LCD屏接口与模式详解：干货超多

前言

随着时代的发展，现如今我们生活上已经随处可见的各种电子产品了，诸如手机、平板、电脑、一些其它智能单品上都有用到显示屏，它作为人机交互的重要桥梁之一，我认为它是生活中必不可少的存在，如果少了它，那么这个世界也就缺失了独有的那份色彩。

那么此篇文章我们就好好讲讲TFT-LCD屏的“故事”，下文将以lcd屏信号类型和接口模式展开。

1.LCD屏常用接口模式

1.1 RGB模式

RGB模式接口通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及三者组合来得到丰富多彩的颜色，它们三者之间的组合几乎包括了人类视觉感知的所有颜色，是最常用的颜色体系之一。

通常数据格式有rgb565、rgb666、rgb888等；拿rgb565举例，红色、绿色和蓝色的数据分别有5bit、6bit和5bit，那么它就可以有65536种组合色彩，在色彩要求不是特别高的应用场景中已经够用了。

RGB接口LCD 的显存是由系统内存充当的，因此其大小只受限于系统内存的大小，显示数据直接写到屏里，速度较快。

1.2 MCU模式

MCU-LCD 接口的标准术语是 Intel 提出的 8080 总线标准（标准名称为I80），主要又可以分为 8080 模式和 6800 模式，这两者之间主要是时序的区别。

MCU 接口的 LCD 的 Driver IC 都带 GRAM，Driver IC 接收 MCU 发过来的画点Command/Data，使之在屏上显示出来，这个过程是不需要点、行、帧时钟的。因为MCU接口屏是经过IC GRAM的，它的内存空间没这么大，所以很难做到大屏（大多4寸以下）。相比RGB接口屏，MCU屏的显示速率慢，需要通过控制命令来刷新显示，通常用于静态界面的显示。

1.2.1 8080模式

由数据总线和控制总线两部分组成，控制引脚如下：

CS ：片选信号，通常低电平有效；

RS ：（置 1 为写数据,置 0 为写命令）；

WR ：写控制（为 0 使能) ；

RD ：读控制（为 0 使能）；

RESET：复位信号；

DATA：数据位，支持8、9、16、18、24bit，通常默认8bit。

1.2.2 6800模式

该模式和8080模式很类似，总线控制读写信号组合在一个引脚上（/WR），另外增加了一个锁存信号(E)。

锁存信号（E）用于控制指令和数据的传输；MCU需要在E信号的上升沿将数据写入LCD屏的数据端口，当E信号为高电平时，LCD屏处于数据读取状态，可以接收来自MCU的数据，并在E信号的下降沿将数据锁存到LCD屏的内部寄存器中，这样可以避免数据的丢失或错位。

CS ：片选信号，通常低电平有效；

RS ：（置 1 为写数据,置 0 为写命令）；

WR ：读写控制，0为写，1为读使能；

E：锁存信号

RESET：复位信号；

DATA：数据位，支持8、9、16、18、24bit，通常默认8bit。

1.3 VSYNC模式

VSYNC模式是在MCU模式基础上加了一个VSYNC信号，通过对MCU接口屏的最小改动，实现动画显示的解决方案，在这种模式下，内部的显示操作与外部VSYNC信号同步，。可以实现比内部操作更高的速率的动画显示。

该模式对速率有一个限制，就是对内部SRAM的写速率一定要大于显示读内部SRAM的速率，否则就会严重影响画面的流畅性和稳定性。

1.4 SPI模式

SPI模式在目前的嵌入式领域中不常用，它就是使用spi的标准接口，3 / 4线组成，传输速率不高。

另外还有DSI模式和MDDI模式，平时接触的不多，暂且忽略。

2. LCD信号类型

2.1 TTL（RGB）信号

TTL信号是一种数字信号，用于电路中传输逻辑信息，TTL信号的基本电平是0V和5V，其中0V表示逻辑0，5V表示逻辑1。具有高速度、低功耗等特性。

TTL 接口属于并行方式传输数据，由于 TTL 接口信号电压高、连线多、传输电缆长，因此电路的抗干扰能力比较差，而且容易产生电磁干扰（EMI）。

如下图所示，RGB数据是并行传输的，所以它占用的引脚会比较多，CLK为像素的时钟信号线，控制信号包括数据使能信号（或有效显示数据选通信号）DE、行同步信号 HS、场同步信号 VS；

