《ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6》第三十三章 RGB显示屏实验

第三十三章 RGB显示屏实验
1）实验平台：正点原子DNESP32S3开发板
2）章节摘自【正点原子】ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6
3）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?&id=768499342659
4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32S3.html
5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）正点原子DNESP32S3开发板技术交流群：132780729

ESP32-S3的LCD_CAM控制器由独立的LCD模块和Camera模块组成。LCD模块主要用于发送并行视频数据信号，支持多种接口时序，如RGB、MOTO6800和I8080。而Camera模块则用于接收并行视频数据信号，支持DVP 8-/16-bit模式。在本章节中，我们将首先介绍正点原子的RGBLCD显示屏的参数和功能参数，然后详细介绍LCD_CAM控制器的LCD模块，该模块用于驱动RGBLCD接口。
本章分为如下几个小节：
33.1 RGBLCD和LCD模块接口简介
33.2 硬件设计
33.3 程序设计
33.4 下载验证
33.1 RGBLCD和LCD模块接口简介
33.1.1 RGBLCD简介
RGBLCD是基于一组特定的同步信号，该同步信号指示在哪里开始和停止帧。帧缓冲区分配在ESP侧。因为在这种情况下我们不需要安装任何IO接口驱动程序，所以这使得驱动程序的安装步骤极大简化了。接下来我们就简单介绍一些RGBLCD的驱动。
1，RGBLCD的信号线
RGBLCD的信号线如表33.1.1.1所示：

表33.1.1.1 RGBLCD信号线
一般的RGB屏都有如表33.1.1.1所示的信号线，有24根颜色数据线（RGB各8根，即RGB888格式），这样可以表示最多1600W色，DE、VS、HS和DCLK，用于控制数据传输。
2，RGBLCD的驱动模式
RGB屏一般有2种驱动模式：DE模式和HV模式。DE模式使用DE信号来确定有效数据（DE为高/低时，数据有效），而HV模式，则需要行同步和场同步，来表示扫描的行和列。
DE模式和HV模式的行扫描时序图（以800*480的LCD面板为例），如图33.1.1.1所示：

图33.1.1.1 DE/HV模式行扫描时序图
从图中可以看出，DE和HV模式，时序基本一样，DEN模式需要提供DE信号（DEN），而HV模式，则无需DE信号。图中的HSD即HS信号，用于行同步，注意：在DE模式下面，是可以不用HS信号的，即不接HS信号，液晶照样可以正常工作。
图中的thpw为水平同步有效信号脉宽，用于表示一行数据的开始；thb为水平后廊，表示从水平有效信号开始，到有效数据输出之间的像素时钟个数；thfp为水平前廊，表示一行数据结束后，到下一个水平同步信号开始之前的像素时钟个数。
图33.1.1.1仅是一行数据的扫描，输出800个像素点数据，而液晶面板总共有480行，这就还需要一个垂直扫描时序图，如图33.1.1.2所示：

图33.1.1.2 垂直扫描时序图
图中的VSD就是垂直同步信号，HSD就是水平同步信号，DE为数据使能信号。如图可知，一个垂直扫描，刚好就是480个有效的DE脉冲信号，每一个DE时钟周期，扫描一行，总共扫描480行，完成一帧数据的显示。这就是800480的LCD面板扫描时序，其他分辨率的LCD面板，时序类似。
图中的tvpw为垂直同步有效信号脉宽，用于表示一帧数据的开始；tvb为垂直后廊，表示垂直同步信号以后的无效行数，tvfp为垂直前廊，表示一帧数据输出结束后，到下一个垂直同步信号开始之前的无效行数；这几个时间同样在配置LTDC的时候，需要进行设置。
3，正点原子 RGBLCD模块
正点原子目前提供大家五款 RGBLCD 模块：ATK-4342（4.3寸，480272）、ATK-4384（4.3寸，800480） ATK-7084（7寸，800480）、 ATK-7016（7 寸，1024600）和ATK-1018（10.1 寸，1280800），这里我们以 ATK-7084 为例，给大家介绍。该模块的接口原理图如图 33.1.1.3 所示：

