Кабель для tft монитор

TFT — экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов

Что такое TFT дисплей

TFT дисплей – это экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов. Подобные дисплеи задействуются в самых разных устройствах для отображения текста и изображений. Их можно встретить в компьютерах, ноутбуках, смартфонах, электронных книгах и других девайсах.

TFT расшифровывается, как Thin Film Transistor. С английского языка это переводится, как тонкопленочный транзистор.

В начале в продаже можно было встретить дисплеи с пассивной матрицей. Их работа была более медлительная, частота обновления была низкой, а также отмечалось появление мерцания на экране. Всему виной были физические параметры пикселей. Зато потом появились экраны с активной матрицей. Скорость обновления дисплея была увеличена и пропало мерцание. Это стало доступно благодаря специальному транзистору, сохраняющему значение в двоичном коде. Поэтому значение пикселя сохраняется прямо до того, как происходит смена сигнала.

Принципы работы

Тип матрицы TFT в настоящее время можно найти во многих мониторах, которые являются жидкокристаллическими. В основе технологии лежит использование тонкопленочного транзистора. Более того, каждый пиксель получает до четырех транзисторов. И все это благодаря активной матричной технологии.

Современные мониторы работают по определенной схеме. Она заключается в том, что каждый пиксель имеет в себе базовые цвета – красный, синий и зеленый. Исходя из них появляются уже остальные цвета. Так, в каждом пикселе есть три ячейки света, к которым подключен отдельный транзистор. Благодаря ему сообщается, какие цвета необходимо передавать. В совокупности данные пиксели и обеспечивают появление изображения на экране. Эта схема также называется RGB.

Устройство TFT дисплея

Конструкция ЖК-дисплея представлена следующим образом. Слои накладываются друг на друга, поэтому его часто сравнивают с сэндвичем. Его основная часть состоит из:

• тонкопленочного транзистора;
• цветного фильтра;
• слоя жидких кристаллов.

Сама жидкокристаллическая матрица включает в себя:

• поляризаторы;
• электроды;
• рассеиватель света;
• стекло;
• слой с жидкими кристаллами.

Свет в ЖК-дисплеях обеспечивается светодиодами или флуоресцентными лампами.

История создания TFT дисплея

Жидкие кристаллы были открыты еще тогда, когда никто не знал о мониторах. Они связаны с несколькими известными личностями, о которых знают во всем мире. Все началось с открытия жидких кристаллов ботаником из Австрии Фридрихом Райнитцером. Это произошло в 1888 году, когда он исследовал холестерины в растении. Путем опытов удалось получить вещество, обладающее кристаллической структурой. Также оно имело особенность при нагреве вести себя необычным образом. Когда температура достигала 145.5 градусов, то с веществом начинало происходить следующее. Оно становилось мутным и текло, кристаллическая структура сохранялась до 178.5 градусов. Только после этой отметки оно становилось жидким. Австрийский ботаник поспешил поделиться своим открытием с Отто Леманном, немецким физиком. Он тоже смог внести свой вклад в открытие. Необычная жидкость касательно оптических и электромагнитных свойств вела себя словно кристалл. Благодаря физику из Германии и появилось название жидкий кристалл, которое уже знакомо многим. Под ним понимают переходное состояние между твердым и изотропным жидким касательно вещества. Им сохраняется кристаллический порядок расположения молекул.

Также к истории стоит отнести фамилию русского физика Всеволода Константиновича Фредерикса. Он в 1927 году произвел открытие под названием «Переход Фредерикса». Со временем переход стал активно задействоваться в дисплеях жидкокристаллического типа. Далее изучение данного вопроса продолжалось. Компания RCA занималась электрооптическими эффектами в жидких кристаллах. Материалы из них уже тогда рассматривались для устройств, необходимых для отображения. С именем Джорджа Хейлмейера связано появление самого первого жидкокристаллического дисплея в 1964 году. Затем компании RCA удалось показать свой новый продукт. В 1968 году можно считать моментом выхода жидкокристаллического монохромного экрана. Далее марка «Шарп» создала калькулятор с ЖК дисплеем. После этого такие экраны уже можно было встретить в измерительных устройствах, калькуляторах и часах электронного типа.

