《LCD和触摸屏》PPT课件.ppt

1,计算机接口技术之LCD和触摸屏,主讲：杨晓鹏,2,主要内容,LCD介绍VGA和RGB信号介绍LCD控制器介绍触摸屏介绍四线电阻式触摸屏原理触摸屏控制器介绍,3,LCD介绍,1、LCD为英文LiquidCrystalDisplay的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。与传统的阴极射线管（CRT）相比，LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。LCD主要有两种类型：DSTN(双层超扭曲向列)和TFT(薄膜晶体管)，也大家常说的被动和主动屏。LCD有以下几层构成并按下面的顺序排列：极性过滤器、薄玻璃板、电极、配列层、液晶、配列层、电极、薄玻璃板、极性滤器。,4,LCD介绍,2、DSTN和TFT的区别。DSTN（DualLayerSuperTwistNematic）是指双扫描扭曲向列，意即通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，达到完成显示的目的。它是一种无源显示技术，使用两个显示层。DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度因不能独立控制，显示效果欠佳，但它结构简单，耗能较少，价格便宜。DSTNLCD并非真正的彩色显示器，它只能显示一定的颜色深度，与CRT的颜色显示特性相距较远，因而叫“伪彩显”。其工作特点是：扫描屏幕被分为上下两部分，CPU同时并行对这两部分进行刷新（双扫描），这样的刷新频率虽然要比单扫描（STN）重绘整个屏幕快一倍，但当元件的性能不佳时，难免因上下两部分刷新不同步而在屏幕中央出现模糊水平线。现在已基本不使用。,5,LCD介绍,TFT是由薄膜晶体管组成的屏幕，它的每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，显示屏上每个像素点后面都有四个（一个黑色、三个RGB彩色）相互独立的薄膜晶体管驱动像素点发出彩色光，可显示24位色深的真彩色，可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFTLCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备，也在嵌入式系统领域中广泛应用。它是属于有源矩阵显示器。,6,LCD介绍,3、背光和显示。液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。LCD有三种显示方式：反射型，透射型和透反射型。(1)反射型LCD的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。(2)透射型LCD的底偏光片是透射偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。(3)透反射型LCD是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。,7,VGA和RGB信号介绍,1、VGA信号。显卡所处理的信息最终都要输出到显示器上，显卡的输出接口就是电脑与显示器之间的桥梁，它负责向显示器输出相应的图像信号。CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接受模拟信号输入，这就需要显卡能输入模拟信号。VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口，VGA（VideoGraphicsArray）接口，也叫D-Sub接口。虽然液晶显示器可以直接接收数字信号，但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配，因而采用VGA接口。VGA接口是一种D型接口，上面共有15针空，分成三排，每排五个。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数的显卡都带有此种接口。,8,VGA和RGB信号介绍,目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的A/D（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D2次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。VGA接口应用于CRT显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。,9,VGA和RGB信号介绍,VGA信号的组成分为五种：RGBHV，分别是红绿蓝三原色和行场同步信号。VGA传输距离非常短，实际工程中为了传输更远的距离，人们把VGA线拆开，将RGBHV五种信号分离出来，分别用五根同轴电缆传输，这种传输方式叫RGB传输，习惯上这种信号也叫RGB信号，其实本质上RGB和VGA是没有什么区别的。VGA信号定义如图所示。2、RGB信号。对一种颜色进行编码的方法统称为颜色空间或色域。用最简单的话说，世界上任何一种颜色的颜色空间都可定义成一个固定的数字或变量。RGB（Red红、Green绿、Blue蓝）只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法，每种颜色都可用三个变量来表示-红色、绿色以及蓝色的强度。,10,VGA和RGB信号介绍,记录及显示彩色图像时，RGB是最常见的一种方案。但是，它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。因此，件多电子电器厂商普遍采用的做法是，将RGB转换成YUV颜色空同，以维持兼容，再根据需要换回RGB格式，以便在电脑显示器上显示彩色图形。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号RY（即U）、BY（即V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL），是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间。,11,LCD控制器介绍,1、LCD控制器用来把系统存储器中的指定缓冲区中的图像数据传输到LCD驱动器，并产生必须的LCD控制信号，在LCD上显示出图像。实际上，对于LCD来说，没有图像数据的概念，指定缓冲区中是什么样的数据，就显示这些数据组成图像，这些数据可以是有意义的，也可以是毫无规律的杂乱数据。