嵌入式電子顯示器簡(jiǎn)介

2021-08-05

嵌入式電子顯示器簡(jiǎn)介

如果您的新產(chǎn)品需要電子顯示器，那么您必須選擇正確的顯示器類(lèi)型。

您對顯示器的選擇只是作為其最明顯的方面之一直接影響您的產(chǎn)品的用戶(hù)體驗。顯示器也可能是您產(chǎn)品中最昂貴的組件之一，也是最耗電的組件之一。

因此，讓我們更仔細地看看如何平衡各種權衡，以選擇最適合您產(chǎn)品的顯示技術(shù)。

顯示基礎知識

在我們繼續之前，您需要了解一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)才能選擇最佳顯示器。

大多數顯示器被歸類(lèi)為反射式、透射式或發(fā)射式。反射式顯示器依賴(lài)于從顯示器正面反射的光。這種顯示器的背景通常是反射性的，顯示的圖案有選擇地阻擋了反射。

透射式顯示器取決于允許或阻擋背光來(lái)顯示圖像。背光通常是白色的，每個(gè)像素實(shí)際上由三個(gè)子像素組成，這些子像素可以選擇性地通過(guò)白色背光的紅色、綠色和藍色部分。

發(fā)光顯示器實(shí)際上自己發(fā)光。每個(gè)像素以三種主要的 R、G、B 顏色發(fā)出自己的光。通過(guò)改變發(fā)射光的強度，可以創(chuàng )建全彩色圖像。

色域是衡量顯示器中可用顏色范圍有多寬的指標。另一方面，單色顯示器只有一種可用顏色。

全彩色顯示器通常由三基色組成——紅、綠和藍 (RGB)。這些具有各種強度的原色的各種組合可以再現逼真的全彩顯示。

顏色深度指定每個(gè)顏色分量的強度級別數。甲顏色深度的N，意味著(zhù)每個(gè)顏色可以在N個(gè)不同的強度來(lái)顯示。

例如，RGB 顯示器，每種顏色的顏色深度為 N，因此可以有 N x N x N 種可能的顏色組合。最簡(jiǎn)單的顏色深度是二。也就是說(shuō)，一個(gè)段或一個(gè)像素要么全開(kāi)，要么全關(guān)。

簡(jiǎn)單的分段顯示

如果您需要簡(jiǎn)單地顯示一些數字，比如一小組字母，那么您應該考慮分段顯示。在數字時(shí)鐘中可以找到分段顯示的典型示例。

每個(gè)數字由七段組成，可以單獨打開(kāi)或關(guān)閉。它可以顯示數字 0 到 9，以及一些字母，如 A、C、E、F、H、h、L、P、r、t 和 U。

一些分段顯示器有七個(gè)以上的段，因此可以顯示更廣泛的圖案。

通常，這些類(lèi)型的顯示器為每個(gè)段使用 LED（發(fā)光二極管），它們的顏色通常是紅色。但是，也可以使用分段式 LCD 顯示器。典型的七段 LED 顯示屏的圖片如下圖 1 所示。

圖 1 – 典型的 7 段顯示器

下面的表 1 總結了簡(jiǎn)單分段顯示器的特性。

特征	評分	筆記
色域	單色	通常是紅色的。
顏色深度	2	段為 ON 或 OFF。
顯示類(lèi)型	自發(fā)光	可以在陽(yáng)光下或弱光下閱讀。
更新速度	高的	數字可以非?？斓馗?。
溫度范圍	高的	在很寬的溫度范圍內工作。
接口復雜度	中等的	即使使用合適的驅動(dòng)芯片，此類(lèi)顯示器也可以使用大量處理器 IO 線(xiàn)來(lái)正確尋址。
能量消耗	中 – 可變	取決于當前打開(kāi)的段數。
尺寸	多變的	可以從大約 0.2 英寸高到幾英寸高。
成本	低 – 可變	幾乎與使用的位數成正比。

表 1 – 分段顯示一覽

字母數字顯示

顯示器的下一級功能是字母數字顯示器。該顯示由一行或多行字符單元組成。每個(gè)字符單元實(shí)際上由一個(gè)固定大小的像素陣列組成，可以顯示預定義的和一些用戶(hù)定義的字符或符號。

