ESP32 & ESP32-S2 LCD 简述

常见的 LCD 接口类型有哪些？

• SPI LCD 接口、MCU 并行接口、RGB（TTL）接口、LVDS、UART/RS232/RS485 接口、HDMI 、MIPI DSI 接口等。这些接口区别于信号的类型（种类），也区别于信号内容。

【TFT LCD 接口-技术】

通常 TFT LCD 接口主要由特定的分辨率来决定。

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【面板大小】4.3 寸，屏幕对角线长度
1 英寸 = 2.54 厘米 ；4.3 寸 = 2.54 x 4.3 = 10.922 厘米

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【分辨率】800 x 480 ；即 800 ：480 = 5 : 3 （长宽比）

勾股定理：

• (5x)^2 + (3x) ^2 = 10.922 ^2

得 x = 1.8708
5 x = 1.8708 x 5= 9.354 cm （长）
3x = 1.8705 x 3 = 5.6115 cm （宽）

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• SPI LCD 串行接口： 串行外设接口允许在两台设备进行串行（一次一位）的数据交换，和并联相比，它的一个优点就是连线简单。SPI LCD 是支持读/写！包括读取 LCD ID 和显存内容。我们通常看到小尺寸的 TFT LCD 显示屏都是 SPI 接口。

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• MCU 并行接口： 很多现代的 MCU 内置 LCD 控制器功能，有2 种类型，6800 和 8080。通常 MCU /并行接口由数据信号（4/8/9/16bit）和控制信号,组成 MCU 接口简单， 但是要求显示 RAM 集成在显示 IC 上。

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• RGB（TTL）接口：RGB TTL 接口信号类型是 TTL 电平，信号的内容是 RGB666 或者 RGB888 还有行场同步和时钟；RGB 接口是一种特殊的并行接口，显示 IC 不要求集成 RAM，显存由 MCU 维护。MCU 直接更新 LCD 屏幕，发送红绿蓝像素数据（16/18/24）和时间信号，RBG 接口能够和 TFT LCD 进行高速率的通信，但是它需要更多的数据线且控制更复杂。缺点是消耗内存，若使用外部内存的话，需要考虑带宽。

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【RGB 和 MCU 接口相比】
如果同样是 16 位的话，并没有多更多接口，RGB 控制信号包括 DE、HSYNC 和 VSYNC，而 8080 只读模式为 CLK 和 CD 信号，读写模式下，为 WR_CLK、RD_CLK 和 CD 信号，数量完全一样。

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• LVDS 接口：LVDS 接口信号类型是LVDS 信号（低电压差分对），信号的内容是 RGB 数据还有行场同步和时钟；低压差分信号是一种特殊的数据信号标准，LVDS 接口的设备可以通过廉价的双绞线覆铜线缆进行高速通信，它可以减少受到电磁干扰和串行干扰问题， 传输设备位置可以离 TFT LCD 显示屏更远。

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• MIPI DSI 接口：MIPI DSI 接口信号类型是 LVDS 信号，信号的内容是视频流数据和控制指令。MIPI信号是成对传输的，主要是为了减少干扰，MIPI 信号成对走线，两根线从波形看是成反相，所以有外部干扰过来，就会被抵消很大部分。主要用在平板和手机上使用。
  MIPI 接口 LCD 包括 1 对差分时钟（CLKP，CLKN），4 对数据差分线（D0P，D0N；D1P，D1N；D2P，D2N；D3P，D3N），每一对之间有GND 线，4 对数据差分线并不一定要全部使用，很多屏只需要 2 对就可以了；RESET（复位脚），STBYB（高电平有效），VGL，VGH（像素点上开关管的开启关闭电压，加在开关管的栅极上，VGH 高电平打开给像素点电容充电， VGL 负电压 关闭开关管），VCOM（ 液晶像素点的存储电容共用电极），VLED-（背光负极），VLED+（背光正极），电源有1.8V和3.3V。
  在TFT液晶屏驱动电路供电中，VGH 电压和 VGL 电压担负着开通 TFT（薄膜场效应管）对电容充电（修正电容两端电压）和关闭 TFT，使电容电压保持（一场周期时间）的作用。因为 VGH 和 VGL 的电路比较复杂难调，所以基本屏都已经内置了。

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【LVDS 和 MIPI 主要区别】

1. LVDS 接口只用于传输视频数据，MIPI DSI不仅能够传输视频数据，还能传输控制指令；

2. LVDS 接口主要是将 RGB TTL 信号按照 SPWG/JEIDA 格式转换成 LVDS 信号进行传输，MIPI DSI 接口则按照特定的握手顺序和指令规则传输屏幕控制所需的视频数据和控制数据。

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• UART/RS232/RS485：通用异步接收发器（UART）是负责串行通信的电路区域，本质上，UART 扮演的是串行和并行接口之间的介质，UART 的一端是一条 8 根数据线（外加一些控制引脚），另一端则是 2 根串行线-RX 和 TX。

