多種顯示電路原理圖詳解

一、TFT-LCD 屏接口

1.1指路

以下是該部分的設(shè)計(jì)出來(lái)后的實(shí)物圖，我覺得看到實(shí)物圖可能更方便理解這部分的設(shè)計(jì)。

圖1 實(shí)物圖

這部分設(shè)計(jì)的是一個(gè)屏幕的接口，很簡(jiǎn)單。

使用的屏幕是：2.8inch 16BIT Module MRB2801。

1.2數(shù)據(jù)手冊(cè)

（1）產(chǎn)品概述

該產(chǎn)品為一款 2.8 寸 TFT LCD 模塊，其擁有 320×240 分辨率，支持 16BIT RGB 65K 色顯示，內(nèi)部驅(qū)動(dòng) IC 為 ILI9341。其硬件支持 8 位和 16 位并口數(shù)據(jù)總線模式切換，默認(rèn)使 用 16 位并口數(shù)據(jù)總線模式。該模塊包含有 LCD 顯示屏、電阻觸摸屏、SD 卡插槽以及 PCB 底板等部件，可以直插到 STM32 系列開發(fā)板上使用，還支持 SD 卡擴(kuò)展功能。

（2）接口說(shuō)明

圖2 接口說(shuō)明圖

該模塊硬件支持8位和16位并口數(shù)據(jù)總線模式切換（如上面圖中紅框所示），具體說(shuō)明如下

將 R5 焊接 0 歐電阻或者直接短接，并將 R4 斷開：選擇16位數(shù)據(jù)總線模式（默認(rèn)）， 使用DB0~DB15數(shù)據(jù)引腳。

將 R4 焊接 0 歐電阻或者直接短接，并將 R5 斷開：選擇8位數(shù)據(jù)總線模式，使用DB8~DB15數(shù)據(jù)引腳。

（3）重要說(shuō)明

以下引腳序號(hào) 1~34 是指帶 PCB 底板的模塊排針引腳編號(hào)，如果您的是裸屏，請(qǐng)參考裸屏規(guī)格書的引腳定義，按照信號(hào)類型來(lái)參考接線而不是直接根據(jù)下面的模塊引腳編號(hào)來(lái)接線，舉例：CS 在模塊上是 1 腳，可能在不同尺寸裸屏上是 x 腳。

關(guān)于 VCC 供電電壓：如果您的是帶 PCB 底板模塊，VCC/VDD 供電可接 5V 或 3.3V(模塊已集成超低壓差 5V 轉(zhuǎn) 3V 電路)，但是建議接 3.3V，因?yàn)榻?V會(huì)導(dǎo)致電路發(fā)熱量增加，影響模塊使用壽命；如果您的是液晶屏裸屏，切記只能接 3.3V。

關(guān)于背光電壓：帶 PCB 底板的模塊均已集成三極管背光控制電路，只需 BL 引腳輸入高電平或者 PWM 波則背光點(diǎn)亮。如果您購(gòu)買的是裸屏，則 LEDAx 接 3.0V-3.3V，LEDKx 接地即可。

（4）引腳說(shuō)明

是數(shù)據(jù)手冊(cè)和自己設(shè)計(jì)電路的綜合版本，不是單純復(fù)制數(shù)據(jù)手冊(cè)得來(lái)的。

表1

該 LCD 模塊硬件電路包含五大部分：LCD 顯示控制電路（黃色）、電阻觸摸屏采樣電路（綠色）、SD 卡接口電路、數(shù)據(jù)總線模式切換電路（上面有圖）以及背光控制電路。

LCD 顯示控制電路用于控制 LCD 的引腳，包括控制引腳和數(shù)據(jù)傳輸引腳。

電阻觸摸屏采樣電路用于檢測(cè)觸摸事件、將觸摸數(shù)據(jù)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換、發(fā)送觸摸坐標(biāo)值。

