顯示技術以光速向前發展。多年來，即使是復雜的設備也使用數字和字母數字顯示技術、按鈕和 LED。

　　隨著大規模生產、制造改進和競爭，薄膜晶體管 （TFT） 顯示器的價格大幅下降，同時性能大幅提升。它們是事實上的標準，不僅是預期的，而且要求任何現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。

　　雖然簡單的低成本 8 位微控制器可以輕松處理多路復用的 7 和 14 段 LED 和字母數字 LCD 顯示器，但驅動 TFT 所需的內存、處理器速度和外圍資源卻超出了大多數普通微控制器的處理能力。因此，需要專用的控制器芯片、嵌入式模塊或更快、更密集、更精簡的處理器架構。

　　本文著眼于制作良好 MCU 到 TFT 接口的因素。這包括為 TFT 應用選擇微控制器時要尋找的存儲器深度和架構、分頁、數據傳輸、信號電平、接口和片上外設。它檢查了 TFT 技術和當今的產品供應，您的設計將需要驅動這些產品。它還研究了一些為彩色 TFT 顯示器提供本機支持的微控制器，了解它們的技術、特性、權衡和限制。本文中提到的所有顯示器、微控制器、驅動器、逆變器和開發工具均可從 Digi-Key Corporation 獲得。

　　技術

　　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顯著衰減通過的光。

　　圖 1：偏振光通過一個液晶盒，該液晶盒看起來像一個受外加電場控制的電容器。

　　TFT 的優勢在于它們對于視頻來說足夠快，提供大而平滑的調色板，并且可以通過電子二維控制矩陣進行像素尋址（參見圖 2）。大多數低成本顯示器使用通過等離子體增強化學氣相沉積沉積在玻璃上的非晶硅晶體層。

　　圖 2：在電子方面，整個顯示器使用穩定的 V COM參考，伽馬校正的驅動電壓通過每個晶體管。

　　許多版本的 TFT 技術將我們引向了現代顯示器。諸如視角差、對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，有些甚至聲稱是日光可讀的。平面內切換等現代技術通過使晶體在與顯示平面平行的方向而不是垂直方向上移動來改善視角。現代顯示器的更好的速度和對比度使它們以相當低的成本獲得高性能。

　　由于 TFT 不是發光器件，因此它們需要背光。最常用的背光技術是冷陰極熒光燈 （CCFL）。之所以設計、選擇和使用這些設備，是因為它們非常高效且使用壽命非常長。通常，CCFL 燈泡的半衰期為 50，000 小時。‘ 這意味著在 50，000 小時后，它仍然有效，但強度只有新時的一半。

　　現代顯示器，尤其是較小的顯示器，已經過渡到基于白色 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 技術相比，成本接近更低。CCFL 和 LED 技術都將使用疊層內部的漫射層來均勻分布光線。基于 LED 的背光燈實際上可能是側燈，并使用光管結構來分配光線。

　　但請注意，直到最近，LED 制造商才聲稱 LED 照明的預期壽命更長。時間將證明 LED 照明的真正壽命。但是，它肯定會繼續改進。

　　半透反射技術正在穩步改進，并且可用于某些 TFT 顯示器。這是使用背光和環境外部光來使顯示器可見的地方。陽光可能會使其可見，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。

　　對于 TFT 和大多數彩色顯示技術，單個像素包含一個紅色、一個綠色和一個藍色像素 （pel）。每種顏色的相對強度將決定最終的混合顏色。

　　通過像素的光透射率與施加到液晶像素的電壓之間的關系不是線性的。這意味著標準線性 DAC 輸出與標準顯示器的標準 RGB 校準不匹配。在某些應用中，例如游戲和手機，這可能并不重要，因為低分辨率、褪色視頻的觀眾幾乎不會注意到顏色的輕微變化。但對于醫療、儀器儀表和其他要求更高的應用類型，伽馬校正可能是規劃設計時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據流中以進行此校正。你應該有一個液晶顯示器的一致性。請注意，許多 LCD 制造商并不制造自己的母玻璃。因此，它們會因供應商而異。除非您使用真正自己制造玻璃的供應商，否則這可能會成為以后的問題。

　　顏色深度或調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和交替像素顏色來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不會延續到 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量和平滑度。并非每種幀速率控制技術都能產生無閃爍和無抖動的性能，尤其是在某些分辨率下。如果您注意到這一點，您的客戶和最終用戶也會注意到您的設計。

