以控制整个 ILI9341 的全部扫描方向，如表 18.1.1.3所示：

MY	MX	MV	LCD 扫描方向（GRAM 自增方式）
0	0	0	从左到右,从上到下
1	0	0	从左到右,从下到上
0	1	0	从右到左,从上到下
1	1	0	从右到左,从下到上
0	0	1	从上到下,从左到右
0	1	1	从上到下,从右到左
1	0	1	从下到上,从左到右
1	1	1	从下到上,从右到左

??这样，我们在利用 ILI9341 显示内容的时候，就有很大灵活性了，比如显示 BMP 图片，BMP 解码数据，就是从图片的左下角开始，慢慢显示到右上角，如果设置 LCD 扫描方向为从左到右，从下到上，那么我们只需要设置一次坐标，然后就不停的往 LCD 填充颜色数据即可，这样可以大大提高显示速度。

??接下来看指令：0X2A，这是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置横坐标（x 坐标），该指令如表 18.1.1.4 所示：
在这里插入图片描述
??在默认扫描方式时，该指令用于设置 x 坐标，该指令带有 4 个参数，实际上是 2 个坐标值：SC 和 EC，即列地址的起始值和结束值，SC 必须小于等于 EC，且 0≤SC/EC≤239。一般在设置 x 坐标的时候，我们只需要带 2 个参数即可，也就是设置 SC 即可，因为如果 EC 没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化 ILI9341 的时候设置），从而提高速度。
??与 0X2A 指令类似，指令：0X2B，是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置纵坐标（y 坐标）。该指令如表 18.1.1.5 所示：
在这里插入图片描述
??在默认扫描方式时，该指令用于设置 y 坐标，该指令带有 4 个参数，实际上是 2 个坐标值：SP 和 EP，即页地址的起始值和结束值，SP 必须小于等于 EP，且 0≤SP/EP≤319。一般在设置y 坐标的时候，我们只需要带 2 个参数即可，也就是设置 SP 即可，因为如果 EP 没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化 ILI9341 的时候设置），从而提高速度。
??接下来看指令：0X2C，该指令是写 GRAM 指令，在发送该指令之后，我们便可以往 LCD的 GRAM 里面写入颜色数据了，该指令支持连续写，指令描述如表 18.1.1.6 所示：
在这里插入图片描述
??从上表可知，在收到指令 0X2C 之后，数据有效位宽变为 16 位，我们可以连续写入 LCD GRAM 值，而 GRAM 的地址将根据 MY/MX/MV 设置的扫描方向进行自增。例如：假设设置的是从左到右，从上到下的扫描方式，那么设置好起始坐标（通过 SC，SP 设置）后，每写入一个颜色值，GRAM 地址将会自动自增 1（SC++），如果碰到 EC，则回到 SC，同时 SP++，一直到坐标：EC，EP 结束，其间无需再次设置的坐标，从而大大提高写入速度。

??最后，来看看指令：0X2E，该指令是读 GRAM 指令，用于读取 ILI9341 的显存（GRAM），该指令在 ILI9341 的数据手册上面的描述是有误的，真实的输出情况如表 18.1.1.7 所示：
在这里插入图片描述
??该指令用于读取 GRAM，如表 18.1.1.7 所示，ILI9341 在收到该指令后，第一次输出的是dummy 数据，也就是无效的数据，第二次开始，读取到的才是有效的 GRAM 数据（从坐标：SC，SP 开始），输出规律为：每个颜色分量占 8 个位，一次输出 2 个颜色分量。比如：第一次输出是 R1G1，随后的规律为：B1R2→G2B2→R3G3→B3R4→G4B4→R5G5… 以此类推。如果我们只需要读取一个点的颜色值，那么只需要接收到参数 3 即可，如果要连续读取（利用 GRAM
地址自增，方法同上），那么就按照上述规律去接收颜色数据。
在这里插入图片描述

1.3.2 FMC-SRAM

在这里插入图片描述
??这里我们介绍下为什么可以把 TFTLCD 当成 SRAM 设备用：首先我们了解下外部 SRAM的连接，外部 SRAM 的控制一般有：地址线（如 A0~A18）、数据线（如 D0~D15）、写信号（WE）、读信号（OE）、片选信号（CS），如果 SRAM 支持字节控制，那么还有 UB/LB 信号。而 TFTLCD的信号我们在 18.1.1 节有介绍，包括：RS、D0~D15、WR、RD、CS、RST 和 BL 等，其中真正在操作 LCD 的时候需要用到的就只有：RS、D0~D15、WR、RD 和 CS。其操作时序和 SRAM的控制完全类似，唯一不同就是 TFTLCD 有 RS 信号，但是没有地址信号。

??TFTLCD 通过 RS 信号来决定传送的数据是数据还是命令，本质上可以理解为一个地址信号，比如我们把 RS 接在 A0 上面，那么当 FMC 控制器写地址 0 的时候，会使得 A0 变为 0，对 TFTLCD 来说，就是写命令。而 FMC 写地址 1 的时候，A0 将会变为 1，对 TFTLCD 来说，就是写数据了。这样，就把数据和命令区分开了，他们其实就是对应 SRAM 操作的两个连续地址。当然 RS 也可以接在其他地址线上，阿波罗 STM32H743 开发板是把 RS 连接在 A18 上面的。

??STM32H743 的 FMC 支持 8/16/32 位数据宽度，我们这里用到的 LCD 是 16 位宽度的，所以在设置的时候，选择 16 位宽就 OK 了。我们再来看看 FMC 的外部设备地址映像，STM32H743的 FMC 将外部存储器划分为 6 个固定大小为 256M 字节的存储区域，如图 18.1.2.2 所示：
在这里插入图片描述