每行可以有許多這樣的字符單元。這種類(lèi)型的顯示器有 16 x 1、16 X 2、24 X 1、24 x 2、16 X 4 等。這些是指顯示器中此類(lèi)單元格的數量。例如，一個(gè) 16 X 2 的顯示器有兩行每行 16 個(gè)字符的單元格。

這些類(lèi)型最常用的顯示器是反射式 LCD（液晶顯示器）。LCD 字母數字顯示器的圖片如下圖 2 所示。

圖 2 – 典型的字母數字顯示

下面的表 2 給出了字母數字顯示器的一些重要特性。

特征	評分	筆記
色域	單色	在各種彩色背景上可以是灰色、白色或黃色。
顏色深度	2	段為 ON 或 OFF。
顯示類(lèi)型	反光的	只能在強光下閱讀。一些顯示器還具有小型前置側燈。
更新速度	低的	如果用戶(hù)沒(méi)有看到一些視覺(jué)偽像，顯示就無(wú)法快速更新。
溫度范圍	中等的	顯示在低溫下會(huì )變得遲鈍。
接口復雜度	中等的	顯示器使用至少六個(gè)或更多 IO 線(xiàn)來(lái)正確尋址。
能量消耗	低的	如果使用前側燈，會(huì )顯著(zhù)增加功耗。
尺寸	多變的	有多種尺寸可供選擇?？梢苑浅Ｐ?，也可以寬至 6 英寸或更多。
成本	低 - 中	合理的低成本。

表 2 – 字母數字顯示一覽

圖形顯示

此類(lèi)別中的顯示器由可單獨尋址的像素組成。它們能夠顯示從簡(jiǎn)單文本到完整靜態(tài)、從動(dòng)畫(huà)圖像到全動(dòng)態(tài)視頻的任何內容。

不出所料，它們比之前類(lèi)別的顯示器成本更高。即便如此，仍有相當多的品種具有不同的成本效益比。本節將探討一些最常見(jiàn)的品種。

LED矩陣顯示

LED 矩陣顯示器由可以單獨尋址的離散 LED 矩陣組成。這種類(lèi)型的顯示器有單色、多色和全色品種。

該顯示器的像素密度或每英寸點(diǎn)數 (DPI) 非常低。此顯示器最好從遠處觀(guān)看；否則單個(gè)像素將清晰可見(jiàn)。

全彩 LED 矩陣顯示屏的圖片如圖 3 所示。

圖 3 – 小型全彩 LED 矩陣顯示器

下面的表 3 總結了 LED 矩陣顯示器的特性。

特征	評分	筆記
色域	單色、多色或全 RGB	可以只有一種顏色，一小組顏色，或者在全 RGB 的情況下任何顏色。
顏色深度	通常為 2 到 64	可以顯示有限范圍的灰度。
顯示類(lèi)型	自發(fā)光	可在任何光線(xiàn)條件下閱讀。
更新速度	低的	低速主要是由于可用的控制器，而不是 LED 本身。
溫度范圍	中等的	在較高溫度下，顯示器可能會(huì )過(guò)熱。然后需要主動(dòng)冷卻（通常是風(fēng)扇）。
接口復雜度	中等的	根據顯示器的大小，可能需要很多 IO 線(xiàn)。
能量消耗	高的	取決于點(diǎn)亮的像素數，但通常很高。
尺寸	多變的	種類(lèi)繁多，可達到競技場(chǎng)大小。
成本	中等偏上	取決于尺寸和像素分辨率。

