顯示技術(shù)以光速向前發(fā)展。多年來(lái)，即使是復(fù)雜的設(shè)備也使用數(shù)字和字母數(shù)字顯示技術(shù)、按鈕和 LED。

　　隨著大規(guī)模生產(chǎn)、制造改進(jìn)和競(jìng)爭(zhēng)，薄膜晶體管 （TFT） 顯示器的價(jià)格大幅下降，同時(shí)性能大幅提升。它們是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，不僅是預(yù)期的，而且要求任何現(xiàn)代用戶界面都是全彩色的、明亮的背光、觸摸敏感的，并且具有高視頻速度和良好的視角。

　　雖然簡(jiǎn)單的低成本 8 位微控制器可以輕松處理多路復(fù)用的 7 和 14 段 LED 和字母數(shù)字 LCD 顯示器，但驅(qū)動(dòng) TFT 所需的內(nèi)存、處理器速度和外圍資源卻超出了大多數(shù)普通微控制器的處理能力。因此，需要專(zhuān)用的控制器芯片、嵌入式模塊或更快、更密集、更精簡(jiǎn)的處理器架構(gòu)。

　　本文著眼于制作良好 MCU 到 TFT 接口的因素。這包括為 TFT 應(yīng)用選擇微控制器時(shí)要尋找的存儲(chǔ)器深度和架構(gòu)、分頁(yè)、數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)電平、接口和片上外設(shè)。它檢查了 TFT 技術(shù)和當(dāng)今的產(chǎn)品供應(yīng)，您的設(shè)計(jì)將需要驅(qū)動(dòng)這些產(chǎn)品。它還研究了一些為彩色 TFT 顯示器提供本機(jī)支持的微控制器，了解它們的技術(shù)、特性、權(quán)衡和限制。本文中提到的所有顯示器、微控制器、驅(qū)動(dòng)器、逆變器和開(kāi)發(fā)工具均可從 Digi-Key Corporation 獲得。

　　技術(shù)

　　TFT 顯示器是一種液晶顯示器，其中控制像素晶體的晶體管被??蝕刻到沉積在玻璃上的非晶硅層中（見(jiàn)圖 1）。正如在 IC 工藝中一樣，在幾何上形成了非常小的晶體管。晶體管的小尺寸意味著它不會(huì)顯著衰減通過(guò)的光。

　　圖 1：偏振光通過(guò)一個(gè)液晶盒，該液晶盒看起來(lái)像一個(gè)受外加電場(chǎng)控制的電容器。

　　TFT 的優(yōu)勢(shì)在于它們對(duì)于視頻來(lái)說(shuō)足夠快，提供大而平滑的調(diào)色板，并且可以通過(guò)電子二維控制矩陣進(jìn)行像素尋址（參見(jiàn)圖 2）。大多數(shù)低成本顯示器使用通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積沉積在玻璃上的非晶硅晶體層。

　　圖 2：在電子方面，整個(gè)顯示器使用穩(wěn)定的 V COM參考，伽馬校正的驅(qū)動(dòng)電壓通過(guò)每個(gè)晶體管。

　　許多版本的 TFT 技術(shù)將我們引向了現(xiàn)代顯示器。諸如視角差、對(duì)比度差和背光差等早期投訴已得到解決。更好的光源、漫射器和偏振器使許多顯示器非常生動(dòng)，有些甚至聲稱(chēng)是日光可讀的。平面內(nèi)切換等現(xiàn)代技術(shù)通過(guò)使晶體在與顯示平面平行的方向而不是垂直方向上移動(dòng)來(lái)改善視角?，F(xiàn)代顯示器的更好的速度和對(duì)比度使它們以相當(dāng)?shù)偷某杀精@得高性能。

　　由于 TFT 不是發(fā)光器件，因此它們需要背光。最常用的背光技術(shù)是冷陰極熒光燈 （CCFL）。之所以設(shè)計(jì)、選擇和使用這些設(shè)備，是因?yàn)樗鼈兎浅８咝沂褂脡勖浅ｉL(zhǎng)。通常，CCFL 燈泡的半衰期為 50，000 小時(shí)?！?這意味著在 50，000 小時(shí)后，它仍然有效，但強(qiáng)度只有新時(shí)的一半。