SD 卡接口電路用于 SD 卡功能擴(kuò)展，控制 SD 卡的識(shí)別，讀取及寫入。

數(shù)據(jù)總線模式切換電路用于切換 8 位或者16 位并口數(shù)據(jù)總線模式切換。

背光控制電路用于控制背光亮度和供電電源選擇。

1.3說(shuō)明

1.3.1為什么有這部分和接下來(lái)的智能串口屏？

UI（用戶界面）是用戶與設(shè)備或軟件交互的界面。它包括所有用戶看到并與之互動(dòng)的元素，例如按鈕、菜單、圖標(biāo)、文字、圖形、輸入框等。

TFT-LCD 屏幕只是一個(gè)顯示器件，提供基本的顯示功能。使用TFT-LCD屏幕時(shí)，需要通過(guò)編寫代碼來(lái)驅(qū)動(dòng)屏幕，繪制所有的圖形和 UI 元素，處理觸摸輸入等。這部分為需要的用戶提供該實(shí)戰(zhàn)板的屏幕開發(fā)更多的可能。

HMI屏幕通常提供了豐富的圖形界面和交互功能，開發(fā)者可以通過(guò)簡(jiǎn)單的配置或腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的界面交互，而不需要深入編程。生產(chǎn)廠家會(huì)提供上位機(jī)、軟件服務(wù)，直接燒錄到單片機(jī)里面，通過(guò)串口控制畫面。這部分為需要的用戶直接使用。

圖3 實(shí)物圖

1.3.2本項(xiàng)目 TFT-LCD 屏及其接口類型及其特點(diǎn)

表2

圖4 接線圖

SPI 通信參見之前學(xué)習(xí)通信時(shí)的筆記，有以下兩點(diǎn)需要說(shuō)明：

1、NIRQ 引腳

上圖中的 NIRQ 引腳是“是“Negative Interrupt Request”的縮寫，意指“低電平有效中斷請(qǐng)求”，通常是為了提供中斷功能。

使用場(chǎng)景

觸摸屏事件：當(dāng)用戶觸摸屏幕時(shí)，觸摸控制器通過(guò)NIRQ引腳向主控系統(tǒng)發(fā)出中斷請(qǐng)求，通知處理觸摸事件。

數(shù)據(jù)傳輸完成：在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，當(dāng)傳輸完成時(shí)，外設(shè)通過(guò)NIRQ引腳通知主控系統(tǒng)可以進(jìn)行下一步操作。

錯(cuò)誤或警告：當(dāng)外設(shè)檢測(cè)到錯(cuò)誤或需要主控系統(tǒng)注意的情況時(shí)，NIRQ引腳可以拉低觸發(fā)中斷，提醒主控系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理。

2、 8080 接口通信：

8080接口是一種并行通信接口，需要更多的信號(hào)線，連接復(fù)雜度較高，故高速數(shù)據(jù)傳輸能力比串行接口速度更快，常用于液晶屏和微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，信號(hào)線見上表2概括，其中：

液晶屏寄存器/數(shù)據(jù)選擇控制引腳(低電平:寄存器，高電平:數(shù)據(jù))(通常簡(jiǎn)稱為RS或D/C引腳)用于區(qū)分發(fā)送到液晶屏的數(shù)據(jù)是命令(寄存器地址)還是顯示數(shù)據(jù)，這個(gè)引腳通過(guò)控制其電平狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能：

低電平 (0)：表示當(dāng)前發(fā)送的是命令(寄存器地址)。

高電平 (1)：表示當(dāng)前發(fā)送的是顯示數(shù)據(jù)。

二、智能串口屏接口

2.1智能串口屏介紹

智能串口屏是一種帶有嵌入式微處理器和顯示控制功能的顯示屏，通過(guò)串口(通常是UART)與主控設(shè)備(如單片機(jī))進(jìn)行通信。

廠家通常會(huì)提供一個(gè)專用的軟件工具(上位機(jī)軟件)，用于設(shè)計(jì)和調(diào)試智能串口屏的圖形用戶界面(GUI，Graphical User Interface)。這些工具可以用來(lái)創(chuàng)建按鈕、文本框、圖表等UI元素，并定義它們的行為。設(shè)計(jì)好的GUI會(huì)被燒錄到智能串口屏的內(nèi)存中，運(yùn)行時(shí)不依賴外部設(shè)備的圖形處理能力，直接通過(guò)串口控制屏幕的顯示內(nèi)容。

智能串口屏通常需要5V電源供電，提供穩(wěn)定的工作電壓。

2.2接口介紹

2.2.1插座口和排針口

電路設(shè)計(jì)中包含插座口和排針口，用于方便連接和擴(kuò)展。插座口(通常是標(biāo)準(zhǔn)的連接器)和排針口(通常是用于跳線的引腳排)可以方便地連接到主控設(shè)備或其他外設(shè)。

插座

2.2.2引腳

(1)引腳介紹

兩者均有4個(gè)引腳，除去 5V 和 GND 之外，還有：

TX(Transmit)：

RX(Receive)：

2.3原理圖

(1)為什么通過(guò) 100Ω 的電阻?