表 3 – LED 矩陣顯示一覽

電子墨水顯示器

電子墨水或電子紙顯示器是非常低功耗的顯示器，適用于不需要快速更新速度的特定應用。它們有多種尺寸可供選擇。通常它們是單色的，但有些可以顯示有限的顏色組合。

由于它們使用反射技術(shù)，因此這些顯示器在強光環(huán)境下觀(guān)看效果最佳。

這種顯示器的一個(gè)獨特特征是，一旦渲染，即使關(guān)閉電源，圖像也會(huì )留在屏幕上。在某些應用中，這可以實(shí)現極低的功耗。

圖 4 顯示了一個(gè)典型的小型單色電子墨水顯示屏。

圖 4 – 小型電子紙顯示器

下面的表 4 給出了 E-Ink 顯示器的一些重要特性。

特征	評分	筆記
色域	單色到多色。	只有一種顏色或一小組顏色。
顏色深度	通常為 2 到 16	可以顯示有限范圍的灰度。
顯示類(lèi)型	反光的	只能在強光下閱讀。
更新速度	非常低	從半秒到四秒以上，具體取決于型號。
溫度范圍	低的	大多數電子墨水顯示器在冰點(diǎn)以下無(wú)法正常工作。
接口復雜度	低的	提供帶有 SPI 或 I 2 C 的型號。
能量消耗	非常低	渲染后，此顯示器不使用電源來(lái)保留屏幕上的內容。
尺寸	多變的	對角線(xiàn)長(cháng)度從大約 1.2 英寸到超過(guò) 40 英寸不等。
成本	中等偏上	這種顯示技術(shù)相對較新，根據所需的功能，成本可能會(huì )很高。

表 4 – 電子紙顯示一目了然

有兩種標準串行通信協(xié)議通常用于與中等復雜度的顯示器連接。

I 2 C是一些顯示器使用的速度相對較低但簡(jiǎn)單的界面。這個(gè)接口只需要兩條線(xiàn)，加上一條回線(xiàn)，數據是一個(gè)像素一個(gè)像素地發(fā)送出去的。

SPI是一些顯示器使用的中速接口。這個(gè)接口通常需要三到四根線(xiàn)，加上一條回線(xiàn)。雖然數據也是逐個(gè)像素發(fā)送的，但它通常比 I 2 C 總線(xiàn)快。

OLED顯示器

OLED（有機 LED）顯示器與之前描述的 LED 矩陣顯示器有些相似，不同之處在于像素密度或 DPI（每英寸點(diǎn)數）可能非常高。

這是因為有機 LED 技術(shù)與常規 LED 有很大不同，這使得制造過(guò)程可以生產(chǎn)密集的像素。

請注意，OLED 顯示器有兩個(gè)子類(lèi)：無(wú)源矩陣和有源矩陣 OLED，分別縮寫(xiě)為 PMOLED 和 AMOLED。

在 PMOLED 中，每個(gè)子像素，即 R、G 和 B 子像素，位于水平（按行）和垂直（按列）運行的控制線(xiàn)矩陣的交叉點(diǎn)處?？刂葡袼厝缓笊婕盀檫m當的行和列線(xiàn)供電。