　　現(xiàn)代顯示器，尤其是較小的顯示器，已經(jīng)過(guò)渡到基于白色 LED 的背光。這些更容易制造，不需要 CCFL 燈泡所需的高壓逆變器，并且與 CCFL 技術(shù)相比，成本接近更低。CCFL 和 LED 技術(shù)都將使用疊層內(nèi)部的漫射層來(lái)均勻分布光線?；?LED 的背光燈實(shí)際上可能是側(cè)燈，并使用光管結(jié)構(gòu)來(lái)分配光線。

　　但請(qǐng)注意，直到最近，LED 制造商才聲稱(chēng) LED 照明的預(yù)期壽命更長(zhǎng)。時(shí)間將證明 LED 照明的真正壽命。但是，它肯定會(huì)繼續(xù)改進(jìn)。

　　半透反射技術(shù)正在穩(wěn)步改進(jìn)，并且可用于某些 TFT 顯示器。這是使用背光和環(huán)境外部光來(lái)使顯示器可見(jiàn)的地方。陽(yáng)光可能會(huì)使其可見(jiàn)，但一般而言，透反射顯示器的透射率較低。這意味著背光必須更亮（并且需要更多功率）才能與一直需要背光的純透射式顯示器相媲美。

　　對(duì)于 TFT 和大多數(shù)彩色顯示技術(shù)，單個(gè)像素包含一個(gè)紅色、一個(gè)綠色和一個(gè)藍(lán)色像素 （pel）。每種顏色的相對(duì)強(qiáng)度將決定最終的混合顏色。

　　通過(guò)像素的光透射率與施加到液晶像素的電壓之間的關(guān)系不是線性的。這意味著標(biāo)準(zhǔn)線性 DAC 輸出與標(biāo)準(zhǔn)顯示器的標(biāo)準(zhǔn) RGB 校準(zhǔn)不匹配。在某些應(yīng)用中，例如游戲和手機(jī)，這可能并不重要，因?yàn)榈头直媛省⑼噬曨l的觀眾幾乎不會(huì)注意到顏色的輕微變化。但對(duì)于醫(yī)療、儀器儀表和其他要求更高的應(yīng)用類(lèi)型，伽馬校正可能是規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要因素。

　　可以將伽馬校正芯片或查找表插入數(shù)據(jù)流中以進(jìn)行此校正。你應(yīng)該有一個(gè)液晶顯示器的一致性。請(qǐng)注意，許多 LCD 制造商并不制造自己的母玻璃。因此，它們會(huì)因供應(yīng)商而異。除非您使用真正自己制造玻璃的供應(yīng)商，否則這可能會(huì)成為以后的問(wèn)題。

　　顏色深度或調(diào)色板取決于用于每種顏色的位分辨率。這通常包括從紅色、綠色和藍(lán)色各 6 位組成的 18 位接口，到每種顏色使用 8 位的 24 位接口。

　　一些顯示器將使用抖動(dòng)和交替像素顏色來(lái)更好地混合中間顏色。由于基于熒光粉的顯示器的余輝效應(yīng)不會(huì)延續(xù)到 LCD，因此還使用了更高的幀速率。確定您將使用的顯示器的質(zhì)量和平滑度。并非每種幀速率控制技術(shù)都能產(chǎn)生無(wú)閃爍和無(wú)抖動(dòng)的性能，尤其是在某些分辨率下。如果您注意到這一點(diǎn)，您的客戶和最終用戶也會(huì)注意到您的設(shè)計(jì)。

　　謝謝你的記憶

　　映射顯示圖像所需的內(nèi)存是關(guān)鍵。雖然有些微控制器將包含足夠的內(nèi)存來(lái)保存一頁(yè)顯示數(shù)據(jù)（僅此而已），但您可以看到即使是適中的 ? VGA 顯示器也需要大量?jī)?nèi)存。這超出了典型微控制器所能容納的范圍（見(jiàn)表 1）。因此，將需要到外部 RAM（SRAM、DRAM 或 SDRAM）的外部總線接口，尤其是在使用分頁(yè)的情況下。

　　表 1：由于每個(gè)像素的三個(gè)顏色元素，映射到顯示器所需的內(nèi)存與分辨率平方的三倍成正比。

　　分頁(yè)將允許更好的顯示質(zhì)量，因?yàn)榭梢栽诤笈_(tái)構(gòu)建下一頁(yè)面時(shí)顯示一個(gè)頁(yè)面，然后使其生效。當(dāng)圖形在滾動(dòng)、移動(dòng)精靈（圖形對(duì)象）、顏色陰影混合（用于在移動(dòng)時(shí)重疊圖形）等效果中快速變化時(shí)，這消除了重影和圖像閃爍。

