FSMC_LCD

1. TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)[薄膜晶体管液晶显示器]

2. 液晶

物质在熔融状态或在溶液状态下虽然获得了液体物质的流动性，但在材料内部仍然保留有分子排列的一维或二维有序，在物理性质上表现出各向异性。这种兼有晶体和液体部分性质的状态称为液晶态，处于这种状态下的物质叫液晶。

  液晶态——结晶态和液态之间的一种形态，是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。一般可分热致液晶和溶致液晶两类。在显示应用领域，使用的是热致液晶，超出一定温度范围，热致液晶就不再呈现液晶态，温度低了，出现结晶现象，温度升高了，就变成液体。

  液晶态既像液体具有流动性和连续性，而其分子又保持着固态晶体特有的规则排列方式，具有光学性质各向异性等晶体特征的物理性质。其结构介于晶体和液体之间，所以也称它为介晶态。

  液晶态物质特殊的微观结构，因而呈现出许多奇妙的性质，如光学透射率、反射率、颜色等性能对外界的力、热、声、电、光、磁等物理环境的变化十分敏感，因而在电子工业等领域里可以大显神通。目前，液晶的应用领域主要有：显示、软件复制、检测器、感受器及分析化学等方面。

  折射系数是光线穿透液晶时影响光线行进路线的重要参数；介电系数是液晶受电场的影响决定液晶分子转向的特性；利用液晶本身的这些特性外加适当的电压，来控制液晶分子的转动，进而影响光线的行进方向，来形成不同的灰阶，配合Color Filter形成不同的色彩，这就是我们看到的图像。

3. TFT-LCD结构

4. 相关名词

LC	Liquid Crystal液态晶体
CF	Color Filter彩色滤光片,分R、G、B三种颜色的滤光片
B/L	Back Light背光
L/G	Light Guide导光板
data line	数据线,进行资料的传输
scan line	扫描线,控制TFT开闭,

 

5. TFT-LCD显示器面板

5.1 偏光板

液晶分子可改变光的极化状态，穿过扭曲液晶时，光线被液晶分子扭转90度，通过TFT电压控制开关来控制液晶分子两端的电压，不同压差下有不同的穿透率，极化程度也相应改变，从而达到控制光线强弱的目的。

5.2 背光模组

背光模组主要为液晶面板提供均匀、高亮度的光源，由于TFT-LCD非自发光性，因此需利用外加光源，如发光二极管、冷阴极射线管等。

主要功能：提供液晶面板平面光源，提供适当的辉度、色度、均匀度、视角等

6 液晶亮度的控制原理

液晶必须用交流信号驱动，长时间维持某一极性，液晶分子可能受到破坏；

 7 TFT-LCD显示原理

图像都是由一个个像素(pixel)构成,每个像素均由三种颜色(RGB)的小光点(dot)构成。

7.1 TFT-LCD显示方式

先开启第一行，其余关闭；

接着关闭第一行，电压已经固定所以显示颜色也已固定。开启第二行，其余仍保持关闭。以此类推，可完成整个画面显示。

7.2 TFT-LCD指标

1)解析度：解析度越高，画面越清晰

解析度与驱动IC的关系

7.3 颜色深度：LCD可显示的颜色数目

对6位显示器共可以显示颜色数目为：2^6 + 2^6 + 2^6 = 262144;

对8位显示器共可以显示颜色数目为：2^8 + 2^8 + 2^8 = 16777216;

256 Color: 8(R) * 8(G) * 4(B) = 256 color;

High Color: 32(R) * 64(G) * 32(B) = 65536 color;

Full Color: 64(R) * 64(G) * 64(B) = 262144 color;

True Color: 256(R) * 256(G) * 256(B) = 16777216 color;

7.4 Dithering

7.5 TFT-LCD穿透率

TFT-LCD光学穿透率不高：TFT开口率约60%以上；CF的率光效率约1/3以下；偏光板的极化效率约40%上下。三者相乘约为8%。

闭口率：液晶分子中光学能够穿过的有效区域比例。即液晶分子中有效的透光区域与全部面积的比例，就称之为闭口率。

所以LCD的设计中要努力增加开口率，只有开口率提高，便可增加亮度，同时背光板的亮度也不用那么高。

8 TFT-LCD基本驱动方式

9 数字屏与模拟屏

液晶是根据电压发生扭曲，控制其透光多少决定亮度的。液晶和光都是没有颜色的，加了虑光片就产生了颜色。 因为是用电压控制，所以一定是模拟量了。这是从液晶本身的工作方式看; 液晶被加工成液晶屏以后，根据接出来的引线不同，分为模拟的和数字的。模拟屏和数字屏的屏本身是没有区别的，点亮的时候驱动行列驱动IC用的都是数字信号。

