本章參考資料：《STM32F4xx 參考手冊 2》、《STM32F4xx 規格書》、庫幫助文檔
《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》。
關于開發板配套的液晶屏參數可查閱《5.0 寸液晶屏數據手冊》配套資料獲知。
顯示器簡介
顯示器屬于計算機的 I/O 設備，即輸入輸出設備。它是一種將特定電子信息輸出到屏
幕上再反射到人眼的顯示工具。 常見的有 CRT 顯示器、液晶顯示器、 LED 點陣顯示器及
OLED 顯示器。
液晶顯示器
液晶顯示器，簡稱 LCD(Liquid Crystal Display)，相對于上一代 CRT 顯示器(陰極射線
管顯示器)， LCD 顯示器具有功耗低、體積小、承載的信息量大及不傷眼的優點，因而它成
為了現在的主流電子顯示設備，其中包括電視、電腦顯示器、手機屏幕及各種嵌入式設備
的顯示器。圖 27-1 是液晶電視與 CRT 電視的外觀對比，很明顯液晶電視更薄，“時尚”
是液晶電視給人的第一印象，而 CRT 電視則感覺很“笨重”。

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液晶是一種介于固體和液體之間的特殊物質，它是一種有機化合物，常態下呈液態，
但是它的分子排列卻和固體晶體一樣非常規則，因此取名液晶。 如果給液晶施加電場，會
改變它的分子排列， 從而改變光線的傳播方向， 配合偏振光片，它就具有控制光線透過率
的作用，再配合彩色濾光片，改變加給液晶電壓大小，就能改變某一顏色透光量的多少，
圖 27-2 中的就是綠色顯示結構。 利用這種原理，做出可控紅、綠、藍光輸出強度的顯示結
構，把三種顯示結構組成一個顯示單位，通過控制紅綠藍的強度，可以使該單位混合輸出
不同的色彩，這樣的一個顯示單位被稱為像素。

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注意液晶本身是不發光的，所以需要有一個背光燈提供光源，光線經過一系列處理過
程才到輸出，所以輸出的光線強度是要比光源的強度低很多的，比較浪費能源(當然，比
CRT 顯示器還是節能多了)。而且這些處理過程會導致顯示方向比較窄，也就是它的視角較
小，從側面看屏幕會看不清它的顯示內容。另外，輸出的色彩變換時，液晶分子轉動也需
要消耗一定的時間，導致屏幕的響應速度低。
LED 和 OLED 顯示器
LED 點陣顯示器不存在以上液晶顯示器的問題， LED 點陣彩色顯示器的單個像素點內
包含紅綠藍三色 LED 燈，顯示原理類似我們實驗板上的 LED 彩燈，通過控制紅綠藍顏色
的強度進行混色，實現全彩顏色輸出，多個像素點構成一個屏幕。由于每個像素點都是
LED 燈自發光的，所以在戶外白天也顯示得非常清晰，但由于 LED 燈體積較大，導致屏幕
的像素密度低，所以它一般只適合用于廣場上的巨型顯示器。相對來說，單色的 LED 點陣
顯示器應用得更廣泛，如公交車上的信息展示牌、店招等，見圖 27-3。

新一代的 OLED 顯示器與 LED 點陣彩色顯示器的原理類似，但由于它采用的像素單元
是“有機發光二極管” (Organic Light Emitting Diode)，所以像素密度比普通 LED 點陣顯示
器高得多，見圖 27-5。

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OLED 顯示器不需要背光源、對比度高、輕薄、視角廣及響應速度快等優點。待到生
產工藝更加成熟時，必將取代現在液晶顯示器的地位，見圖 27-5。

