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前言

LCD (Liquid Crystal Display)是一种液晶显示屏，它采用 薄膜晶体管（TFT） 技术提升图像质量，如提高图像亮度和对比度等。他显示的每个像素点由液晶后面的薄膜晶体管独立驱动，所以具有较高的响应速度以及图像质量。相比于传统的 CRT 显示器(老式大屁股)，LCD 有着轻薄、功耗低、无辐射、图像质量好等诸多优点，因此广泛应用于电视机、电脑显示器、手机等各种显示设备中。

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一、LCD原理

1、构造

lcd在两片平行的玻璃基板中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管)，上基板玻璃上会设置彩色滤光片，通过TFT上的信号于电压改变来控制液晶分子的转动方向，去控制每个像素点的偏振光是否出射来判断是否达到目标。额，介绍了一堆废话，听不懂，没事知道怎么用就行。

2、分辨率

对于LCD我们可以联想到720p、1080p等，这个就是指的分辨率。对于LCD，其显示器均由一个一个的像素点组成，每个像素点就类似一个灯，这个小灯是RGB灯，由R、G、B三基色构成。

• 1080p(1920*1080)：
  

对于上图，一共有1920*1080=2073600，A点为第一个像素点，右下角的C点为最后一个像素点。在LCD尺寸不变的情况下，分辨率越高，像素点越多越清晰，在同一分辨率下，尺寸越小则越清晰。分辨率只是衡量LCD的一个参数之一，还有色彩还原度、色彩偏离、亮度、可视角度、屏幕刷新率等。

3、像素格式

一个像素由三个基色组成，一般来说一个基色占有8bit，那么就是24bit，三个字节，这种像素格式叫做RGB888，一般平均分配，看下图：

此外还有一种是RGB565，顾名思义，就是分别占5、6、5位，这种像素格式就是我们后面需要用得到的：

• 如何提取我们需要的图色：
  

打开我们的画图软件即可知晓该颜色的RGB分布。

4、LCD接口

一般显示器的接口有多种，常见有我们前面学习的HDMI接口、DP、VGA等，我们的RGB_LCD接口如下图：

信号线	描述
R[7:0]	8根红色数据线
G[7:0]	8根绿色数据线
B[7:0]	8根蓝色数据线
DE	数据使能线
VSYNC	垂直同步信号线
HSYNC	水平同步信号线
PCLK	像素时钟信号线

需要注意的是，这是我们LCD屏幕的数据格式，我的板子上的接口位RGB565格式，需要注意位宽的选择：

即开拓者的 R4~R0，对应 LCD 屏的 R7~R3；开拓者的 G5~R0，对应 LCD 屏的 G7~R2；开拓者的 B4~B0，对应 LCD 屏的 B7~ B3；

5、ATK-7016 的屏幕接口原理图

该接口十分完善，采用 RGB888 格式，并支持触摸屏和背光控制。右
侧的几个电阻，并不是都焊接的，而是可以用户自己选择。默认情况，R1 和 R6 焊接，设置 LCD_LR 和LCD_UD，控制 LCD 的扫描方向，是从左到右，从上到下（横屏看）。

• 需要注意的是LCD_R7/G7/B7是双向端口，既可以是像素数据的输出，也可以是输入LCD_id,用于选择我们对应的分辨率、行场信号等信息。通过在LCD上控制 R7/G7/B7的上/下拉，来自定义 LCD 模块的 ID，帮助 MCU 判断当前 LCD 面板的分辨率和相关参数。

二、LCD时序

1、时间参数

产生黑边的原因：LCD内部拥有IC，发送一行或者一帧数据给 IC，IC 是需要反应时间的。通过这段反应时间可以让 IC 识别到一行数据扫描完了，要换行了，或者一帧图像扫描完了，要开始下一帧图像显示了。因此，在 LCD 屏幕中继续存在 HBP、HFP、VPB 和 VFP 这四个参数的主要目的是为了锁定有效的像素数据。

2、行场时序

1、行显示时序：

• 行信号参数：

HSYNC： 行同步信号，当此信号有效的时候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，图 23.1.8 为低电平有效。
HSPW： 行同步信号宽度，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： 行显示后沿（或后肩），单位是 CLK。
HOZVAL： 行有效显示区域，即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： 行显示前沿（或前肩），单位是 CLK。

• 注意：

只有在 HSYNC 信号发出以后，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等于：HSPW + HBP + HOZVAL + HFP。

2、场显示时序：

场也就是帧，就是当前这副图像的显示时序，场是由多个行构成的。

• 场信号参数：

VSPW： 帧同步信号宽度，也就是 VSYNC 信号持续时间，单位为 1 行的时间。
VBP： 帧显示后沿（或后肩），单位为 1 行的时间。
LINE： 帧有效显示区域，即显示一帧数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600，那么 LINE 就是600 行的时间
VFP： 帧显示前沿（或前肩），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

总的时间周期为：
T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)

3、数据同步模式

对于RGB_LCD液晶屏，一般有两种数据同步方式。有行场同步模式（HV Mode），数据使能同步模式（DE Mode）。
1、在使用行场同步模式时，将行场信号作为数据的同步信号，此时的DE必须为低电平。
2、在选择DE模式时，LCD的DE信号则将会作为数据的有效信号，只有在扫描到帧有效区域和行有效显示区域时，DE才有效，在选择DE模式时，行场同步信号VS、HS必须为高。一般来说在LCD中支持DE模式较多，后面我们也打算采用DE模式。

4、像素时钟

原子哥的开拓者2可以接好几个版本的RGB屏幕，不同款式的屏幕需要的时钟数不同，计算公式如下：
N（CLK）= (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
用我们的时钟数除以想要显示的帧数就是我们需要的时钟频率。下面是60帧的不同分辨率的时序参数：

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三、总结

简单总结了RGB_LCD的一些概念以及行场时序、接口等信息，方便我们后面进行彩条显示实验和视频。

四、参考资料

以上资料均来自正点原子的教学视频或开拓者2开发教程：原子官方