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• HDMI 接口：高清晰度多媒体接口是一种连接器和线缆的定义。可支持设备间高质量和高带宽的视频和音频流。适合影像传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和影像信号，最高数据传输速度为 4.5GB/s 同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。 目前 HDMI 的接口主要有 A、B、C、D、E 五种类型。

1. 标准 HDMI 接口：宽约 14mm，厚约 4.5mm ；适用电视、显卡
2. 迷你（mini）HDMI 接口：宽约 10.5mm，厚约 2.5mm 适用相机、平板电脑
3. 微型（micro）HDMI 接口：宽约 6mm，厚约 2.3mm 适用手机、平板电脑

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【TFT LCD接口的选择】

• 选择 TFT LCD 接口，除了考虑技术参数外，目标环境和带宽也是两大主要因素。

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ESP32 和 ESP32-S2 目前都支持 SPI 串行接口、6800、8080 并口的 LCD.

• 【ESP32】SPI 串行接口、 8/16/24 位 8080/6800 并口。官方提供了 ESP32-LCDKit 开发板，开发板预留屏幕接口类型：SPI 串行接口、8 位和16 位并行接口，可用于测试。

1. ESP32 的 SPI LCD 接口的示例程序参考 esp-iot-solution/tree/master/examples/hmi，适配的 LCD 的驱动库可参见 esp-iot-solution/components/display/screen/controller_driver。 默认使用的是 ILI9341 LCD 。
   

2. ESP32 的 8080 并口的例程可参见 esp-iot-solution/examples/screen 例程。对于 8080 协议的 LCD 接口，我们使用的是 I2S 接口软件方式实现，但此方式只支持 “写”，不支持 “读”。

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ESP32 适配的 LCD 参数

1. 8080/6800 接口协议

• 最大 LCD 尺寸：4.3 寸
• 最大分辨率：854*480

2. SPI 接口

• 最大分辨率：480*320
• 最大帧率：80M 的话大概是 12 帧

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• 【ESP32-S2】支持 8 位串行 RGB、支持 SPI 串行接口 和 8/16/24 位 8080/6800 并口（8/16/24 位 8080/6800 并口与 I2S 共用一套硬件资源）。

1. 官方提供了 ESP32-S2-kaluga-1 开发板，预留了 SPI 串行接口可用于测试。参考例程 esp-dev-kits/esp32-s2-kaluga-1/examples/lcd ，此工程展示了 jpeg 图片解码后缓存到文件系统里，并将图片输出到 LCD 屏幕上。对应管脚分配说明可参见 “SPI LCD屏示例程序” 的说明，例程默认的 LCD 型号是 ST7789 ，在 menuconfig 配置端也可以选择 ILI9341 型号的 LCD 来测试。

2. ESP32-S2 的 8080 并口的 例程可参见 esp-iot-solution/examples/screen 例程。对于 8080 协议的 LCD 接口，我们使用的是 I2S 接口软件方式实现，但此方式只支持写，不支持读。

3. 另外，乐鑫还提供了 ESP32S2-LCD-DevKit 开发板，可用于调试 GUI 应用的工程调，开发板上集成了一块 800x480 分辨率的电容式触摸屏，可用于开发交互式 UI 等应用设计，且开发板上预留了 ESP32-WROOM-32D 模组与 ESP32-S2-WROVER 模组焊盘，方便快速切换平台进行调试开发。适配的 LCD 模块是 (NT35510+FT5x16) ，8080 接口协议。对应例程可参考 ESP32-S2-LCD-DevKit

【ESP32-S2 适配的 LCD 参数】

1. 8080/6800 接口协议

• 最大 LCD 尺寸：4.3 寸
• 最大分辨率：854*480

2. SPI 接口

• 最大分辨率：480*320
• 最大帧率：80M 的话大概是 12 帧

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什么是 8080 并口？

8080 并口协议是由因特尔公司提出的，是通过“读使能（RE）” 和“写使能（WE）” 两条控制线进行读写操作。

8080 模式连线分为: CS/, RS(寄存器选择) , RD/, WR/,再就是数据线了。

• 优点是：控制简单方便,无需时钟和同步信号。
• 缺点是：要耗费 GRAM,所以难以做到大屏(QVGA 以上)。
  

什么是 6800 并口？

6800 并口协议是由 摩托罗拉提出的，是通过 “总使能（E）” 和“读写选择（W/R) ” 两条控制线进行。

M6800 模式支持可选择的总线宽度 8/9/16/18-bit (默认为 8 位) ,其实际设计思想是与 8080 的思想是一样的，主要区别就是该模式的总线控制读写信号组合在一个引脚上(NWR) ,而增加了一个锁存信号(E)数据位传输有 8 位, 9 位, 16 位和 18 位。