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?顯示器的基本參數
不管是哪一種顯示器，都有一定的參數用于描述它們的特性，各個參數介紹如下：
(1) 像素
像素是組成圖像的最基本單元要素，顯示器的像素指它成像最小的點，即前面講解液
晶原理中提到的一個顯示單元。
(1) 分辨率
一些嵌入式設備的顯示器常常以“行像素值 x 列像素值”表示屏幕的分辨率。如分辨
率 800x480 表示該顯示器的每一行有 800 個像素點，每一列有 480 個像素點，也可理
解為有 800 列， 480 行。
(2) 色彩深度
色彩深度指顯示器的每個像素點能表示多少種顏色，一般用“位” (bit)來表示。如單
色屏的每個像素點能表示亮或滅兩種狀態(即實際上能顯示 2 種顏色)，用 1 個數據位

就可以表示像素點的所有狀態，所以它的色彩深度為 1bit，其它常見的顯示屏色深為
16bit、 24bit。
(3) 顯示器尺寸
顯示器的大小一般以英寸表示，如 5 英寸、 21 英寸、 24 英寸等，這個長度是指屏幕對
角線的長度， 通過顯示器的對角線長度及長寬比可確定顯示器的實際長寬尺寸。
(4) 點距
點距指兩個相鄰像素點之間的距離， 它會影響畫質的細膩度及觀看距離，相同尺寸的
屏幕，若分辨率越高，則點距越小，畫質越細膩。如現在有些手機的屏幕分辨率比電
腦顯示器的還大，這是手機屏幕點距小的原因； LED 點陣顯示屏的點距一般都比較大，
所以適合遠距離觀看。
STM32F429 系列的芯片不需要額外的液晶控制器，也就是說它把專用液晶控制器的功能集成到?STM32F429?芯片內部了，節約
了額外的控制器成本。?

(1) RGB 信號線
RGB 信號線各有 8 根，分別用于表示液晶屏一個像素點的紅、綠、藍顏色分量。使用
紅綠藍顏色分量來表示顏色是一種通用的做法，打開 Windows 系統自帶的畫板調色工
具，可看到顏色的紅綠藍分量值，見圖 27-7。常見的顏色表示會在“RGB”后面附帶
各個顏色分量值的數據位數，如 RGB565 表示紅綠藍的數據線數分別為 5、 6、 5 根，
一共為 16 個數據位，可表示 216 種顏色；而這個液晶屏的種顏色分量的數據線都有 8
根，所以它支持 RGB888 格式，一共 24 位數據線，可表示的顏色為 224種。

(2) 同步時鐘信號 CLK
液晶屏與外部使用同步通訊方式，以 CLK 信號作為同步時鐘，在同步時鐘的驅動下，
每個時鐘傳輸一個像素點數據。
(3) 水平同步信號 HSYNC
水平同步信號 HSYNC(Horizontal Sync)用于表示液晶屏一行像素數據的傳輸結束，每
傳輸完成液晶屏的一行像素數據時， HSYNC 會發生電平跳變，如分辨率為 800x480 的
顯示屏(800 列， 480 行)，傳輸一幀的圖像 HSYNC 的電平會跳變 480 次。
(4) 垂直同步信號 VSYNC
垂直同步信號 VSYNC(Vertical Sync)用于表示液晶屏一幀像素數據的傳輸結束，每傳
輸完成一幀像素數據時， VSYNC 會發生電平跳變。其中“幀”是圖像的單位，一幅
圖像稱為一幀，在液晶屏中，一幀指一個完整屏液晶像素點。人們常常用“幀/秒”來
表示液晶屏的刷新特性，即液晶屏每秒可以顯示多少幀圖像，如液晶屏以 60 幀/秒的
速率運行時， VSYNC 每秒鐘電平會跳變 60 次。
(5) 數據使能信號 DE
數據使能信號 DE(Data Enable)用于表示數據的有效性，當 DE 信號線為高電平時，
RGB 信號線表示的數據有效。

液晶數據傳輸時序
通過上述信號線向液晶屏傳輸像素數據時，各信號線的時序見圖 27-8。 圖中表示的是
向液晶屏傳輸一幀圖像數據的時序， 中間省略了多行及多個像素點。