　　謝謝你的記憶

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

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

　　分頁將允許更好的顯示質量，因為可以在后臺構建下一頁面時顯示一個頁面，然后使其生效。當圖形在滾動、移動精靈（圖形對象）、顏色陰影混合（用于在移動時重疊圖形）等效果中快速變化時，這消除了重影和圖像閃爍。

　　為 TFT 接口選擇微控制器時的一個關鍵特性是 DMA 支持。多通道、靈活的 DMA 將使世界變得與眾不同，尤其是在頁面、字符生成器和渲染表、動畫和視頻之間移動數據時。沿著這些思路，預編程和自主 DMA 功能將允許您在核心微控制器進入睡眠狀態時刷新顯示。這是一項關鍵的節能功能，可以在使用電池供電時帶來天壤之別。

　　界面

　　非常大批量的應用可能證明只為玻璃使用 OEM 并從玻璃開始實施您自己的控制電子設備。在設計非常小型的設備時尤其如此，在這種設備中，使用自己的 PCB 布局所增加的靈活性對于成功至關重要。對于那些從玻璃開始設計的人來說，主要接口將是薄膜晶體管的驅動器。所有像素都參考的穩定公共電壓參考是關鍵。這稱為 V COM并且有幾種用于生成 V COM信號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 TFT 晶體管驅動進行了優化。170 V/μS 的快速壓擺率產生 28 MHz 的全功率帶寬（在 5 V 時），其小型 SOT-23 封裝可以安裝在狹小的空間中（參見圖 3）。

　　圖 3：穩定的 V COM電平是美觀顯示器的必要條件。請注意通常為 VCC/2 的接地參考。

　　面板越大，操作晶體管所需的電流就越多。對于更大的面板，另一個競爭者是Maxim MAX9550EZK+T，它可以驅動高達 800 毫安的峰值，電壓高達 20 伏。它在不到 2 μSec 的時間內穩定在 0.1% 以內，并具有軟啟動電路以限制啟動期間的浪涌電流。注意，V COM電平通常設置在上電壓電平和地之間，而不是設置為地。這允許在不需要負電源的情況下將全量程交替極性驅動到像素。

　　此外，V COM功能及其所有細微之處經常被集成到更廣泛的 TFT 驅動芯片中，例如德州儀器的 LM8207MT/NOPB 。它結合了 18 通道伽馬校正驅動器和 V COM參考緩沖器（參見圖 4）。請注意，內置 V COM緩沖區將允許從單個參考創建緩沖區樹以用于更大的顯示器。

　　圖 4：您可以使用結合了 V COM緩沖器、參考、列驅動器和伽馬校正器的節省空間的集成部件。

　　我顯示，所以我是

　　驅動 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。一個例子是Intersil TW8811-LD2-GR TFT 控制器芯片（見圖 5）。

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

　　針對特定的細分市場，在這種情況下是汽車應用，TW8811 將控制甚至視頻標準（模擬、RGB、S-Video、NTSC、PAL 和 Secam）集成到一個單芯片控制器中。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航系統、發動機顯示器、環境控制、車載娛樂系統、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 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境應用。

　　在引擎蓋下

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

　　值得慶幸的是，為了幫助在合理的時間內完成 TFT 設計任務，芯片制造商提供了針對顯示器設計的解決方案。通常，這些是更高端的 32 位 RISC 型處理器架構，具有流線型的外圍設備和資源，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 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 UART、I2S、RTC、SD/MMC 存儲卡、以太網、I2C、CAN 等。它是一款“瑞士軍刀”處理器，針對集成的單處理器類型設計。

　　像這樣的設備需要開發環境和評估單元，而恩智浦就在那里。DK-57VTS-LPC2478是一個程序員的開發系統，它還包括一個帶有觸摸界面的 5.7 英寸 TFT。請注意用于頁面緩沖和圖形操作的 2M x 32 SDRAM。NXP 還提供針對基于傳感器的應用的DK-57TS-LPC2478 。

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

　　并非每個處理器都需要有專用的 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數字接口驅動的大量 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據并在內部生成所有時序和顯示數據移動，從而減輕主機 CPU 的負擔。如果是這種情況，CPU 必須足夠快以跟上任何動畫或視頻。

　　TI 還提供非常高端的數字媒體片上系統 （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，并受到多個開發平臺的支持，其中之一是TMDSVDP6437數字視頻 EVM。

　　必須看電視

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

　　無論您閱讀多少數據表，歸結為：顯示器是一種視覺設備。最終做出決定的是當您在其上顯示屏幕時的外觀。