Первое упоминание TN-effect – нематического эффекта относится к 1970 году. Его запатентовала швейцарская компания Хоффманн – ЛяРош. Далее уже в следующем году был получен патент аналогичного типа в США. Джеймсом Фергюсоном и компанией ILIXCO был выпущены LCD, созданные на основе TN-эффекта. Эта технология пригодилась для создания калькуляторов и электронных часов. Однако для больших экранов она еще не подходила. 1983 год был ознаменован важным событием. Швейцарские специалисты создали нематический материал нового типа для ЖК-экранов с пассивной матрицей. Он назывался STN, но еще имел свои недостатки. Работники компании «Шарп» для решения этого вопроса решили создать конструкцию Doudle STN, а в 1987 году ими был выпущен самый первый цветной 3-дюймовый жидкокристаллический экран. И через год ими же был представлен дисплей TFT LCD с диагональю в 14 дюймов.

Другие компании также занимались выпуск устройств с ЖК-экранами. Так, Casio в 1983 имела свой телевизор черно-белого типа с данной технологией, а затем могла похвастать цветным телевизором с ЖК-экраном портативного типа и видеокамеру с ЖК-экраном. В 90-х годах немало компаний начали разрабатывать варианты, которые бы стали альтернативой дисплеям TN и STN, а также в Германии запатентовали технологию IPS.

TFT дисплей: где используют

Сегодня TFT-дисплеи зачастую используются производителями мониторов. Как правило, речь идет о бюджетных моделях. При этом TFT-мониторы зачастую интересны кибер спортсменам и заядлым геймерам, которым важнее всего является не сочность картинки, а минимальное время отклика. Такие дисплеи применяются и в некоторых дешевых смартфонах, а также в других недорогих гаджетах.

Если вы работаете в офисе или учитесь, то наверняка хотя бы раз в жизни сталкивались с электронными калькуляторами. Здесь также активно используются пусть и маленькие, но удобные TFT-экраны. Это же относится и к электронным часам, которые были очень популярны до недавнего времени. Причем производители стараются устанавливать в такие устройства монохромные матрицы. Еще одним ярким примером служат электронные книги. Такие матрицы не требуют много энергии, являются очень дешевыми в плане стоимости изготовления, относительно безопасны для глаз пользователей.

Основные характеристики TFT

• Относительное отверстие (апертурное отношение).
• Угол обзора – небольшой (снижение качества изображения при изменении угла зрения).
• Интерференция.
• Яркость – низкая (пропускная способность кристалла, яркость задней панели).
• Время отклика – высокое (от 1 мс).
• Масштабирование изображение (во время многорежимной работы) – до HD и Full HD.
• Цветопередача — до 6 бит на один канал.
• Контрастность изображения — спиральное размещение кристаллов.

Виды TFT дисплеев — в мониторах, телевизорах, смартфонах

В настоящее время известны три варианта матрицы, которые отличаются своими параметрами.

TFT TN

Технологию в основном можно встретить в активных ЖК-мониторах. Она хорошо изучена и доработана, поэтому матрица относится к более бюджетным. Название расшифровывается, как Twisted Nematic, что переводится – скрученный нематик. Матрица имеет характеристики первых конструкций, тонкопленочного вида. Чаще всего подобные виды дисплеев используют в офисных или домашних компьютерах, а также игровых устройствах. Одним из главных достоинств данной технологии принято считать высокую скорость отклика монитора. Это положительно влияет процесс игры, так как картинка более плавная и можно быстро заметить любые изменения в геймплее. Важно, что пиксель способен быстро менять свое свечение. Это стало возможно благодаря особой конструкции. Что касается недостатков, то к ним относят низкую контрастность, небольшие углы обзора, не самое лучшее качество передачи цвета.

Название данной технологии расшифровывается, как in-plane switching. Еще встречается аббревиатура SFT — super fine TFT. Разработка технологии IPS произошла в 1996 году. В ней участвовали компании Hitachi и NEC. Если углубиться в создание технологии, то она заключается в следующем. Здесь управляющие полупрозрачные электроды находятся в одной плоскости. Это означает, что их расположили на нижней стороне жидкокристаллической ячейки. Отличительной чертой считается то, что при расслабленном состоянии кристаллы не будут пропускать свет. Когда начинает увеличиваться управляющее напряжение, то кристаллы начинают еще больше закручивать поляризацию светового пучка. К плюсам матрицы можно отнести их насыщенность и передачу цвета, которые остаются неизменными при различных углах обзора. Частота обновления экрана отличается хорошими показателями, но время отклика пришлось снизить. Кроме последнего момента, к минусам можно отнести не самую маленькую стоимость матриц такого типа.