另外通常还包括CS片选信号，RESET复位信号，还有配置lcd驱动寄存器的控制接口（i2c/spi）。

它有单通道和双通道之分，双通道就是两组 RGB 数据，分为奇通道、偶通道，时钟有的也分为 OCLK/ECLK。

2.2 LVDS信号

LVDS，即 Low Voltage Differential Signaling，是一种低压差分信号技术接口。

克服以 TTL 电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、EMI 电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。

LVDS输出接口利用非常低的电压摆幅（约 350mV）在两条 PCB 走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输，即低压差分信号传输。采用 LVDS 输出接口，可以使得信号在差分 PCB 线或平衡电缆上以几百Mbit／s 的速率传输，由于采用低压和低电流驱动方式，因此，实现了低噪声和低功耗。

有些主控芯片是不支持输出LVDS信号的，那么此时就需要用到信号转换芯片，把主控输出的TTL信号通过转换IC输出LVDS信号到排线中，一般TFT-LCD是只支持TTL信号的，所以LVDS到接收端时会通过LVDS解码IC把LVDS信号解码成TTL信号，最终输出到屏幕。

2.2.1 LVDS接口工作原理

通过将数据信号分成两路，分别以相反的电压（电压一正一负）传输，然后再通过接收端进行差分放大和解码，最终恢复为原始信号。这种方式可以大幅减小信号传输时的噪声和干扰，提高信号传输的可靠性和稳定性。

其传输速率可以达到Gbps级别，因此被广泛应用于高分辨率、高色深、高刷新率的显示屏幕中。

2.2.2 LVDS接口通道

2.2.2.1 lvds每个通道的位数分类

单路6bit LVDS：每个基色信号采用6位数据，共18位RGB数据，也称18bit LVDS接口；
双路6bit LVDS：每个基色信号采用6位数据，其中奇路数据为18位，偶路数据为18位，共36位RGB数据，也称36bit LVDS接口；
单路8bit LVDS：每个基色信号采用8位数据，共24位RGB数据；
双路8bit LVDS：同理，每个基色信号采用8位数据，其中奇路数据为24位，偶路数据为24位，共48位RGB数据，也称48bit LVDS接口。

总结：lvds接口的通道位数可以选择6bit、8bit、10bit或12bit，主要取决于应用场景和需求。

2.2.2.2 lvds发送芯片的通道数分类

四通道LVDS发送芯片：主要用于驱动6bit液晶面板，可以构成单路或者奇偶双路6bit LVDS接口电路。其包含三个数据信号（其中包括RGB数据、数据使能、行同步、场同步信号）通道和一个时钟发送通道。
五通道LVDS发送芯片：主要用于驱动8bit液晶面板，可以构成单路8bit LVDS接口电路和奇偶双路8bit LVDS接口电路。
十通道LVDS发送芯片：主要用于驱动8bit液晶面板，包含八个数据信号通道和两个时钟发送通道。
除了以上几种，还有更多通道的LVDS发送芯片，比如十二通道的，主要用于驱动更高位数的液晶面板。

总结：如下图所示，数TX + - 的对数总共有5对，所以为五通道LVDS发送芯片，其中有四对为数据通道，一对为像素时钟通道；主控端出来的rgb888信号，所以为五通道单路8bit LVDS电路。

另外我们需要知道的点是，时钟通道只传输时钟信号，而数据通道传输RGB数据、使能信号、行同步信号和场同步信号，每个数据通道在一个时钟周期内只传输7bit的数据，这是固定不变的，这里划重点。

拿五通道单路8bit LVDS电路来举例，rgb各8bit数据加起来就有24bit数据，外加1bit使能信号数据、行同步信号和场同步信号数据，总共就27bit数据，我们知道五通道中有4个通道用来传输数据，每个通道一个时钟周期传7bit数据，4个通道一个周期内能传输28bit数据，所以五通道LVDS芯片通常用来驱动8bit液晶板，四通道的驱动6bit也是一样道理。

现在了解了单路LVDS，那么什么时候需要用到双路LVDS呢？当在高速数据传输的场景或高分辨率数据中就可以用到，LVDS的像素时钟范围通常为20MHz到85MHz，当像素时钟远超过这个阈值时就需要用到双路lvds，一路传输奇像素数据，一路传输偶像素数据，分别也对应奇偶时钟线。