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)計出來后的實物圖，我覺得看到實物圖可能更方便理解這部分的設(shè)計。

圖1 實物圖

這部分設(shè)計的是一個屏幕的接口，很簡單。

使用的屏幕是：2.8inch 16BIT Module MRB2801。

1.2數(shù)據(jù)手冊

（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 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 卡擴展功能。

（2）接口說明

圖2 接口說明圖

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）， 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）重要說明

以下引腳序號 1~34 是指帶 PCB 底板的模塊排針引腳編號，如果您的是裸屏，請參考裸屏規(guī)格書的引腳定義，按照信號類型來參考接線而不是直接根據(jù)下面的模塊引腳編號來接線，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，因為接5V會導致電路發(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 波則背光點亮。如果您購買的是裸屏，則 LEDAx 接 3.0V-3.3V，LEDKx 接地即可。

（4）引腳說明

是數(shù)據(jù)手冊和自己設(shè)計電路的綜合版本，不是單純復制數(shù)據(jù)手冊得來的。

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觸摸事件、將觸摸數(shù)據(jù)進行 AD 轉(zhuǎn)換、發(fā)送觸摸坐標值。

SD 卡接口電路用于 SD 卡功能擴展，控制 SD 卡的識別，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說明

1.3.1為什么有這部分和接下來的智能串口屏？

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的元素，例如按鈕、菜單、圖標、文字、圖形、輸入框等。

TFT-LCD 屏幕只是一個顯示器件，提供基本的顯示功能。使用TFT-LCD屏幕時，需要通過編寫代碼來驅(qū)動屏幕，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)者可以通過簡單的配置或腳本來實現(xiàn)復雜的界面交互，而不需要深入編程。生產(chǎn)廠家會提供上位機、軟件服務，直接燒錄到單片機里面，通過串口控制畫面。這部分為需要的用戶直接使用。

圖3 實物圖

1.3.2本項目 TFT-LCD 屏及其接口類型及其特點

表2

圖4 接線圖

SPI 通信參見之前學習通信時的筆記，有以下兩點需要說明：

1、NIRQ 引腳

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

使用場景

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

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

錯誤或警告：當外設(shè)檢測到錯誤或需要主控系統(tǒng)注意的情況時，NIRQ引腳可以拉低觸發(fā)中斷，提醒主控系統(tǒng)進行相應處理。

2、 8080 接口通信：

8080接口是一種并行通信接口，需要更多的信號線，連接復雜度較高，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)，這個引腳通過控制其電平狀態(tài)來實現(xiàn)這一功能：

低電平 (0)：表示當前發(fā)送的是命令(寄存器地址)。

高電平 (1)：表示當前發(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，通過串口(通常是UART)與主控設(shè)備(如單片機)進行通信。

廠家通常會提供一個專用的軟件工具(上位機軟件)，用于設(shè)計和調(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)計好的GUI會被燒錄到智能串口屏的內(nèi)存中，運行時不依賴外部設(shè)備的圖形處理能力，直接通過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)計中包含插座口和排針口，用于方便連接和擴展。插座口(通常是標準的連接器)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 100Ω 的電阻?

在串口通信中使用的電阻(如上面提到的 100Ω 電阻)主要是為了保護芯片引腳和穩(wěn)定信號。這類電阻通常不會直接通過精確的計算得出，而是基于經(jīng)驗和工程實踐中的考慮。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，智能串口屏通過這個引腳向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)。

連接：通過一個100歐姆的電阻連接到單片機的PA10引腳。電阻用于保護電路和穩(wěn)定信號。

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

連接：通過一個100歐姆的電阻連接到單片機的PA9引腳。電阻用于保護電路和穩(wěn)定信號。

阻抗匹配和信號完整性

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

保護作用

較小的電阻值可以在不顯著影響信號強度的情況下限制電流，保護單片機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。過大的電阻值可能無法有效限制瞬態(tài)電壓，保護效果不佳。

功率消耗和速度

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

(2)電阻數(shù)值選擇

對于大多數(shù)高速通信，10Ω 可能太小，無法顯著限制電流和保護引腳。

1kΩ 到10kΩ 太大，可能導致信號衰減過大，影響通信質(zhì)量。

100Ω 通常是一個折中的選擇，能夠有效保護引腳，維持信號完整性，同時不會明顯影響通信速度。

在實際設(shè)計中，工程師會根據(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，以保持信號完整性。

PCB布線：考慮布線長度和布局對信號的影響。

保護需求：根據(jù)電路對抗靜電放電(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目使用，OLED 屏較小，供小項目使用。

OLED屏實物圖

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，此處就一個小顯示屏，電阻可以大一點，(如果該 IIC 上掛載了很多設(shè)備，電阻可以小一點。)，為 10K 。

上拉電阻的阻值牽涉到兩個矛盾的問題

速度?？偩€拉高電平有充電時間(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別的高電平的閥值時主器件就以為完成了一個總線動作的話，那么通訊肯定是不能進行的!

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現(xiàn)整體降低功耗!但不可能無限大，否則充電時間太長。

上拉電阻的值在搜索阻值的過程發(fā)現(xiàn)要么眾口難調(diào)，要么非常復雜的計算公式，還是那句話要實實在在的調(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)動電路

小項目使用，可以顯示時鐘、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)碼管的各個片段。

每個數(shù)碼管的顯示屏通常由7個片段構(gòu)成，加上小數(shù)點(DP)，共計8個段。

DIG1, DIG2, DIG3, DIG4, DIG5, DIG6 分別是6個數(shù)碼管的驅(qū)動引腳。

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

4.1.2數(shù)碼管驅(qū)動芯片

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

TM1620實物圖

TM1620管原理圖與PCB圖

4.2驅(qū)動芯片數(shù)據(jù)手冊

4.2.1概述

TM1620 是一種 LED(發(fā)光二極管顯示器)驅(qū)動控制專用 IC , 內(nèi)部集成有 MCU 數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED 驅(qū)動等電路。產(chǎn)品質(zhì)量可靠、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。主要適用于家電設(shè)備(智能熱 水器、微波爐、洗衣機、空調(diào)、電磁爐)、機頂盒、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)置上電復位電路

內(nèi)置數(shù)據(jù)鎖存電路

內(nèi)置針對 LED 反偏漏電導致暗亮問題優(yōu)化電路

抗干擾能力強

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 板布線應盡量靠近 TM1620 芯片放置,加強濾波效果。

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

因藍光數(shù)碼管的導通壓降壓約為 3V ,因此 TM1620 供電應選用 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。

4.3.2原理圖2.0

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

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。

因為不用時需要高電平懸浮

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。

（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 LED 燈。

本文轉(zhuǎn)自CSDN技術(shù)社區(qū)小醒愛硬件