控制器连接结构如下图所示：,12,LCD控制器介绍,1、S3C2410的LCD控制器支持单色LCD、1、2、4、8级灰度（即一个点占1位、2位、4位、8位）显示，也能支持彩色TFTLCD，最大支持16M色（每点24位）的显示。TFTLCD像点可支持范围为1、2、4、8、16、24位。处理器使用RAM区作为显示缓存，并支持屏幕水平和垂直滚动显示。数据的传送采用DMA方式，以达到最小的延迟。,13,LCD控制器介绍,作为LCD驱动开发人员，关心的参数有：1）LCD屏的类型和接口类型。比如我们所用的LCD屏，型号为LTV350QV，查看其datasheet，它是TFTLCD类型的。请参考datasheet，找出这个LCD屏的接口形式。2）LCD屏的分辨率，比如这款TFTLCD，分辨率为320 x240，这也是oneframe（1帧，一屏）整个的像点个数。3）像点深度，也就是说每个像点需要多少个数据位来描述，同样，LTV350QV的像点深度为24位，即一个像点需要3个字节来描述。4）接口的具体信号模式。分析LTV350QV（P12,P18）和S3C2410（P386，P383）的datasheet，从硬件和信号匹配的角度考虑其接口形式。,14,LCD控制器介绍,分析S3C2410的datasheet和开发板硬件原理图，配合u-boot里关于LCD的代码，看看LCD是怎样被驱动起来并显示内容的。,15,1、触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理，其目前一般被分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。1）电阻式触摸屏。电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层(ITO膜)，上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。,15,触摸屏介绍,16,当接触屏幕时，两层ITO发生接触，电阻发生变化，控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作，因此这种技术必须是要施力到屏幕上，才能获得触摸效果。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高，价格与同规格的四线式相比要贵一些。电阻式触摸屏的ITO涂层若太薄则容易脆断，涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。由于经常被触动，表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，因此其寿命并不长久。电阻式触摸屏价格便宜且易于生产。四线式、五线式以及七线、八线式触摸屏的出现使其性能更加可靠,同时也改善了它的光学特性。,16,触摸屏介绍,17,17,触摸屏介绍,2）电容式触摸屏。电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极，其内部形成一个低电压交流电场。触摸屏上贴有一层透明的薄膜层，它是一种特殊的金属导电物质。当用户触摸电容屏时，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出；且理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，即可得出接触点位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更能有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。但由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，其稳定性较差，往往会产生漂移现象。,18,触摸屏介绍,尽管不像电阻式应用那么广,电容式触摸屏也是受欢迎的供选类型。这类设备精确、反应快，尺寸稍大时也有较高分辨率,更耐用(抗刮擦),因而适合用作游戏机的触摸屏。而且，新出现的近场成像技术改良了电容式触摸屏的性能,减弱了在它和电阻式触摸屏中可能出现的漂移现象。3）红外线式触摸屏。红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管，它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。红外触摸屏也同样不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。,19,触摸屏介绍,4）表面声波触摸屏。这种触摸屏的显示屏四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。当手指碰触显示屏时，由于吸收了部分声波能量，使接收波形发生变化，即某一时刻波形有一个衰减缺口，控制器依据衰减的信号即可计算出触摸点位置。这种屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长(5000万次无故障)，透光率高(92)，能保持清晰透亮的图像；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴(即压力轴)响应，最适合公共场所使用。但这种屏易受水滴、灰尘的影响，改进的方法是加防尘条，或者增加对污物的监控，准确识别的操作和污物之间的区别。,20,触摸屏介绍,目前出现了一种多点触摸屏，多点触摸屏的最大特点在于可以两只手,多个手指,甚至多个人,同时操作屏幕的内容,更加方便与人性化.多点触摸技术也叫多点触控技术。比如说IPHONE的用两个手指在屏幕上的划动来对图片进行放大和缩小。多点触摸屏幕的工作原理是在导电层上划分出了许多独立的触控单元，而每个单元通过独立的引线连接到外部电路。由于所有的触控单元呈矩阵形排布，所以无论用户手指接触到哪一个部分，系统都能够对相应手指动作产生反应。,21,触摸屏介绍,2、应用场合。根据对触摸屏的结构、原理和性能特点的分析，不同触摸屏的适用场合如下所示：四线电阻触摸屏：不怕灰尘、油污和光电干扰，怕划伤是其主要缺陷。适用于有固定用户的公共场所，如工业控制现场、办公室、家庭等。五线电阻触摸屏：极好的灵敏度和透光度，较长的使用寿命，不怕灰尘、油污和光电干扰，适用于各类公共场所，尤其适用于要求精密的工业控制现场等。电容感应触摸屏：由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。怕电磁场干扰、漂移，不易在工业控制场所和有干扰的地方使用。可使用于要求不太精密的公共信息查询；需要经常校准、定位。,22,触摸屏介绍,红外线感应触