下面的圖 5 顯示了一個(gè)小型 PMOLED 顯示屏。

圖 5 – 小型 PMOLED 顯示屏圖片

在 PMOLED 驅動(dòng)方案中，一旦給定的行/列不再通電，OLED 在其結點(diǎn)處關(guān)閉。

因此，每個(gè)像素只獲得刷新整個(gè)顯示區域所需總時(shí)間的一小部分。因此，這種 OLED 驅動(dòng)方案通常僅限于相當低分辨率的屏幕。

在 AMOLED 中，每個(gè)顏色子像素都由充當電子開(kāi)關(guān)的晶體管單獨控制。制造工藝比 PMOLED 更復雜，但顯示速度更快且更均勻。

通常，低分辨率 OLED 是 PMOLED，而高分辨率 OLED 是 AMOLED。大多數現代高端智能手機都提供 AMOLED 顯示屏。

下面的表 5 給出了 OLED 圖形顯示器的一些更關(guān)鍵的特性。

特征	評分	筆記
色域	單色、多色或全色	可以只有一種顏色，或一小組顏色，或全色。
顏色深度	每個(gè)原色 2 到 256 及更多	簡(jiǎn)單的顯示可以是黑白的。然而，這些顯示器中最復雜的可以再現數百萬(wàn)種顏色。
顯示類(lèi)型	自發(fā)光	可以在陽(yáng)光下或黑暗中觀(guān)看。
更新速度	高的	適用于視頻或全速動(dòng)畫(huà)。
溫度范圍	高的	可在廣泛的環(huán)境溫度下使用。
接口復雜度	從低到高	帶有 SPI 或 I 2 C 的型號可用于更簡(jiǎn)單的顯示器。高分辨率顯示器具有復雜的接口，例如數字并行接口或 MIPI。
能量消耗	中 – 可變	功耗取決于點(diǎn)亮的像素數。
尺寸	多變的	對角線(xiàn)長(cháng)度從大約 1.2 英寸到超過(guò) 40 英寸不等。
成本	中等偏上	根據所需的功能，這種顯示技術(shù)的成本可能會(huì )很高。

表 5 – OLED 顯示屏一覽 

更復雜的顯示器通常通過(guò)數字并行端口（有時(shí)稱(chēng)為數字視頻端口或 DVP）或稱(chēng)為移動(dòng)工業(yè)處理器接口(MIPI)的專(zhuān)用串行端口進(jìn)行連接。

MIPI 是一種標準的高速接口，廣泛用于現代消費電子產(chǎn)品，包括智能手機、平板電腦和筆記本電腦。MIPI 相對于 DVP 的優(yōu)勢在于所需的引腳更少。

請注意，MIPI 通常僅受更高級的微處理器支持，并且在大多數微控制器上不可用。一個(gè)例外是ST Microelectronics的STM32F469 微控制器，它確實(shí)提供了 MIPI 顯示接口。

液晶顯示器

最后一類(lèi)圖形顯示器是 LCD。這些顯示器可以具有非常高的像素密度，并且可以以全動(dòng)態(tài)功能顯示全范圍的顏色。

它們還有多種尺寸可供選擇，從 2 英寸到對角線(xiàn)長(cháng)度為 100 英寸的高清電視。

這種性能使得驅動(dòng)它們變得非常復雜，除了最簡(jiǎn)單的模型之外，任何東西都需要專(zhuān)用的控制器芯片。另請注意，許多中小型 LCD 顯示器也提供觸摸屏覆蓋層。

與 OLED 顯示器一樣，LCD 顯示器有無(wú)源和有源矩陣兩種版本。

有源矩陣 LCD 通常使用薄膜晶體管 (TFT) 技術(shù)實(shí)現。為了制造 TFT 顯示器，將硅薄膜沉積在玻璃面板上以形成晶體管。

下面的表 6 顯示了 LCD 顯示器的一些特性。

特征	評分	筆記
色域	飽滿(mǎn)的色彩	大多數是全系列的顏色。
顏色深度	每原色 2 至 256 個(gè)	簡(jiǎn)單的顯示器可以是單色的。然而，這些顯示器中的大多數都可以再現數百萬(wàn)種顏色。
顯示類(lèi)型	透射式	可以在柔和的陽(yáng)光下或黑暗中觀(guān)看。需要背光。
更新速度	中等偏上	適用于視頻或全速動(dòng)畫(huà)。
溫度范圍	中等偏上	可在廣泛的環(huán)境溫度下使用。
接口復雜度	從低到高	具有 SPI 或 I 2 C 的型號可用于較低分辨率的顯示器。高分辨率顯示器具有復雜的接口，例如數字并行接口、HDMI 或 MIPI。
能量消耗	中 – 可變	功耗主要取決于背光的類(lèi)型和強度，以及顯示控制器。
尺寸	多變的	對角線(xiàn)長(cháng)度從大約 1.2" 到超過(guò) 100" 的范圍很廣。
成本	中等偏上	這種顯示技術(shù)的成本可能很高，主要取決于尺寸。

表 6 – LCD 顯示一覽

您為產(chǎn)品選擇的顯示器是您將要做出的最重要的設計決策之一。

顯示器不僅是您的用戶(hù)最常使用的組件，而且它通常也是產(chǎn)品中最昂貴和最耗電的組件。

選擇顯示器時(shí)，最好先將選擇范圍縮小到一種顯示器類(lèi)型。選擇顯示類(lèi)型后，您可以使用特定的顯示模型微調您的選擇以滿(mǎn)足您的要求。