VA, MVA, PVA

Vertical alignment – вертикальное выравнивание появилось благодаря компании Fujitsu. Технология была открыта в 1996 году. Она появилась, чтобы углы обзора стали лучше как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Фуджицу также поработали и над частотой отклика монитора, поэтому она стала намного выше. Кроме того, теперь изображение стало плавным, а картинка более объемной и контрастной. Также компания причастна и к появлению технологии MVA, появившейся в след за VA. Здесь были убраны многие недочеты первой версии. Она отличается широкими углами обзора, насыщенным черным цветом и отличной скоростью реакции. К минусам обычно относят быструю смену резких цветовых переходов и медленную смену плавных. Технология PVA появилась благодаря компании Samsung. Ее создатели избавились от многих ошибок, которые существовали ранее. Кроме достоинств версии MVA в ней добавились еще высокая четкость и контрастность.

Какие бывают подсветки в TFT дисплеях?

Дисплей обязан иметь дополнительное свечение внутри, так как благодаря этому человек может увидеть картинку на экране. Это обеспечивает модуль подсветки.

Светодиодная (LED) подсветка довольно часто встречается в ЖК-дисплеях. Она не требует большого потребления энергии, а также отличается улучшенными показателями – контрастности и цветопередачи. Кроме того, подобный тип подсветки может прослужить намного дольше остальных.

Флуоресцентные лампы также используются в качестве подсветки. С их помощью достигаются множество цветов. Такая подсветка позволяет получить белый цвет экрана, который довольно часто задействован в ЖК-дисплеях. Лампы также не нуждаются в большом потреблении энергии. Их стабильную работу способен обеспечить источник переменного напряжения (от 80 до 100 В). В отличие от первого варианта дисплей с такой подсветкой имеет меньший срок службы.

TFT или Super LCD — что же лучше

Часто пользователи становятся перед выбором, когда хотят приобрести для себя монитор или необходимое им устройство. Они начинают просматривать параметры, чтобы остановиться на лучшем варианте. Важно знать, что технологии TFT и LCD переплетены между собой, поэтому не исключают друг друга. Обе связаны с монитором, и он не может без них существовать. Однако стоит уточнить, что Super LCD – это ничто иное, как название экрана. Он отличается жидкокристаллической подсветкой высокого качества и имеет матрицу IPS. Такие устройства гарантируют пользователю отличную передачу цветов и прекрасную яркость. SLCD матрицы выигрывают у классических версий TFT, так как готовы обеспечить пользователя более широкими возможностями.

Перспективы TFT дисплея

На сегодняшний день технология TFT вряд ли имеет светлое будущее. Данные дисплеи уже достигли своего максимума и развиваться дальше уже практически некуда. Но и полностью исчезать они не собираются. TFT-матрицы имеют свои сильные стороны, благодаря чему их внедрение будет продолжаться и в последующие годы.

Источник

Подключение дисплея 10″ ER-TFT101-1 к STM32F429 через FMC

Всем доброго времени суток. В этой статье мы разберём подключение TFT дисплея ER-TFT101-1 (10 дюймов, RA8876 драйвер) к плате STM32F429L Discovery по 16-битному параллельному интерфейсу 8080 используя модуль FMC (flexible memory controller).

О дисплейной сборке

ER-TFT101-1 от компании EastRising представляет собой сборку из 10 дюймовой TFT матрицы с разрешением 1024х600 и платы с драйвером RA8876. На плате с драйвером разведено всё нужное питание, стоит SD-RAM память на 16 мегабайт (шина 16 бит, максимальная частота 166 МГц, максимальный объём 64 мб), есть стандартный слот под microSD карту. Присутствуют пустые посадочные места под EEPROM с внешними шрифтами и под flash память для изображений с выведенными разъёмами для программирования оных. Так-же на сборке опционально может стоять резистивная или емкостная тач-панель.

На плате стоит топовый драйвер RAiO RA8876 с максимальной частотой работы 120 МГц, который при большом желании сам может работать в качестве управляющего микроконтроллера. Можно написать небольшую программу (всего 12 инструкций) и положить её во внешнюю флэш-память. При запуске дисплея в первую очередь начнёт выполняться эта программа, по сути дублируя все возможности управления через внешний интерфейс.

RA8876 не имеет собственного ОЗУ и поэтому использует внешнюю SD-RAM память. Может считывать с помощью DMA изображения из флэш-памяти и загружать в свой фрейм-буффер и имеет очень гибкую конфигурацию оного. Драйвер подключен к самой матрице по стандартному RGB интерфейсу шириной 18 бит. Используется всего 6 бит на красный канал, 6 бит на зелёный и 6 бит синий канал. Младшие два бита у каждого канала не используются, что даёт в теории 262144 цветов.

