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L’interfaccia di visualizzazione RGB parallela spiegata

In questo articolo di Display 101 si parla del
parallelo digitale
RGB e di come i segnali di pilotaggio delle righe e delle colonne vengono generati dall’interfaccia digitale parallela RGB.

Principio di funzionamento del pannello TFT

Innanzitutto, introduciamo il principio di funzionamento di base di un pannello TFT.

Un display LCD è costituito da una serie di segmenti a cristalli liquidi. Il cristallo stesso non emette luce. In assenza di campo elettrico, i cristalli si organizzano in modo casuale. Quando viene applicato un campo elettrico, i cristalli si allineano al campo elettrico. La diversa intensità dei campi elettrici funziona come un “cancello” per far passare diverse intensità di retroilluminazione attraverso i cristalli. Se i cristalli sono allineati perpendicolarmente alla retroilluminazione, quest’ultima non può passare attraverso i cristalli. [1]

Dal punto di vista della struttura elettronica, un pannello LCD è costituito da una griglia di segnali elettrici. I pixel sono indirizzati da una matrice in cui ogni interazione appartiene a un pixel. Ogni pixel è collegato perpendicolarmente alla riga e alla colonna attraverso un transistor. Quando la riga e la colonna vengono selezionate da un controllore IC, il pixel rispondente all’interazione della riga e della colonna viene attivato o disattivato. [2]

RGB

Figura 1.1 La struttura elettronica di un pannello LCD [2]

Generare un colore specifico per un pixel

Come generare un colore specifico per un pixel? Ogni pixel è composto da 3 segmenti che passano singolarmente la luce attraverso un filtro rosso, verde e blu, per formare un pixel di colore RGB. Per un display TFT RGB 320*240, ci sono 960 (320*3) colonne e 240 righe.

RGB

Figura 1.2 La disposizione a matrice dei pixel di un pannello LCD RGB [2]

La maggior parte dei display LCD dispone di un’interfaccia RGB digitale parallela. Funziona tra il controller grafico come sorgente di segnale e l’ingresso del modulo di visualizzazione RGB.

L’interfaccia RGB gestisce l’invio delle informazioni sui dati dell’immagine (livello di grigio e colore) in tempo reale.

I dati dell’immagine vengono trasmessi digitalmente come “0” o “1” mediante livelli di tensione TTL. Per l’interfaccia RGB, ogni segnale ha una linea corrispondente. Di seguito sono riportati i collegamenti dei segnali dell’interfaccia di visualizzazione LCD RGB a 24 bit per pixel.

Figura 1.3 Un esempio di collegamento del segnale TFT (24bpp) tramite interfaccia parallela RGB [2]

Di cosa è fatta un’interfaccia RGB parallela?

L’interfaccia digitale parallela RGB è composta da di base segnali di temporizzazione: [3]

  • VSYNC (Vertical Sync for TFT) viene utilizzato per reimpostare un nuovo fotogramma.
  • HSYNC (Horizontal Sync for TFT) viene utilizzato per reimpostare la riga o la fila successiva dell’LCD.
  • D0….dXX (ogni bit ha una riga separata).
  • LCDCLK (clock LCD) viene utilizzato per sincronizzare i dati del livello di grigio.

Figura 1.4. I parametri di temporizzazione del frame e della linea di un interfaccia parallela RGB [2]

Tl sincronizzazione verticale VSYNC imposta l’inizio di un nuovo fotogramma. Non ci sono dati di immagine durante l’impulso di sincronizzazione VSYNC impulso di sincronizzazione che sono contrassegnati da VBP e VFP. [3]

Lo stesso principio si applica all’impulso di sincronizzazione HSYNC impulso, contrassegnati da HBP e HFP. L’impulso HSYNC è responsabile di una nuova riga. Tra due HSync devono essere trasmessi i dati di colore RGB a livello di grigio per una riga (linea). [4]

Poiché il display TFT può pilotare 3 segmenti (1 pixel) per orologio, la lunghezza di LCDCLK è determinata dal numero di colonne della risoluzione.

Per esempio, la risoluzione di un display TFT è 480*272, si assumono i seguenti parametri: [2]

Tempismo verticaleTemporizzazione orizzontale
VFP E VBP2 lineeH F P E HBP2 orologi
Larghezza VSYNC10 righeLarghezza HSYNC41 orologi
Periodo verticale272 righe
(risoluzione verticale = 272 pixel)
Periodo orizzontale480 orologi
(risoluzione orizzontale = 480 pixel)

In base alla Figura 1.3 possiamo ottenere:

  • Una singola linea richiede (2 + 2 + 41 + 480) orologi = 525 orologi/linea
  • Un fotogramma completo richiede (2 + 2 + 10 + 272) linee = 286 linee/frame
  • Un frame completo in orologi = 286 * 525 = 150150 orologi/frame

Per una velocità di clock di 7,83 MHzil display LCD RGB LCD si aggiornerebbe a 7,83M/150,15K = 52,1Hz


Riferimenti:

[1]: Come funziona il TFT.
https://www.tomshardware.com/reviews/tft-guide,114-4.html

[2]: Philips. “Introduzione alla grafica e alle tecnologie LCD”

[3]: Chen, Janglin, Wayne Crantone Mark Fihn, eds. Manuale di tecnologia dei display visivi. Berlino/Heidelberg, Germania: Springer, 2016.

[4]: Watkinson J, Rumsey F (2003) Capitolo 3: Trasmissione digitale, Capitolo 7: Interfacce video digitali. In: Manuale delle interfacce digitali. Focale, Burlingto