图33.1.1.3 RGBLCD模块对外接口原理图
图中 J3就是对外接口，是一个40PIN 的 FPC 座（ 0.5mm 间距），通过 FPC 线，可以连接到ESP32-S3 开发板的RGB接口上面，从而实现和ESP32-S3的连接。该接口十分完善，采用 RGB888 格式，并支持 DE&HV 模式，还支持触摸屏（电阻/电容）和背光控制。右侧的几个电阻，并不是都焊接的，而是可以用户自己选择。默认情况， R1 和 R6 焊接，设置 LCD_LR和 LCD_UD，控制 LCD 的扫描方向，是从左到右，从上到下（横屏看）。而 LCD_R7/G7/B7则用来设置 LCD 的 ID，由于 RGBLCD 没有读写寄存器，也就没有所谓的 ID，这里我们通过在模块上面，控制 R7/G7/B7 的上/下拉，来自定义 LCD 模块的 ID，帮助 MCU 判断当前 LCD 面板的分辨率和相关参数，以提高程序兼容性。这几个位的设置关系如表33.1.1.2 所示：

表33.1.1.2正点原子 RGBLCD模块ID对应关系
这样我们在程序里面，读取 LCD_R7/G7/B7，得到 M0:M2 的值，从而判断 RGBLCD 模块的型号，并执行不同的配置，即可实现不同 LCD模块的兼容。
更详细的RGB屏相关内容，可以参考正点原子提供的《ATK-MD0430R模块用户手册_V1.0》和《ATK-MD0430R模块使用说明_V1.0》，在这两个手册中，已经详细说明了RGB的工作原理及相关参数信息。
33.1.2 LCD模块接口简介
本小节主要介绍LCD_CAM控制器的LCD模块，至于CAMERA模块讲解，作者会在摄像头章节中涉及，下面我们来看一下LCD模块的结构框架。

图33.1.2.1 LCD_CAM控制器结构框架
这个系统的LCD模块（即上图的下方部分）包括以下模块：一个独立的发送控制单元（LCD_Ctrl），用于控制LCD的发送；一个发送异步FIFO（Async Tx FIFO），用于与外部设备交互，发送数据；一个LCD_ClockGenerator时钟生成模块，用于生成对应模块的时钟；以及一个格式转换模块，即RGB/YCbCr Converter，用于各种格式的视频数据互相转换。这些模块协同工作，确保系统能够高效、稳定地处理和传输并行视频数据信号。
需要读者注意的是：LCD_CAM的所有信号均需要经过GPIO交换矩阵映射到芯片管脚。更多信息请参考章节6 IO MUX和GPIO 交换矩阵（GPIO, IO MUX）。
1，LCD模块信号描述
LCD模块信号对应了上图右下角的几个信号，它们的具体作用如下所示。

表33.1.2.1 LCD模块信号描述
在启动LCD模块时，信号的位宽是一个关键参数。根据所接入的LCD的位宽，N的值会有所不同。如果使用RGBLCD接口连接，并且位宽为16位，则N的值为15。相反，如果接入的LCD使用8位的位宽，则N的值为7。因此，根据LCD的位宽，可以确定N的具体值。
2，LCD时钟选择
从上图可以清晰地看到，LCD模块的时钟由三个不同的时钟源提供，它们分别是XTAL_CLK、PLL_D2_CLK和PLL_F160M_CLK。LCD模块的时钟源选择模式是由寄存器LCD_CAM_LCD_CLOCK_REG中的LCD_CAM_LCD_CLK_SEL位决定的。最后，LCD_Clock Generator时钟生成模块负责生成LCD模块所需的时钟，即上图中的LCD_CLK。
下图是LCD时钟选择与计算框图。

图33.1.2.2 LCD时钟选择与计算框图
LCD_CLK 的频率 fLCD_CLK 与分频器时钟源频率 fLCD_CLK_S 间的关系如下：

其中，2

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