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2016年7月15日星期五
多画面处理器
目录
4.3寸RGB接口TFT显示模组介绍： (3)
RGB接口TFT屏扫描方式 (4)
4.3寸RGB显示屏时序分析 (5)
芯航线FPGA学习套件VGA电路介绍 (7)
小结 (8)
RGB TFT 控制器设计 (8)
第一步，设计行扫描计数器 (8)
第二步，设计场扫描计数器 (9)
第三步，产生行同步信号和场同步信号 (9)
第四步，输出数据 (9)
第五步，输出正确的行列扫描位置 (10)
完整TFT控制器设计 (10)
甜菜斑蝇
TFT控制器仿真验证 (13)
Testbench设计 (13)
仿真结果分析 (15)
TFT控制器板级验证 (15)
板级验证需求 (16)
板级验证电路设计 (16)
添加PLL时钟分频单元 (17)
完整的测试电路代码 (18)
板级验证 (20)
各种常见显示屏极其接口介绍
在嵌入式系统中，经常会使用到液晶显示屏来显示相关信息，从早期的1602字符点阵到如今的4K LED显示屏，显示技术经历了巨大的变革。根据应用领域不同，也有很多不同的屏幕接口，如8080接口、RGB接口、MIPI接口等，每种接口都有各自的特性，应用于不同的场合，交叉较少。我们在使用时，也是需要根据实际需求合理选择合适接口的显示屏。 相信很多电子生刚开始学习单片机时，接触到的就是51单片机。在51单片机上，使用最广泛的显示设备就是1602、12864字符点阵。这两种液晶显示屏使用的是Intel 8080的总线，51单片机使用外扩8080总线或者IO模拟该总线对液晶屏进行读写，以实现数据显示。
后来，当我们学习了较为高级的单片机，如MSP430、STM32后，我们接触到了彩液晶显示屏。单
片机经常使用的彩液晶显示屏通常都是内部设计了有显示缓存存储器的，只要把要显示的内容写入到显存中，显示屏就会自动的依次读取每个像素点对应的显存内容并驱动液晶像素点显示对应颜。彩液晶显示屏模型和12864液晶屏较为类似，只不过能够显示彩图像，而12864只能显示黑白内容。这类彩液晶显示屏常使用16位的总线接口，该接口也与Intel 8080总线接口兼容，我们在使用的时候，只需要将彩液晶显示屏当做一个RAM进行读写即可将需要显示的内容显示在屏幕对应的位置。比较典型的一种使用方法，是使用STM32的FSMC总线，将这样的液晶显示屏映射为一块存储区，直接使用FSMC总线对该存储区进行读写即可。
随着学习的进一步深入，部分同学接触到了嵌入式ARM处理器，如ARM9、ARM11、Cortex-A8等等，这些处理器往往运行成熟的操作系统，如WindowsCE、Linux等等。而且它们都能驱动很多的大屏幕，如市面上最早流行的2440的开发板，基本标配都有一块4.3寸480*272分辨率的RGB显示屏，而有些甚至支持到了7寸800*480分辨率。这些屏幕，使用普通的MCU是无法驱动的，因为这些屏幕本身不含显存，需要驱动器能够带有显存，并按照RGB时序准确的将显存中的数据送到屏幕上显示，而一般的单片机由于工作速度、总线带宽、存储容量有限，很难支持如此高的数据刷新速率。而ARM处理器由于性能较高，而且使用外部大容量DDR存储器作为运行内存，因此能够支持这样一类的屏幕。
以下为一款常用的4.3寸TFT显示屏（AT043TN24 V.1）的接口时序图：
相信之前学习过VGA时序的朋友一眼就能看出来，是的，这款屏幕的接口和VGA接口时序非常的相似，甚至说是一样的。区别只是在于时间参数有所不同。看到这里，相信大家心里瞬间就有了信心，VGA都能够理解，这样一个和VGA接口极度相似的接口，又有什么搞不定的呢？而事实就是，我们后面设计该显示屏的驱动的时候，就只是在之前VGA控制器的基础上进行了简单的一些时序参数的修改，就能够直接用来驱动这样一款4.3寸TFT液晶显示屏了。荧光寿命测试
4.3寸RGB接口TFT显示模组介绍：