一、模拟屏和数字屏就屏本身来说是没有区别的，主要区别是在电路上。加到液晶屏像素上的肯定都是数字信号。在屏的边缘有很多行列驱动IC，就是所谓的驱动器。在屏后面的电路板上主要是控制器，控制器将收到的信号转换为符合驱动器时序要求的驱动信号，送给驱动器点亮相应的像素。
  模拟屏和数字屏在这写部分是一样的，他们的区别主要在于输入上。数字屏直接输入数字信号，RGB每种颜色信号都被视频处理电路转换若干位数字信号，直接送入屏上的控制驱动器，A/D转换是在前面的电路中完成的。而模拟屏输入是三基色模拟信号输入，它的A/D转换是在液晶屏上的电路中完成的。
  二、关键的区别在输入的RGB信号是仿真的还是数字的。真正的输入到屏上的是一个具体的电压值，这个电压值的大小决定了液晶的偏转的大小，从而决定了透过光的多少，可以认为驱动屏需要的是仿真信号，但绝对不是数字信号(对RGB信号而言,当然时序信号是数字的)输入的RGB如果是仿真信号，这样的屏叫仿真屏，在LCM的DRIVER IC内部进行采样处理，然后把样本值送到TFT上。输入的RGB信号如果是数字的叫数字屏，在LXM的DRIVER IC内部要进行D/A转换，这部份工作是由GAMMA校正电路完成的。
  （LCD真彩显示使用TFT型LCD，主动点阵显示，需要采用源极驱动器（source driver）和栅极驱动器（gate driver）去控制LCD场效应晶体管FET的源极与栅极.源极驱动器接收显示数据驱动LCD列显示,也称为数据驱动器（data driver），栅极驱动器控制逐行扫描。
  三、模拟屏的输入信号是模拟的RGB信号， 一般每行信号要和上一行反向， 还要有配合的VCOM信号， 需要＋10V以上和－10V以下的偏压，垂直分辨率一般为230左右；数字屏的输入信号分TTL和LVDS等几种，一般红绿兰三色各用6到8位数字量来表示，不需要外接偏压， 垂直分辨率一般为400以上。
  其实数字屏与模拟屏都是用数字信号驱动显示的。现在人们所说的数字屏与模拟屏是从液晶屏的接口来区分的，可以直接输入模拟信号的屏就是模拟屏，要输入数字信号的就是数字屏。模拟屏比数字屏多了个A/D转换器，用来将模拟信号转换为数字信号。数字屏就直接处理数字信号来显示。数字屏从它的信号传输方式来分，可分为TTL，LVDS等等方式。

10 开发板液晶屏组成(数字屏)

一块TFT液晶屏(用来显示输入信息)、驱动IC R61509V芯片(驱动液晶屏使其正常工作)、模数转换芯片XPT2046(通过内部SPI通信将模拟信号转换为数字信号，然后对驱动IC进行寄存器分析);

11 FSMC

FSMC一旦设置好后WR(读)、WD(写)、DB0-DB15这些数据线和控制线，就会自动的产生时序送入到LCD；

TFT-LCD用FSMC_NE4做片选信号，这是由于SRAM操作时序与FSMC操作时序相似。不同的时LCD有RS信号，无地址信号；FSMC有地址信号，无RS信号；所以用FSMC的A10连接LCD的RS。

由于对TFT-LCD的操作类似于SRAM的操作，因此选择块1中的一个64MB的区域作为操作地址，这里选择了第4个存储区域，范围为0x6C000000-0x6FFFFFFF；LCD通过RS信号来确定传输的是数据是数据还是命令，结合FSMC控制原理，本质上RS可以理解为一个地址信号。把RS接到A10上面，当A10=0时就是写命令，A10=1时就是写数据，也就是操作A10为0或者为1就可以控制LCD是写入命令还是数据了。

LCD_BASE地址：根据外部电路连接确定，如选择bank1的块4就是从地址0x6c000000开始，而stm32的fsmc在16位数据宽度时，地址线是右移一位对齐，因此0x000007FE，二进制位0111 1111 1110，右移对齐一位后变为011 1111 1111，此时A10为最前面的0，也就是RS=0，代表写命令，如果这个地址再加1，就变成了100 0000 0000，此时A10为最前面的1，也就是RS=1，代表写数据。我们将这个地址强制转换为LCD_TypeDef结构体地址，那么可以得到LCD->LCD_CMD的地址就是0x6C0007FE，对应A10的状态为0(即RS=0)，而LCD->LCD_DATA的地址就是0x6C000800(结构体地址自增)，对应A10的状态为1，(即RS=1)，从而实现对RS的控制。