01TFT液晶屏基礎(chǔ)
? 入門概述
液晶屏已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，從電子表到手機(jī)、平板電腦，再到顯示器和液晶電視，它們無(wú)處不在。早期常用的液晶屏，如段碼LCD、1602、12232和12864等，雖然功能簡(jiǎn)單，但如今已被技術(shù)更為先進(jìn)的TFT液晶屏所取代，尤其在手機(jī)和平板電腦等電子設(shè)備上。
TFT，即薄膜晶體管顯示屏，是當(dāng)前主流的液晶屏技術(shù)。每個(gè)像素點(diǎn)都由集成在后的薄膜晶體管獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，這使得TFT液晶屏在顯示效果和響應(yīng)速度上都有著顯著的優(yōu)勢(shì)。
? TFT工作原理
那么，字符或圖像究竟是如何展現(xiàn)出來(lái)的呢？我們可以將光視為一種電磁波，它以電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互垂直震蕩方式向前傳播。電場(chǎng)在某一方向的震蕩幅度越大，光所蘊(yùn)含的能量便越高。這種特定方向震蕩的光可以被分解為兩個(gè)相互垂直的分量。
偏光片的功能在于允許某一方向震蕩的光通過(guò)，同時(shí)阻擋垂直方向的光。而偏光片組則更為復(fù)雜，其中第一偏光片僅允許特定方向的光通過(guò)，而第二偏光片則進(jìn)一步將這些通過(guò)的光阻擋，從而完全阻斷光的傳播，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉光源的效果。
液晶分子具有雙折射特性，其排列方式會(huì)隨電場(chǎng)變化而改變。當(dāng)光線穿過(guò)液晶層時(shí)，其震蕩方向可能發(fā)生改變或保持不變。若液晶分子不改變光的震蕩方向，則光線無(wú)法通過(guò)第二個(gè)偏光片，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉光源的效果。而當(dāng)液晶分子將光的震蕩方向改變90度時(shí)，光線可被分解為兩個(gè)分量，其中一個(gè)分量無(wú)法通過(guò)第二個(gè)偏光片，但另一個(gè)分量仍能通過(guò)，從而呈現(xiàn)打開狀態(tài)。通過(guò)施加電場(chǎng)，我們可以控制液晶分子的排列方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光的開關(guān)功能，從而進(jìn)行顯示。
接下來(lái)，讓我們了解一下TFT（薄膜電晶體）的工作原理。TFT的主要結(jié)構(gòu)包括一個(gè)非晶矽半導(dǎo)體薄膜，以及一個(gè)門極、源極和漏極。雖然它與場(chǎng)效應(yīng)管在命名上有相似之處，但兩者在結(jié)構(gòu)和工作原理上有所不同。然而，它們都可以被理解為一種受控的開關(guān)。這些開關(guān)以矩陣的方式排列，共同構(gòu)成了液晶顯示屏幕的基本結(jié)構(gòu)。
彩色的TFT技術(shù)進(jìn)一步將每個(gè)水平像素細(xì)分為三個(gè)RGB次像素，這些次像素能夠獨(dú)立控制，因此每個(gè)次像素都配備了一個(gè)TFT。通過(guò)這種方式，三個(gè)次像素共同構(gòu)成了一個(gè)完整的像素，從而實(shí)現(xiàn)了彩色顯示。
在水平掃描線上，所有TFT的門極都連接在一起，共享相同的電壓。當(dāng)在某條掃描線上施加足夠大的正電壓時(shí)，該掃描線上的所有TFT都會(huì)被打開，使得像素電極與垂直方向的資料線（漏極）相連通。隨后，通過(guò)對(duì)應(yīng)的資料線送入相應(yīng)的視頻信號(hào)，對(duì)像素電極進(jìn)行充電至適當(dāng)電壓。之后施加負(fù)電壓以關(guān)閉TFT，并在此過(guò)程中保持電荷在液晶電容上。如此循環(huán)，逐行掃描并送入視頻信號(hào)，直至整個(gè)畫面被寫入。然后重新從第一行開始寫入，這個(gè)過(guò)程通常以60-70Hz的頻率重復(fù)。
對(duì)于液晶光閥而言，其液晶上施加的電壓與光的穿透度密切相關(guān)。因此，通過(guò)控制施加在液晶上的電壓，可以精確地設(shè)定每個(gè)像素的光穿透度。配合均勻的背光源，即可呈現(xiàn)出所需的畫面。