　　為 TFT 接口選擇微控制器時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵特性是 DMA 支持。多通道、靈活的 DMA 將使世界變得與眾不同，尤其是在頁(yè)面、字符生成器和渲染表、動(dòng)畫(huà)和視頻之間移動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)。沿著這些思路，預(yù)編程和自主 DMA 功能將允許您在核心微控制器進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)刷新顯示。這是一項(xiàng)關(guān)鍵的節(jié)能功能，可以在使用電池供電時(shí)帶來(lái)天壤之別。

　　界面

　　非常大批量的應(yīng)用可能證明只為玻璃使用 OEM 并從玻璃開(kāi)始實(shí)施您自己的控制電子設(shè)備。在設(shè)計(jì)非常小型的設(shè)備時(shí)尤其如此，在這種設(shè)備中，使用自己的 PCB 布局所增加的靈活性對(duì)于成功至關(guān)重要。對(duì)于那些從玻璃開(kāi)始設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)，主要接口將是薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)器。所有像素都參考的穩(wěn)定公共電壓參考是關(guān)鍵。這稱(chēng)為 V COM并且有幾種用于生成 V COM信號(hào)的分立和集成解決方案可用。

　　一種有效的解決方案是使用 National Semiconductor LMH6640MF/NOPB這是一款軌到軌（最高 16 伏）、電壓反饋、高輸出（最高 100 毫安）放大器，針對(duì) TFT 晶體管驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化。170 V/μS 的快速壓擺率產(chǎn)生 28 MHz 的全功率帶寬（在 5 V 時(shí)），其小型 SOT-23 封裝可以安裝在狹小的空間中（參見(jiàn)圖 3）。

　　圖 3：穩(wěn)定的 V COM電平是美觀顯示器的必要條件。請(qǐng)注意通常為 VCC/2 的接地參考。

　　面板越大，操作晶體管所需的電流就越多。對(duì)于更大的面板，另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者是Maxim MAX9550EZK+T，它可以驅(qū)動(dòng)高達(dá) 800 毫安的峰值，電壓高達(dá) 20 伏。它在不到 2 μSec 的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在 0.1% 以?xún)?nèi)，并具有軟啟動(dòng)電路以限制啟動(dòng)期間的浪涌電流。注意，V COM電平通常設(shè)置在上電壓電平和地之間，而不是設(shè)置為地。這允許在不需要負(fù)電源的情況下將全量程交替極性驅(qū)動(dòng)到像素。

　　此外，V COM功能及其所有細(xì)微之處經(jīng)常被集成到更廣泛的 TFT 驅(qū)動(dòng)芯片中，例如德州儀器的 LM8207MT/NOPB 。它結(jié)合了 18 通道伽馬校正驅(qū)動(dòng)器和 V COM參考緩沖器（參見(jiàn)圖 4）。請(qǐng)注意，內(nèi)置 V COM緩沖區(qū)將允許從單個(gè)參考創(chuàng)建緩沖區(qū)樹(shù)以用于更大的顯示器。

　　圖 4：您可以使用結(jié)合了 V COM緩沖器、參考、列驅(qū)動(dòng)器和伽馬校正器的節(jié)省空間的集成部件。

　　我顯示，所以我是

　　驅(qū)動(dòng) TFT 顯示器而不需要更高端處理器的一種方法是使用分立的 TFT 控制器芯片，該芯片可以連接到功率較小的處理器。一個(gè)例子是Intersil TW8811-LD2-GR TFT 控制器芯片（見(jiàn)圖 5）。

　　圖 5：Intersil 高度集成的 TFT 控制器芯片結(jié)合了模擬和數(shù)字視頻輸入和輸出以及 TFT 控制。

　　針對(duì)特定的細(xì)分市場(chǎng)，在這種情況下是汽車(chē)應(yīng)用，TW8811 將控制甚至視頻標(biāo)準(zhǔn)（模擬、RGB、S-Video、NTSC、PAL 和 Secam）集成到一個(gè)單芯片控制器中。它支持并將不同的視頻源連接在一起，允許將同一顯示器用于導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)顯示器、環(huán)境控制、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)、備用攝像頭等。