市面上我们最常买到的4.3寸屏都是以模组的形式提供的，各大厂家生产的模组，其接口引脚顺序都是兼容的。而且接口时序也都是标准的。以下为AT043TN24 V.1这个模组的接口顺序：
其中，1、2号脚为背光灯的供电脚，TFT屏背光使用串联LED供电，要求供电电压为18.6V到21V，恒流，电流范围为36mA到44mA之间。
3、4、29、36号脚为TFT的供电电源或GND脚，用于给TFT提供必要的工作电压。
5~12、13~20、21~28分别为像素颜数据的红绿蓝分量输入脚，每个颜分量共8位，即该液晶显示屏最高可现实2^24中颜。
30脚为像素时钟脚，驱动器与TFT屏的数据和控制信号全部需要同步于该像素时钟信号。
31脚为现实开关脚，使用该脚可直接控制TFT屏的显示开关。
32、33为行、场同步信号，实现对图像数据的行、列同步。用来控制TFT屏的刷新。这些信号与VGA时序含义完全一致，因此只要理解了VGA接口原理。
34脚为数据使能脚，即在显示有效区域，打开该信号以使能信号输入，在非有效区域，关闭该信号以禁止像素数据输入，以免影响到消隐。
37~40脚为4线制电阻触摸接口，在设计含有触摸功能的显示组件时，常把触摸屏的4根信号线先焊接到TFT屏的FPC对应的焊盘上，然后通过TFT屏的这4个脚送往触摸控制器（如XPT2046）。当然，也可以不使用这4个脚，而是直接将触摸屏的4根连线直接连接到触摸控制器上，这取决于应用需求。
RGB接口TFT屏扫描方式
RGB接口的TFT屏扫描方式和VGA类似，也是使用行列扫描的方式。在介绍TFT屏扫描原理之前，我们还是再来回顾下VGA显示器的扫描原理。
阀门加工在VGA标准兴起的时候。常见的彩显示器一般由CRT（阴极射线管）构成，彩是由RGB（红、绿、蓝）三基组成。显示是用逐行扫描的方式解决。阴极射线发出电子束打
光伏板安装在涂有荧光粉的荧光屏上，产生RGB三基，合成一个彩像素，扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下进行扫描，每扫完一行，电子束都回到屏幕的左边下一行的起始位置。在这期间，CRT对电子束进行消隐。每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方。同时进行场消隐，预备下一场的扫描。
随着显示技术的发展，出现了液晶显示器，液晶显示器的成像原理与CRT不同，液晶显示器是通过对液晶像素点单元施加电压与否，来实现液晶单元的透明程度，并添加三滤光片、分别使R、G、B这3中光线透过滤光片，最后通过3个像素点合成一个彩像素点，从而实现彩显示。但是由于液晶显示技术后于CRT显示技术诞生，因此在液晶显示器诞生的时候，为了能够兼容传统的显示接口，因此液晶显示器通过内部电路实现了对VGA接口的完全兼容。因此，我们在使用显示器时，只要该显示器带有标准的VGA接口，我们就不用去关系其成像原理，直接使用标准的VGA时序即可驱动。
而RGB接口的TFT屏，扫描方式与VGA完全一致，不同之处只是在于，VGA显示器是接收模拟信号，
而TFT屏则省略了这一过程，直接接受数字信号。例如，驱动VGA时，我们首先产生对应像素的颜数字信号编码，然后使用数模转换电路将数字转换为模拟信号，然后通过VGA线缆将模拟信号传输到VGA显示器上进行显示。而TFT屏则直接省略了数模转换这一过程，直接接受传输线缆传输过来的数字信号，并进行显示。因此在控制器设计端，并没有任何区别。
4.3寸RGB显示屏时序分析
上一节我们讲了，RGB接口的TFT屏其驱动时序与VGA非常类似，而区别仅仅在于时序参数不同，接下来我们就来看下TFT屏的时序参数。下图是该屏接口的行扫描、场扫描的时序图。
行扫描时序要求（单位：输出一个像素的时间间隔，即像素时钟）：
T hp（行同步头）：41
T hb：2
T hd（行图像）：480
T hf：2
T h：525
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