在串口通信中使用的電阻(如上面提到的 100Ω 電阻)主要是為了保護(hù)芯片引腳和穩(wěn)定信號(hào)。這類電阻通常不會(huì)直接通過(guò)精確的計(jì)算得出，而是基于經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐中的考慮。以下是選用電阻值的一些常見考慮因素：

功能：串口通信中的發(fā)送端，智能串口屏通過(guò)這個(gè)引腳向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

連接：通過(guò)一個(gè)100歐姆的電阻連接到單片機(jī)的PA10引腳。電阻用于保護(hù)電路和穩(wěn)定信號(hào)。

功能：串口通信中的接收端，智能串口屏通過(guò)這個(gè)引腳從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)。

連接：通過(guò)一個(gè)100歐姆的電阻連接到單片機(jī)的PA9引腳。電阻用于保護(hù)電路和穩(wěn)定信號(hào)。

阻抗匹配和信號(hào)完整性

較小的電阻(如100Ω )用于串口通信線路時(shí)，可以幫助匹配線路的特性阻抗，減少信號(hào)反射和波形失真，保證信號(hào)完整性。如果使用過(guò)大的電阻(如10k 歐姆)，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減過(guò)大，影響信號(hào)傳輸。

保護(hù)作用

較小的電阻值可以在不顯著影響信號(hào)強(qiáng)度的情況下限制電流，保護(hù)單片機(jī)和串口屏的引腳不受靜電放電(ESD)或其他瞬態(tài)電壓的損害。過(guò)大的電阻值可能無(wú)法有效限制瞬態(tài)電壓，保護(hù)效果不佳。

功率消耗和速度

較大的電阻會(huì)引起較大的 RC 時(shí)間常數(shù)，可能導(dǎo)致信號(hào)上升和下降時(shí)間變慢，影響通信速度。適中的電阻(如100Ω )在兼顧保護(hù)和信號(hào)完整性的同時(shí)，能夠保證高速信號(hào)傳輸。

(2)電阻數(shù)值選擇

對(duì)于大多數(shù)高速通信，10Ω 可能太小，無(wú)法顯著限制電流和保護(hù)引腳。

1kΩ 到10kΩ 太大，可能導(dǎo)致信號(hào)衰減過(guò)大，影響通信質(zhì)量。

100Ω 通常是一個(gè)折中的選擇，能夠有效保護(hù)引腳，維持信號(hào)完整性，同時(shí)不會(huì)明顯影響通信速度。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師會(huì)根據(jù)以下因素調(diào)整電阻值：

數(shù)據(jù)速率：較高的數(shù)據(jù)速率需要較小的電阻，以保持信號(hào)完整性。

PCB布線：考慮布線長(zhǎng)度和布局對(duì)信號(hào)的影響。

保護(hù)需求：根據(jù)電路對(duì)抗靜電放電(ESD)和瞬態(tài)電壓的需求。

三、OLED 屏接口

3.1為什么有 OLED 屏接口?

以上的屏幕供需要顯示信息較多的大項(xiàng)目使用，OLED 屏較小，供小項(xiàng)目使用。

OLED屏實(shí)物圖

3.2原理圖

OLED 屏幕小采用 3.3V 供電，使用的是 IIC 通信(回去看 IIC 筆記)，IIC 通信有兩根數(shù)據(jù)線：時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線。

注意需要接上拉電阻，IIC 的上拉電阻值一般為2.2K、4.7K、10K等，此處就一個(gè)小顯示屏，電阻可以大一點(diǎn)，(如果該 IIC 上掛載了很多設(shè)備，電阻可以小一點(diǎn)。)，為 10K 。

上拉電阻的阻值牽涉到兩個(gè)矛盾的問(wèn)題

速度?？偩€拉高電平有充電時(shí)間(上拉電阻與總線的電容形成了RC)以及高電平的閥值，想盡量提高速度，就要降低電阻值。如果還沒有充電到足以保證從器件可以識(shí)別的高電平的閥值時(shí)主器件就以為完成了一個(gè)總線動(dòng)作的話，那么通訊肯定是不能進(jìn)行的!