02技術(shù)細(xì)節(jié)與應(yīng)用
? 液晶屏類型與參數(shù)
接下來(lái)，我們將對(duì)幾款液晶屏的參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)。
1、1.44寸液晶屏參數(shù)概覽
液晶屏類型：1.44” active matrix TFT-LCD
分辨率：128（寬）X 128（高）像素
顯示模式：透射式
顯示色彩：262K色
驅(qū)動(dòng)IC：ILI9163C
亮度：120cd/m2
對(duì)比度：400:1
視角：6點(diǎn)鐘方向
接口類型：4線SPI接口
背光：1顆白色LED，18ma，3.15V
2、引腳詳細(xì)解釋：
VCC：電源正極，電壓為+3.3V。
GND：電源負(fù)極。
CS：片選信號(hào)，低電平有效。
RST：復(fù)位信號(hào)，低電平有效。
AO：寄存器選擇信號(hào)，低電平時(shí)選擇命令寄存器，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器。
SDA：在SPI模式下，此引腳為數(shù)據(jù)輸入。
SCL：在SPI模式下，此引腳為同步時(shí)鐘輸入。
LED：背光LED電源控制。
從上述引腳定義可以看出，在SPI模式下，該液晶屏僅需4條IO口線即可與MCU構(gòu)成顯示系統(tǒng)。不同尺寸屏幕的詳細(xì)參數(shù)展示，引腳定義統(tǒng)一，可用于與通用MCU連接，實(shí)現(xiàn)顯示功能。
? 顯示系統(tǒng)構(gòu)建
構(gòu)建顯示系統(tǒng)的方式如下：
電源+MCU+TFT液晶屏
但請(qǐng)注意，驅(qū)動(dòng)IC并未在圖中明確展示，它實(shí)際上已被集成在液晶屏內(nèi)部。我們只需了解其寄存器定義，并通過(guò)液晶屏的端口進(jìn)行讀寫操作即可。
顯示系統(tǒng)由電源、MCU和TFT屏構(gòu)成。對(duì)于電源部分，我們可以使用3.3V的直流電源，小功率需求可使用ASM1117-3，而大功率需求則可選擇LM2596S-3.3（最高3A輸出）。
MCU：主要需滿足三個(gè)條件。首先是工作電壓，需為3.3V。其次，其存儲(chǔ)容量要足夠大，以確保能夠存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。最后，處理速度需足夠快，以保證圖像流暢顯示。
以我目前手頭的15L2K08S2單片機(jī)為例，它擁有8K的程序存儲(chǔ)區(qū)和2K的SRAM，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)33.1776MHz，外部時(shí)鐘最高輸出8MHz。雖然與60S2的60KB FLASH相比，其存儲(chǔ)容量較小，但已足夠應(yīng)對(duì)普通且不甚復(fù)雜的應(yīng)用需求。
準(zhǔn)備好上述三大件后，還需添加一些輔助材料，以確保系統(tǒng)的順利運(yùn)行。
1、數(shù)據(jù)線：需要一根USB轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線，主要用于將MCU與電腦連接，以便進(jìn)行程序燒寫。
2、字符LCD點(diǎn)陣提取軟件：推薦使用zimo221.exe軟件，用于從字符LCD中提取點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。
3、圖片點(diǎn)陣數(shù)據(jù)提取軟件：建議使用Image2Lcd.exe軟件，用于將圖片轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，以適應(yīng)液晶屏的顯示。
4、編程軟件：選用KEIL編程軟件，用于編寫和調(diào)試MCU的程序。
5、單片機(jī)燒寫軟件：根據(jù)所使用的單片機(jī)芯片型號(hào)，選擇相應(yīng)的燒寫軟件，用于將編寫好的程序燒寫入MCU。
準(zhǔn)備好以上材料后，您就可以開始著手進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)了。