液晶屏顯示的圖像可看作一個矩形，結合圖 27-9 來理解。液晶屏有一個顯示指針，它
指向將要顯示的像素。顯示指針的掃描方向方向從左到右、從上到下，一個像素點一個像
素點地描繪圖形。這些像素點的數據通過 RGB 數據線傳輸至液晶屏，它們在同步時鐘
CLK 的驅動下一個一個地傳輸到液晶屏中，交給顯示指針，傳輸完成一行時，水平同步信
號 HSYNC 電平跳變一次，而傳輸完一幀時 VSYNC 電平跳變一次。

顯存
液晶屏中的每個像素點都是數據，在實際應用中需要把每個像素點的數據緩存起來，
再傳輸給液晶屏，這種存儲顯示數據的存儲器被稱為顯存。顯存一般至少要能存儲液晶屏
的一幀顯示數據，如分辨率為 800x480 的液晶屏，使用 RGB888 格式顯示，它的一幀顯示
數據大小為： 3x800x480=1152000 字節；若使用 RGB565 格式顯示，一幀顯示數據大小為：
2x800x480=768000 字節。

常見的顏色表示會在“RGB”后面附帶各個顏色分量值的數據位數，如RGB565
表示紅綠藍的數據線數分別為5、 6、 5根，一共為16個數據位，可表示216
種顏色；而我們這個液晶屏的種顏色分量的數據線都有8根，所以它支持
RGB888格式，一共24位數據線，可表示的顏色為224種。

RGB后面的數值，分別代表其表示顏色的bits。

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LCD-TFT 控制器 (LTDC)
LTDC 液晶控制器簡介
STM32F429 系列芯片內部自帶一個 LTDC 液晶控制器，使用 SDRAM 的部分空間作為
顯存，可直接控制液晶面板，無需額外增加液晶控制器芯片。 STM32 的 LTDC 液晶控制器
最高支持 800x600 分辨率的屏幕；可支持多種顏色格式，包括 RGB888、 RGB565、
ARGB8888 和 ARGB1555 等(其中的“A”是指透明像素)；支持 2 層顯示數據混合，利用這
個特性，可高效地做出背景和前景分離的顯示效果，如以視頻為背景，在前景顯示彈幕。
圖像數據混合
LTDC 外設支持 2 層數據混合，混合前使用 2 層數據源，分別為前景層和背景層，見
圖 27-10。在輸出時，實際上液晶屏只能顯示一層圖像，所以 LTDC 在輸出數據到液晶屏
前需要把 2 層圖像混合成一層，跟 Photoshop 軟件的分層合成圖片過程類似。混合時，直
接用前景層中的不透明像素替換相同位置的背景像素；而前景層中透明像素的位置，則使
用背景的像素數據，即顯示背景層的像素。

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如果想使用圖像混合功能，前景層必須使用包含透明的像素格式，如 ARGB1555 或
ARGB8888。其中 ARGB1555 使用 1 個數據位表示透明元素，它只能表示像素是透明或不
透明，當最高位(即“A”位)為 1 時，表示這是一個不透明的像素，具體顏色值為 RGB 位
表示的顏色，而當最高位為 0 時，表示這是一個完全透明的像素， RGB 位的數據無效；而
ARGB8888 的像素格式使用 8 個數據位表示透明元素，它使用高 8 位表示“透明度” (即代
表“A”的 8 個數據位)，若 A 的值為“0xFF”，則表示這個像素完全不透明，若 A 的值為
“0x00”則表示這個像素完全透明，介于它們之間的值表示其 RGB 顏色不同程度的透明度，
即混合后背景像素根據這個值按比例來表示。
注意液晶屏本身是沒有透明度概念的，如 24 位液晶屏的像素數據格式是 RGB888，
RGB 顏色各有對應的 8 根數據線，不存在用于表示透明度的數據線，所以實際上 ARGB 只
是針對內部分層數據處理的格式，最終經過混合運算得出直接顏色數據 RGB888 才能交給
液晶屏顯示。

