Introduzione all'interfaccia LCD e CTP

Che cos'è l'interfaccia LCD? 


Per ulteriori informazioni sugli LCD, consultare il nostro Nozioni di base sull'LCD pagina di esercitazione.

Come qualsiasi dispositivo di visualizzazione, la griglia di pixel in a schermo a cristalli liquidi comunica con un microcontrollore (MCU) o microprocessore (MPU) che dirige la luminosità che ogni pixel deve emettere, creando a sua volta il colore necessario del pixel per lo schermo LCD complessivo. Diverso da display OLED, Moduli LCD utilizzano i pixel come gateway tra la retroilluminazione e la superficie del display, quindi l'MCU/MPU si concentra sul passaggio piuttosto che sulla generazione di diversi livelli di luce.

Il metodo di comunicazione tra l'MCU/MPU e un segmento del display LCD è quello che viene chiamato interfaccia. In termini di obiettivo, tutti i metodi di interfacciamento del modulo LCD hanno lo stesso scopo: fungere da bus dati e trasferire segnali tra l'MCU/MPU e il display. Ma la complessità di come ogni opera può variare drasticamente.

 

Forma d'onda di guida LCD

Nei circuiti integrati (IC) del display LCD, deve essere utilizzata una corrente alternata (AC). Se viene utilizzata una corrente continua (DC), lo strato di cristalli liquidi potrebbe eventualmente non essere influenzato dal campo elettrico, causando la rottura del dispositivo. Una corrente alternata cambierà periodicamente il flusso direzionale e talvolta l'ampiezza della corrente in modo sinusoidale, mentre l'elettricità della corrente continua scorrerà solo in un'unica direzione. Per una rappresentazione visiva di queste due correnti, di seguito è riportato un grafico del tempo (x) rispetto alla corrente/tensione (y), dove l'asse x rappresenta zero corrente/tensione.

 

Display interfaccia seriale DSI

La forma sinusoidale del grafico AC mostra la forma d'onda del pilotaggio LCD. Tuttavia, le forme d'onda possono anche avere forme quadrate, come nel seguente grafico AC.

Interfaccia seriale display LCD

In dispositivi come gli LCD, il VDD è il pin di alimentazione collegato al terminale di drain sul transistor dell'LCD e il VSS è il rispettivo pin di dati dell'alimentatore di origine. Con questa forma d'onda di pilotaggio CA, può esserci ed è uno zero V . complessivoDD potenziale, proteggendo il materiale a cristalli liquidi da eventuali danni.

 

Controller LCD contro driver

Il controller LCD è un tipo di piccolo computer MPU in grado di tradurre il codice software dell'utente in informazioni utilizzabili per l'LCD, consentendo al display di mostrare quindi la grafica, i caratteri o le immagini corretti. Senza un tale dispositivo, le migliaia di pixel su un display dovrebbero essere comunicate individualmente, rendendo difficile la produzione di un display ampio e unificato. Il controller memorizza i dati ricevuti nella memoria ad accesso casuale (RAM) dove possono essere recuperati per essere letti o scritti in un determinato periodo di tempo, indipendentemente dalla posizione nella RAM. Dopo che i dati sono stati convertiti in un seriale o interfaccia parallela, viene quindi trasferito al driver LCD.

Il driver LCD è un chip a semiconduttore che aiuta nell'alimentazione e nel controllo degli LCD. Prendendo l'interfaccia convertita dal controller, il driver invierà un segnale per dirigere la tensione, la corrente e i tempi desiderati per visualizzare quindi l'immagine corretta. Esistono due tipi di driver: comune e segmentale. I driver comuni inviano segnali per creare righe nel display e i driver di segmento controllano le colonne per creare il carattere del display. I driver controllano quindi i pin di dati che caricano i dati in un segmento specifico del display in base al comando.

Esistono anche circuiti integrati driver/controller che possono completare le azioni delle parti separate, ma possono anche ricevere direttamente informazioni dall'MPU e inviare tali comandi ai driver comuni e di segmento. Questo tipo di IC si trova più comunemente nei display grafici come gli LCD.

 

Interfaccia parallela vs seriale

Nel processo di invio di dati attraverso una rete, due modi per farlo sono attraverso a interfaccia parallela e uno seriale. Entrambi completano il lavoro, ma hanno metodi diversi e quindi vantaggi diversi. Nel trasferimento dei dati, l'interfaccia parallela invierà i dati in più bit in una direzione. Anche l'interfaccia seriale invia i dati in una direzione, ma in una singola stringa di bit. Ad esempio, se viene inviata una parola di cinque bit di lunghezza, l'interfaccia parallela trasferirà tutti e cinque i bit in cinque canali corrispondenti che trasferiscono ciascuno il bit da ricevere contemporaneamente agli altri in un unico byte come nel segnale iniziale. L'interfaccia seriale, invece, invierà ogni lettera in ordine, una alla volta. Dopo che tutti i bit sono stati inviati, verranno riassemblati in un byte. Per un riferimento al diagramma, vedere di seguito.