DMA модуль у RA8876 очень сильно напоминает DMA2D от STM – может копировать прямоугольные участки памяти из одного места в другое, с преобразованием цвета, прозрачностью и другими фишками.

Так-же у RA8876 есть встроенные английские и китайские шрифты (8×16,12×24,16×32 пикселей) с гибкой настройкой их отображения (поворот, масштаб и т.д.) и отдельный матричный интерфейс (5 х 5) для аппаратных кнопок (для автономного и не только использования) с кучей настроек, таких как, длинное и короткое нажатие, пробуждение дисплея от нажатия на кнопку и нажатие нескольких кнопок одновременно.

Присутствует функция картинка в картинке (без поддержки прозрачности) для отображения всяких всплывающих окон и менюшек.

Драйвер сам может рисовать графические примитивы, такие как, квадрат, круг, кривая, овал, треугольник, закруглённый квадрат, с заливкой и без. К слову, что в RA8875, что в RA8876 есть небольшой баг заливки треугольника, причём у каждого драйвера свой. Но RAiO на это наплевать с высокой колокольни… пробовал как-то писать им письмо, так они даже не ответили. Отрисовка таких примитивов позволяет создавать красивую графику даже медленным микроконтроллером.

С внешним миром RA8876 общается через интерфейсы 8080/6800 8/16 бит, 3/4 проводной SPI и I2C. Причём сама микросхема драйвера может выступать в качестве мастера SPI и I2C. Ещё в RA8876 имеет два PWM выхода, которые можно использовать для гибкого управления подсветкой экрана. Максимальная частота SPI CLK заявлена на уровне 66 МГц при частоте самого драйвера в 120 МГц, что в теории даёт 6 кадров в секунду полного обновления экрана (при 1024 х 600 х 16 бит). Это подключение было опробовано мной и показало, что имеет право на жизнь, если мы не будет выводить видео на экран.

В нашем же случае мы подключим дисплей по протоколу 8080 шириной 16 бит к STM32F429ZIT6 через модуль FMC (flexible memory controller), что позволит получить больше скорости заполнения экрана и меньше нагрузку на микроконтроллер.

Конфигурация пинов 8080 и FMC

Схему подключения по 8080 подсмотрим в даташите на дисплей:

Нужные пины подключения к STM32 подсматриваем в CubeMX. Нас интересует банк #1 (NOR Flash/PSRAM/SRAM/ROM/LDC 1).

По поводу XnWAIT в даташите можно прочитать следующее:

The continuous data write speed determines the display update speed. The cycle-to-cycle interval must be larger than 5 of system clock period if user without adopt XnWait to insert wait state. Over the specification may cause the data lose or function fail if xnwait mechanism does not use.

Дословно, между рабочими циклами протокола 8080 должна быть вставлена задержка в 5 системных клоков RA8876, если пользователь не использует механизм XnWAIT, чтобы ожидать освобождения RA8876. Мы же как-раз будем использовать этот пин, т.к. на практике я пробовал вставлять задержку в пять циклов, и оно не работало.

Вместо полноценной шины адреса у блока FMC мы используем всего один пин A16.

1. Пины данных (D0 – D15) конфигурируем, как альтернативную функцию #12, типа пуш-пул, максимальной скорости и без каких-либо подтяжек.
2. Пины XnWAIT, XnWR, XnRD, XA0 и XnCS конфигурируем, как альтернативную функцию #12, типа пуш-пул с подтяжкой к плюсу (PULL UP).
3. XnRST конфигурируем, как обычный GPIO без подтяжки (она есть на самой плате).
4. XnINTR конфигурируем, как GPIO на вход с подтяжкой к плюсу.

Ещё я подключил подсветку на 100% без управление оной по PWM. Для этого пин #14 на разъёме дисплейной сборки подключил к VDD.

Кода конфигурации пинов не привожу, т.к. использую свои собственные билиотеки конфигурации, да и сама конфигурация GPIO уже сто раз была разжёвана на хабре и на других источниках.