　　片上 SDRAM 接口提供深度和成本效益分辨率高達(dá) WXGA 的顯示器所需的性能，以及 –40 至 +85 度的溫度范圍使其可用于各種惡劣環(huán)境應(yīng)用。

　　在引擎蓋下

　　如果單個(gè)微控制器可以控制手頭的任務(wù)以及嵌入式顯示器，這通常是最具成本效益的解決方案。大多數(shù)人會(huì)使用已經(jīng)包含 V COM、伽馬校正和 TFT 晶體管驅(qū)動(dòng)器的 TFT 模塊。因此，模塊的接口是 TTL、CMOS 或低壓差分信號(hào) （LVDS）。

　　值得慶幸的是，為了幫助在合理的時(shí)間內(nèi)完成 TFT 設(shè)計(jì)任務(wù)，芯片制造商提供了針對(duì)顯示器設(shè)計(jì)的解決方案。通常，這些是更高端的 32 位 RISC 型處理器架構(gòu)，具有流線型的外圍設(shè)備和資源，可以處理面向顯示和非面向顯示的功能，例如通信、傳感器接口等。例如，NXP Semiconductor LPC2478FBD208，551是一款基于 ARM7? 的 72 MHz 高端微控制器，具有高達(dá) 1024 x 768、24 位像素分辨率的 LCD 控制。除了非常靈活的 DMA 功能外，它還集成了 USB、四個(gè) UART、I2S、RTC、SD/MMC 存儲(chǔ)卡、以太網(wǎng)、I2C、CAN 等。它是一款“瑞士軍刀”處理器，針對(duì)集成的單處理器類(lèi)型設(shè)計(jì)。

　　像這樣的設(shè)備需要開(kāi)發(fā)環(huán)境和評(píng)估單元，而恩智浦就在那里。DK-57VTS-LPC2478是一個(gè)程序員的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它還包括一個(gè)帶有觸摸界面的 5.7 英寸 TFT。請(qǐng)注意用于頁(yè)面緩沖和圖形操作的 2M x 32 SDRAM。NXP 還提供針對(duì)基于傳感器的應(yīng)用的DK-57TS-LPC2478 。

　　無(wú)論如何，恩智浦半導(dǎo)體并不孤單。Renesas Electronics America還為處理器提供了對(duì) TFT 的內(nèi)置支持。以DF2378RVFQ34V 為例，這是一款基于 H8 的處理器，具有內(nèi)置于 DMA 中的高級(jí)塊傳輸功能。與 NXP 部件一樣，它包含大量外圍設(shè)備、閃存、存儲(chǔ)器接口和 I/O。

　　并非每個(gè)處理器都需要有專(zhuān)用的 TFT 接口才能使其成為可行的候選者。例如，TI TMS470R1B1MPGEA是基于 RISC 的 60 MHz ARM7 處理器，可以輕松連接到通過(guò)數(shù)字接口驅(qū)動(dòng)的大量 TFT 模塊。雖然一些模塊需要不斷刷新，但其他模塊可以加載顯示數(shù)據(jù)并在內(nèi)部生成所有時(shí)序和顯示數(shù)據(jù)移動(dòng)，從而減輕主機(jī) CPU 的負(fù)擔(dān)。如果是這種情況，CPU 必須足夠快以跟上任何動(dòng)畫(huà)或視頻。

　　TI 還提供非常高端的數(shù)字媒體片上系統(tǒng) （DMSoC） 解決方案，例如基于 DSP 的TMS320DM6446AZWTA。這不是您的普通處理器。這款 361 引腳 LFBGA 器件以 513 MHz 運(yùn)行并具有 160 KB RAM，是該公司高端 DaVinci? 系列的一部分，并受到多個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的支持，其中之一是TMDSVDP6437數(shù)字視頻 EVM。

　　必須看電視

　　許多顯示器都可以作為測(cè)試工具。其中許多可以直接用這里提到的處理器驅(qū)動(dòng)。也可以使用許多其他處理器，例如 Atmel （ AT91SAM9261B-CU ） 和STMicroelectronics （ STM32F107VBT6 ） 的產(chǎn)品。

　　無(wú)論您閱讀多少數(shù)據(jù)表，歸結(jié)為：顯示器是一種視覺(jué)設(shè)備。最終做出決定的是當(dāng)您在其上顯示屏幕時(shí)的外觀。