Interfaccia MIPI dsi LCD

L'interfaccia parallela utilizza la cosiddetta posizione spaziale per codificare i bit (dai vari canali). L'interfaccia seriale utilizza la posizione temporale sul singolo canale o il tempo tra ciascun bit segnalato.

Con questo processo spiegato, l'interfaccia parallela è molto più veloce e può inviare un numero massimo di x bit attraverso x canali nel tempo impiegato da un'interfaccia seriale per inviare un bit attraverso il singolo canale. Tuttavia, l'interfaccia seriale è molto più stabile, consentendo segnali più chiari. L'interfaccia parallela può essere sovraccaricata dal numero di connessioni (canali) utilizzate e questo può distorcere la trasmissione, rendendola meno praticabile per i segnali a lunga distanza rispetto all'interfaccia seriale.

 

MCU/Interfaccia parallela

L'interfaccia MCU o CPU è utile per la sua capacità di leggere e scrivere dati nella memoria del dispositivo o nel bug frame interno, quindi se l'utente desidera che le immagini vengano archiviate per un utilizzo successivo, questa interfaccia è appropriata. Nell'interfaccia parallela MCU per LCD, i segnali dati vengono inviati utilizzando un bus dati tramite canali dati a 8 bit, 9 bit, 16 bit o 18 bit. Questo è un tipo di segnale del controller LCD; l'altro è il segnale di controllo che definisce l'operazione, lettura o scrittura.

Questo tipo di interfaccia è nel complesso semplice, ma richiedeva la RAM di visualizzazione per il suo comportamento di archiviazione. Può essere utilizzato in LCD a caratteri (usando lettere e numeri solo nel display), LCD graficie LCD TFT molto piccoli (meno di 3.5 pollici). Tutte le interfacce hanno Vcc per l'alimentazione, gnd per la messa a terra. Il più famoso controller LCD a caratteri, Hitachi, HD4470 ha anche la selezione del registro, la modalità a 4 bit o la modalità a 8 bit, ASCII integrato, posizione del cursore, pin di abilitazione, registro dati ecc. Ma non ha un convertitore da analogico a digitale o un amplificatore di tensione (convertitore DC-DC) come la maggior parte dei controller LCD grafici. Se è necessaria una tensione maggiore, deve essere esterna o aggiungere un convertitore DC-DC a bordo.

 

Interfaccia seriale

L'interfaccia seriale, come descritto in precedenza, è un singolo canale di segnali inviati uno ad uno alla parte ricevente del dispositivo. Si chiama interfaccia seriale perché invia una serie di impulsi di tensione per trasmettere un messaggio utilizzando la posizione temporale. In questa comunicazione vengono utilizzati i numeri binari 1 e 0. Un 1 è segnalato da una tensione logica alta e uno 0 da una tensione logica bassa.

Con la natura complicata dell'interfaccia seriale, il protocollo è necessario per creare un comportamento concordato. Cose come quando il ricevitore inizia o smette di cercare le informazioni trasmesse e l'ordine dei bit sono indirizzati nel protocollo. Due approcci a questo protocollo sono le interfacce seriali sincrone (come l'interfaccia periferica seriale o SPI) e le interfacce seriali asincrone (come l'interfaccia di comunicazione seriale o SCI). SCI viene utilizzato più spesso tra due computer, ciascuno con orologi interni, e SPI viene utilizzato quando il dispositivo che riceve i dati trasmessi è privo di quell'orologio interno. Lo SPI sarà discusso più nella sezione seguente.

Rispetto all'interfaccia parallela, l'hardware dell'interfaccia seriale è più economico a causa del minor numero di connettori all'interno del dispositivo.

Interfaccia SPI

L'SPI è un bus dati sincrono che ha diverse linee per i dati e un orologio per, da qui il nome, sincronizzare perfettamente i due lati della trasmissione dati. Il segnale di clock (SCLK) oscilla, indicandoci quando campionare i bit sulla linea dati.

Interfaccia parallela MIPI

Se dai un'occhiata all'immagine, ogni volta che c'è un cambiamento da bassa tensione logica ad alta (in salita) o da alta a bassa (in discesa), si parla di fronte. Ad ogni fronte di clock, viene campionato un bit. Se si tratta del fronte di salita o di discesa dipenderà dal dispositivo e può essere determinato utilizzando le specifiche sulla scheda tecnica.