功耗。如果想盡可能降低功耗，那么就要盡可能增大電阻以最大可能的減小電路各部分的消耗電流從而實(shí)現(xiàn)整體降低功耗!但不可能無(wú)限大，否則充電時(shí)間太長(zhǎng)。

上拉電阻的值在搜索阻值的過(guò)程發(fā)現(xiàn)要么眾口難調(diào)，要么非常復(fù)雜的計(jì)算公式，還是那句話要實(shí)實(shí)在在的調(diào)試電路才知道什么樣的阻值最佳，速率最快，功耗最小。

四、六位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路

小項(xiàng)目使用，可以顯示時(shí)鐘、溫濕度。

4.1指路

4.1.1六位數(shù)碼管

六位數(shù)碼管延續(xù)使用 FJ3661BH ，如下圖。

六位數(shù)碼管實(shí)物圖

六位數(shù)碼管原理圖與PCB圖

A, B, C, D, E, F, G, DP 表示數(shù)碼管的各個(gè)片段。

每個(gè)數(shù)碼管的顯示屏通常由7個(gè)片段構(gòu)成，加上小數(shù)點(diǎn)(DP)，共計(jì)8個(gè)段。

DIG1, DIG2, DIG3, DIG4, DIG5, DIG6 分別是6個(gè)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)引腳。

將要顯示的內(nèi)容依次發(fā)送給每個(gè)數(shù)碼管，并且迅速地在不同的數(shù)碼管之間進(jìn)行切換。這樣做的速度足夠快，以至于人眼會(huì)感覺到所有的數(shù)碼管都在同時(shí)顯示。

4.1.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片

六位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片延續(xù)使用 TM1620 ，如下圖。

TM1620實(shí)物圖

TM1620管原理圖與PCB圖

4.2驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)

4.2.1概述

TM1620 是一種 LED(發(fā)光二極管顯示器)驅(qū)動(dòng)控制專用 IC , 內(nèi)部集成有 MCU 數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED 驅(qū)動(dòng)等電路。產(chǎn)品質(zhì)量可靠、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。主要適用于家電設(shè)備(智能熱 水器、微波爐、洗衣機(jī)、空調(diào)、電磁爐)、機(jī)頂盒、電子稱、智能電表等數(shù)碼管或 LED 顯示設(shè)備。

4.2.2特性說(shuō)明

采用 CMOS 工藝

顯示模式(8 段 × 6 位～10 段 × 4 位)

輝度調(diào)節(jié)電路(8 級(jí)占空比可調(diào))

串行接口(CLK,STB,DIN)

振蕩方式：內(nèi)置RC振蕩

內(nèi)置上電復(fù)位電路

內(nèi)置數(shù)據(jù)鎖存電路

內(nèi)置針對(duì) LED 反偏漏電導(dǎo)致暗亮問(wèn)題優(yōu)化電路

抗干擾能力強(qiáng)

封裝形式：SOP20

4.2.3管腳定義

4.2.4接線圖參考

注意：

VDD、GND 之間濾波電容在 PCB 板布線應(yīng)盡量靠近 TM1620 芯片放置,加強(qiáng)濾波效果。

連接在 DIN、CLK、STB 通訊口上下拉三個(gè) 100pF 電容可以降低對(duì)通訊口的干擾。

因藍(lán)光數(shù)碼管的導(dǎo)通壓降壓約為 3V ,因此 TM1620 供電應(yīng)選用 5V

4.3走路

4.3.1原理圖v1.0

5V供電、10K 的電阻和 100pF 的電容是參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

4.3.2原理圖2.0

改進(jìn)的地方：TM1602 芯片 5V 供電處添加 RVT1A101M0505 鋁電解電容進(jìn)行電源濾波。

與老師不同的地方：老師采用 3.3V 供電，我根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)采用 5V 供電。

3.3.3小總結(jié)

（1）IIC 通信線和上面的通信線上都并聯(lián) 10K 的大電阻。

因?yàn)椴挥脮r(shí)需要高電平懸浮

又由于通信線上設(shè)備很少，不需要大電流，電阻可以大一點(diǎn)。

（2）串口通信在通信線串聯(lián) 100Ω 的小電阻。理由見上面。

五、LED

IO 口最大提供 20mA 電流，可以直接驅(qū)動(dòng) LED 燈。

本文轉(zhuǎn)自CSDN技術(shù)社區(qū)小醒愛硬件