FPGA学习记录2TFT LCD刷新原理和LCD时序参数

lcd工作原理目前不了解，日后会在博客中添加这一部分的内容。

1.LCD工作原理[1]

我对LCD的工作原理也仅仅处在了解的地步，下面基于NXP公司对LCD工作原理介绍的ppt来学习一下。

LCD(liquid crystal display,液晶显示屏) 是由液晶段阵列组成，当LCD不处在一个电场中时，晶体是以随机的模式组织的(朝向不同)，而当电场存在时，晶体会与场的方向对齐(类似于铁被磁化前后原子的朝向？)。

晶体本身不会发光，他们会控制通过它们的光量。垂直于光源排列的晶体将阻止光线通过它们。

每一个LCD段都与一个电场方向一致。

需要一个光源（背光）来驱动光穿过对齐的晶体场。

LCD还分为有源显示和无源显示两种
STN LCD是无源显示,TFT LCD是有源显示
主要区别在于有源显示的LCD中多了有源器件晶体管,晶体管可以存储电荷在其中,一次通过将设置晶体管的对齐状态（尽管所有晶体对齐可能仍需要一点时间）,而无源LCD则需要多次通过才能将liquid crystal segments与电场对齐

2.LCD刷新原理及LCD时序参数总结

2.1LCD刷新原理[2]

液晶屏显示画面时，电子枪从上到下逐行扫描，扫描完成后液晶屏就呈现一帧画面。然后电子枪回到初始位置进行下一次扫描。为了同步液晶屏的显示过程和液晶控制器，控制器会产生一系列的定时信号。
当电子枪换行进行扫描时，控制器会发出一个水平同步信号，简称Hsync；而当一帧画面绘制完成后，电子枪回复到原位，准备画下一帧前，控制器会发出一个垂直同步信号，简称 Vsync。控制器通常以固定频率进行刷新，这个刷新率就是 Vsync 信号产生的频率[2]。

2.2 LCD时序参数总结[2]及刷新时序[3]

LCD时序参数总结
图片来自NXP LCD Introduction

VSYNC starts the frame: VSYNC信号产生位置
HSYNC starts at the beginning of each line: HSYNC在每一个行的开始产生
垂直后沿(VBPD, vertical back porch)：表示在一帧图像开始时，垂直同步信号以后的无效的行数
垂直后沿(VFPD, vertical front porch)：表示在一帧图像结束后，垂直同步信号曾经的无效的行数
垂直同步信号脉宽(VSPW, vertical sync pulse width)：表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算

水平后沿(HBPD, horizontal back porch)：表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的VCLK的个数
水平前沿(HFPD, horizontal front porch)：表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的VCLK的个数
水平同步信号脉宽(HSPW, horizontal sync pulse width)：表示水平同步信号的宽度

VSPW(vertical sync pulse width)：表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算；
HSPW(horizontal sync pulse width)：表示水平同步信号的宽度，用VCLK计算；
HSPW和VSPW可能是用于同步

LCD刷新时序
LCD的数据输入接口模式有SYNC模式和DE模式。在SYNC模式,LCD的数据时序由行同步信号HSYNC和列同步信号VSYNC控制; 在DE模式, LCD的数据时序由DE信号来控制。目前这里仅介绍SYNC模式。

对上图进行一个简要的介绍:
VSYNC信号有效时，表示一帧数据的开始。
VSPW表示VSYNC信号的脉冲宽度为（VSPW 1）个HSYNC信号周期，即（VSPW 1）行，这（VSPW 1）行的数据无效。对应到上图则为 t_vp
VSYNC信号脉冲之后，还要经过（VBPD 1）个HSYNC信号周期,对应到上图为t_vb，有效的行数据才出现。所以，在VSYNC信号有效后要经过（VSPW 1 VBPD 1）个无效的行，第一个有效行才出现，对应上边框。
随后即连续发出（LINEVAL 1）行的有效数据。对应到上图为t_vd
最后是（VFPD 1）个无效的行，它对应下边框，完整的一帧结束，对应到上图为t_vf紧接着就是下一帧数据了。
接下来深入到一行中像素数据的传输过程：

HSYNC信号有效时，表示一行数据的开始。
HSPW表示HSYNC信号的脉冲宽度为（HSPW 1）个VCLK信号周期，即（HSPW 1）个像素，这（HSPW 1）个像素的数据无效。对应到上图则为 t_hp
HSYNC信号脉冲之后，还要经过（HBPD 1）个VCLK信号周期，有效的像素数据才出现,对应到上图则为 t_hb。所以，在HSYNC有效之后，总共要经过（HSPW 1 HBPD 1）个无效的像素，它对应左边框，第一个有效的像素才出现。
随后即连续发出（HOZVAL 1）个像素的有效数据。对应到上图则为 t_hd
最后是（HFPD 1）个无效的像素，它对应右边框，完整的一行结束，对应到上图则为 t_hf, 紧接着就是下一行的数据了。

一个小栗子

参考文献

1.https://www.nxp.com/wcm_documents/techzones/microcontrollers-techzone/Presentations/graphics.lcd.technologies.pdf
2.液晶屏刷新原理和时序
3.黑金Altera开发板Verilog教程

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