1.4 RGB_LCD

1.4.1 基础知识

1、像素点
于一个“小灯“，不管是液晶屏，还是手机，平板，RGBLCD屏幕他都是有由一个个的彩色小灯构成的。彩色点阵屏每个像素点有三个小灯，红色、绿色和蓝色，也叫做RGB。RGB就是光的三原色。通过调整RGB三种颜色的比例，就可以实现姹紫千红的世界。

2、分辨率
要想显示文字，图片，视频等等就需要很多个像素点，分辨率说的就是像素点的个数，1080P、720P、2K、4K，8K。1080P=19201080，表示一行有1920个像素点，一列有1080个。显示器有尺寸！24村，27村、55寸。尺寸不变的情况下，分辨率越高，显示效果越精细。4K=38402160相当于4个1080P

正点原子的RGB屏幕有：4.3寸480272，800480，7寸的800480和1024600，10.1寸的1280*800。

Iphone4屏幕尺寸是3.5寸，960*640分辨率，PPI=327.

3、像素格式
如何将RGB三种颜色进行量化，每种颜色用8bit表示，RGB就需要888共24bit。可以描述出2^24=中颜色16777216=1677万种颜色。现在流行10bit，HDR10，支持HDR效果的10bit面板，RGB10 10 10。
在RGB888的基础上在加上8bit的ALPHA通道，也就是透明通道，ARGB8888=32位。

4、LCD屏幕接口
RGB格式的屏幕，一般叫做RGB接口屏。
屏幕接口有：MIPI、LVDS、MCU、RGB接口。
正点原子屏幕ID：使用ID可以识别出不同的屏幕，在RGBLCD屏幕上对R7，G7，B7焊接上拉或下拉电阻实现不同的ID。
正点原子的ALPHA地板RGB屏幕接口用了3个3157模拟开关。原因是防止LCD屏幕上的ID电阻影响到6ULL的启动。

5、LCD时间参数和LCD时序
在这里插入图片描述
水平：

HSYNC ：行同步信号，当此信号有效的话就表示开始显示新的一行数据，查阅所使用的
LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，假设此时是低电平有效。
HSPW ：有些地方也叫做 thp ，是 HSYNC 信号宽度，也就是 HSYNC 信号持续时间。 HSYNC
信号不是一个脉冲，而是需要持续一段时间才是有效的，单位为 CLK 。

HBP ：有些地方叫做 thb ，前面已经讲过了，术语叫做行同步信号后肩，单位是 CLK 。
HOZVAL ：有些地方叫做 thd ，显示一行数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600 ，
那么 HOZVAL 就是 1024 ，单位为 CLK 。

HFP ：有些地方叫做 thf ，前面已经讲过了，术语叫做行同步信号前肩，单位是 CLK 。
当 HSYNC 信号发出以后，需要等待 HSPW+HBP 个 CLK 时间才会接收到真正有效的像素
数据。当显示完一行数据以后需要等待 HFP 个 CLK 时间才能发出下一个 HSYNC 信号，所以
显示一行所需要的时间就是： HSPW + HBP + HOZVAL + HFP
在这里插入图片描述

垂直：一帧图像就是由很多个行组成的，RGB LCD 的帧显示时序如图 24.1.1.7 所示：

VSYNC ：帧同步信号，当此信号有效的话就表示开始显示新的一帧数据，查阅所使用的
LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，假设此时是低电平有效。

VSPW ：些地方也叫做 tvp ，是 VSYNC 信号宽度，也就是 VSYNC 信号持续时间，单位为
1 行的时间。

VBP ：有些地方叫做 tvb ，前面已经讲过了，术语叫做帧同步信号后肩，单位为 1 行的时
间。

LINE ：有些地方叫做 tvd ，显示一帧有效数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600 ，
那么 LINE 就是 600 行的时间。

VFP ：有些地方叫做 tvf ，前面已经讲过了，术语叫做帧同步信号前肩，单位为 1 行的时间。
显示一帧所需要的时间就是： VSPW+VBP+LINE+VFP 个行时间，最终的计算公式：
T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
因此我们在配置一款 RGB LCD 的时候需要知道这几个参数： HOZVAL( 屏幕有效宽度 ) 、
LINE( 屏幕有效高度 ) 、 HBP 、 HSPW 、 HFP 、 VSPW 、 VBP 和 VFP 。 ALIENTEK 三款 RGB LCD
屏幕的参数如表 24.1.1.3 所示：
在这里插入图片描述

1.4.2 原理图及工作原理

RGBLCD 的信号线如表 20.1.1.1 所示：

在这里插入图片描述

??一般的 RGB 屏都有如表 20.1.1.1 所示的信号线，有 24 根颜色数据线（RGB 各站 8 根，即RGB888 格式），这样可以表示最多 1600W 色，DE、VS、HS 和 DCLK，用于控制数据传输。

??必须通过用户程序配置 LCD-TFT 控制器引脚。未使用的引脚可用于其他功能。

??对于高达 24 位 (RGB888) 的 LTDC 输出，如果使用低于 8bpp 的像素深度将 RGB565 或RGB666 输出到 16 位或 18 位显示器，则 RGB 显示数据线必须连接到 LCD-TFT 控制器RGB 数据线的 MSB。例如，当 LCD-TFT 控制器与 RGB565 16 位显示器相连时，LCD 显示器的 R[4:0]、G[5:0] 和 B[4:0] 数据线引脚必须连接至 LCD-TFT 控制器的 LCD_R[7:3]、LCD_G[7:2] 和 LCD_B[7:3]。