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圖像處理單元
LTDC 框圖標號?表示的是圖像處理單元，它通過“AHB 接口”獲取顯存中的數據，
然后按分層把數據分別發送到兩個“層 FIFO”緩存，每個 FIFO 可緩存 64x32 位的數據，
接著從緩存中獲取數據交給“PFC” (像素格式轉換器)，它把數據從像素格式轉換成字
(ARGB8888)的格式，再經過“混合單元”把兩層數據合并起來，最終混合得到的是單層要
顯示的數據，通過信號線輸出到液晶面板。這部分結構與 DMA2D 的很類似，我們在下一
小節詳細講解。
在輸出前混合單元的數據還經過一個“抖動單元”，它的作用是當像素數據格式的色
深大于液晶面板實際色深時，對像素數據顏色進行舍入操作，如向 18 位顯示器上顯示 24
位數據時，抖動單元把像素數據的低 6 位與閾值比較，若大于閾值，則向數據的第 7 位進
1，否則直接舍掉低 6 位。

配置和狀態寄存器
框圖中標號?表示的是 LTDC 的控制邏輯，它包含了 LTDC 的各種配置和狀態寄存器。
如配置與液晶面板通訊時信號線的有效電平、各種時間參數、有效數據寬度、像素格式及
顯存址等等， LTDC 外設根據這些配置控制數據輸出，使用 AHB 接口從顯存地址中搬運數
據到液晶面板。還有一系列用于指示當前顯示狀態和位置的狀態寄存器，通過讀取這些寄
存器可以了解 LTDC 的工作狀態。
時鐘信號
LTDC 外設使用 3 種時鐘信號，包括 AHB 時鐘、 APB2 時鐘及像素時鐘 LCD_CLK。
AHB 時鐘用于驅動數據從存儲器存儲到 FIFO， APB2 時鐘用于驅動 LTDC 的寄存器。而
LCD_CLK 用于生成與液晶面板通訊的同步時鐘，見圖 27-12，它的來源是 HSE(高速外部
晶振)，經過“/M”分頻因子分頻輸出到“PLLSAI”分頻器，信號由“PLLSAI”中的倍頻
因子 N 倍頻得到“PLLSAIN”時鐘、然后由“/R”因子分頻得到“PLLCDCLK”時鐘，再
經過“DIV”因子得到“LCD-TFT clock”，“LCD-TFT clock”即通訊中的同步時鐘
LCD_CLK，它使用 LCD_CLK 引腳輸出。

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??/************************************************2017.7.29***************************************************************/

LTDC 初始化結構體

這里有很多涉及寄存器的東西，如果不是必要，不用自己去配置。

但是卻有幾個值得注意的地方：

第一：關于LTDC的引腳復用：

看到上圖不要以為LCD_G3和LCD_B2可以同時使用一個引腳，LCD_B2還有其他引腳可以使用，只是提醒自己不要以為復用只有AF14的LCD，在AF9處還隱藏著有LCD的復用功能。

有可能是復用AF14也可能是復用AF9，具體如何選擇AF14還是AF9的復用呢？在stm32f4xx_gpio.h中：

期間當然還有更多的復用選擇：

需要注意的是這里LTDC復用不是單純的只有AF14，還有AF9的。

第二點：用sdram寫點刷屏方式：

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?這樣可能會在屏幕下方有亂碼或者花屏這樣的現象，此時需要更改sdram中的一個配置：

static void SDRAM_InitSequence(void)函數中的：

突發長度如果配置成8可能會出現上面所說的花屏問題，改成4之后，得到了解決。

?/************************************************2017.7.29***************************************************************/

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轉載于:https://www.cnblogs.com/yangguang-it/p/7227356.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LTDC/DMA2D—液晶显示的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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