Настройки FMC

За настройку банков FMC модуля (NOR Flash/PSRAM/SRAM/ROM/LDC 1) отвечают три регистра для каждого банка. Это FMC_BCRx, FMC_BTRx и FMC_BWTRx. В дефайнах МК STM32F429 регистры FMC_BCRx и FMC_BTRx объединены в один общий массив с названием FMC_BTCR с восемью элементами, где нулевой элемент это FMC_BCR1, первый элемент это FMC_BTR1, второй элемент это FMC_BCR2 и так далее. FMC_BWTRx объединены в массив FMC_BWTR с семью элементами, хотя должно быть четыре. Не спрашивайте меня почему…

FMC_BCRx содержит основные настройки, FMC_BTRx содержит общие тайминги, а FMC_BWTRx содержит отдельные тайминги для чтения, если устройство того требует.

Временная диаграмма и тайминги для взаимодействия STM32F429 и RA8876.

Для простоты конфигурации занесём тайминги протокола 8080 в константы. Сами тайминги подбирал опытным путём, уменьшая понемногу значения, т.к. таблица таймингов с даташита больше похожа на сферического коня в вакууме.

Значение регистра FMC_BTCRx после сброса равно 0x0FFF FFFF, т.е. выставлены максимальные тайминги. Если у вас новый дисплей или память, просто снижаем тайминги и пробуем запускать.

Инициализация дисплея

Работа с дисплеем сводится к чтению или записи определённых областей памяти. Всю остальную работу FMC берёт на себя. Для упрощения работы определим два дефайна:

И теперь опишем низкоуровневые функции:

Далее сама функция инициализации дисплея. Код взят от поставщика дисплея и немного переработан под свои нужны. Подфункции занимают огромный объём и в этой статье я их приводить не буду.

О фреймбуффере и активной области чуть подробнее. Для этих двух настроек определим следующие дефайны:

Каждая страница (PAGEx_START_ADDR) это начальный адрес в памяти SDRAM. В 16 мегабайтах памяти мы можем разместить 13 полноценных слоёв размером 1228800 байт (1024 * 600 * 2).
Функция Frame_Buffer_Start_Address устанавливает начальную область памяти для фреймбуффера (то, что в данный момент выводится на экран).

Функция Canvas_Window_Start_Address устанавливает начальную область памяти для холста. Причём холст может быть больше фреймбуффера, благодаря чему можно сделать скроллинг изображения на экране. Например, для игры-платформера можно сделать длинный холст размером 13312 х 600 пикселов и потом его скроллить горизонтально, сдвигая по нему фреймбуффер по горизонтали.

Если сравнивать вывод графики с LTDC от STM32, то здесь не так всё радужно. Единовременно драйвер сам может выводить на дисплей только один итоговый (буфферный) слой, а LTDC сразу два, смешивая их, не требуя вашего участия в этом процессе.

Отрисовка примитивов

Код от поставщика дисплея с уже готовыми функциями:

Например, для отрисовки закрашенного треугольника мы выставляем три точки Triangle_Point1_XY, Triangle_Point2_XY, Triangle_Point2_XY и запускаем функцию Start_Triangle_Fill.

Работа с DMA

Для удобства я написал свою функцию со структурой в качестве передаваемого параметра:

Описание операционных кодов (OPERATION CODE):

0000: Запись в память с ROP с помощью МК.
0001: Чтение памяти без ROP с помощью МК.
0010: Копирование блока памяти в прямом направлении с помощью ROP.
0011: Копирование блока памяти в обратном направлении с помощью ROP.
0100: Запись в память (с прозрачностью) без ROP с помощью МК.
0101: Копирование (перемещение) блока памяти (с прозрачностью) в прямом направлении без ROP.
0110: Заливка шаблоном с помощью ROP.
0111: Заливка шаблоном с хромакейем.
1000: Расширение цвета
1001: Расширение цвета с прозрачностью
1010: Перемещение блока памяти в прямом направлении с альфа-смешиванием
1011: Запись в память с альфа-смешиванием с помощью МК.
1100: Заливка области памяти с помощью сплошного цвета.
1101: Reserved
1110: Reserved
1111: Reserved

Описание растровых кодов (ROP CODE):

0000b: 0 (Чёрный цвет)
0001b:

S1
0110b: S0^S1
0111b:

(S0・S1)
1000b: S0・S1
1001b:

(S0 ^ S1)
1010b: S1
1011b:

S0+S1
1100b: S0
1101b: S0+

S1
1110b: S0+S1
1111b: 1 (Белый цвет)

S0 — нулевой слой, S1 — первый слой. Взаимодействие между ними происходит с помощью арифметических и битовых операций.

Источник