Poiché SCLK viene generato solo da un lato (lato controller o master), ciò rappresenta una sfida quando i dati devono essere inviati dalla periferica (dove si sposta SCLK o slave) in direzione del controller. Tipicamente, i segnali vengono inviati da master a slave (uscita master, ingresso slave; MOSI). Ma se inviato al contrario (ingresso master, uscita slave; MISO), non è possibile utilizzare lo stesso percorso e il clock non sarà allineato con il segnale. Per far fronte a ciò, l'SCLK invierà un ciclo di clock prestabilito che si assocerà al segnale di ritorno che viaggia su una terza linea dati.

L'ultimo componente dell'interfaccia SPI è lo slave select (SS), noto anche come chip select. Le funzioni SS svegliano la periferica per inviare o ricevere dati. Poiché SPI può supportare più periferiche, SS può anche riattivare periferiche specifiche anziché tutte. Con un'altra linea tra master e slave, la SS resta alta, scollegando la periferica dal bus SPI, e quando arriverà il momento, la SS verrà portata bassa per attivare la periferica. C'è un SS per slave e quando il software inizializza ogni SS. Per evitare risposte dagli slave non inizializzati, i resistori vengono utilizzati come interruttori per interrompere il segnale fino a quando non si intende raggiungere quello slave.

L'SPI può essere utilizzato in LCD TFT a cifre, caratteri, grafici e di piccole dimensioni e consente hardware più economico, velocità più elevate rispetto allo SCI e interfacciamento semplice. L'SPI è un'interfaccia che può essere utilizzata in un tipo specifico di resistore chiamato potenziometro digitale (o digipot) che interagisce con i segnali dell'MCU/MPU. Questa interazione, se il digipot è della giusta resistenza elettrica (misurata in un'unità chiamata Ohm), può regolare efficacemente il livello di polarizzazione (il contrasto) dell'LCD. Questi digitpot sono controllati da Arduino, una piattaforma di prototipazione elettronica open source.

 

Circuito Inter-Integrato (I²C)

Un'altra interfaccia seriale sincrona è il circuito inter-integrato, abbreviato I2C. Viene utilizzata un'interfaccia simile all'SPI, con le funzioni master, slave e clock. Basandosi sullo SPI, l'I2C aggiunge funzionalità aggiuntive. Non solo un singolo master può controllare più slave (il concetto SPI), più master possono controllare uno o più slave e sono necessarie solo due linee anziché tre: una per trasmettere SCLK e una per trasmettere segnali dati MOSI che collaborano con noi, attingono direttamente dalla storia e dalla tradizione veneziana Segnali MISO. l'io2C utilizza anche un protocollo con condizioni di avvio e arresto che segnala tramite l'interruttore tra alta e bassa tensione sulla linea del segnale dati.

Il I2C non ha la linea SS come l'SPI, quindi la selezione di uno slave con cui comunicare richiede un processo chiamato indirizzamento. C'è un frame di segnale inviato sulla linea dati direttamente dopo il bit di start per indirizzare uno slave specifico. Il segnale di uscita del master complessivo raggiunge comunque tutti gli slave a cui è connesso, ma solo lo slave che ha un indirizzo corrispondente al segnale riconoscerà il messaggio. in io2C, c'è un bit ACK che viene inviato se il dispositivo ricevente ha ricevuto correttamente l'indirizzo o il frame di dati dal mittente. Anche sul frame dell'indirizzo c'è un bit di lettura o scrittura, che determina se il master vuole inviare o recuperare dati dallo slave. Una volta ricevuto il bit ACK, il mittente originale invierà il frame di dati (viene inviato per primo il bit più significativo della sequenza di 8 bit). I frame ACK continueranno ad essere inviati per ricevere il frame di dati successivo.

Con il suo protocollo ben noto e la capacità di supportare l'uso di più slave e più master, l'I2C è un'interfaccia utile. Può essere utilizzato in LCD TFT a cifre, caratteri, grafici e piccoli. Puoi trovare anche io2Interfaccia C, come l'SPI, in digipot.

 

Interfaccia del processore del settore mobile (MIPI)

I interfaccia del processore del settore mobile display interfaccia seriale (MIPI DSI) è chiamato così per il suo uso mirato e popolare su dispositivi mobili, come smartphone e laptop. Ha anche iniziato a crescere nell'industria automobilistica, diventando utilizzato nei display del cruscotto e in altri display moderni nei veicoli a motore. La parte DSI caratterizza questa interfaccia come ad alta velocità per quanto riguarda la trasmissione dei dati tra l'MCU/MPU e un modulo display. Questa interfaccia utilizza un bus seriale e un protocollo di comunicazione per visualizzare i dati dell'immagine. Utilizza una linea di clock ad alta velocità insieme ad almeno un'altra linea dati.

Il motivo per cui MIPI DSI è cresciuto così tanto in popolarità grazie alla sua capacità di ottenere alte prestazioni e modalità a basso consumo, pur rimanendo compatibile con diversi dispositivi e produttori.

 

 

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