Oprócz parametrów, takich jak rozmiar, rozdzielczość lub jasność, przy wyborze wyświetlacza projektanci muszą również wziąć pod uwagę kwestię sterowania. Interfejs wyświetlacza stanowi ważny element, ponieważ odpowiada za przesyłanie danych (obrazów), które mają być wyświetlane na ekranie w jak najlepszej jakości. Z jednej strony wybór zależeć będzie od interfejsów oferowanych przez producentów paneli, z drugiej strony należy również wziąć pod uwagę parametry procesora sterującego.

Poniższy artykuł skupia się na czymś, co nazywa się potocznie „wewnętrznymi interfejsami”. Obejmują one bezpośrednie podłączenie wyświetlacza do procesora lub kontrolera, a w większości przypadków oba znajdują się w tej samej obudowie. Natomiast „interfejsy zewnętrzne” wymagają konwersji sygnału, w niektórych przypadkach z cyfrowego na analogowy i odwrotnie. Interfejsy te (VGA, Composite Video, S-Video, DVI, HDMI lub DisplayPort) można znaleźć w monitorach lub projektorach LCD podłączanych do komputera. Ich zaletą są zestandaryzowane porty (złącze, przyporządkowanie pinów), które pozwalają na łatwe połączenie przy użyciu dostępnych na rynku kabli.

Wracając do interfejsów wyświetlacza – poniżej znajduje się ich szczegółowa analiza pod względem zalet i wad:

I²C (ang. Inter-Integrated Circuit)

I²C został wynaleziony przez firmę Philips w 1982 roku, ale został wprowadzony na rynek przez konkurentów, na czele z firmami Motorola, NEC, TI, Intersil i Siemens.

Interfejs ten umożliwia pracę w trybie multi-master i multi-slave. Sygnał przesyłany jest szeregowo i niesymetrycznie. Umożliwia to prostą komunikację z komponentami peryferyjnymi, takimi jak pamięć EEPROM, konwertery AD/DA, a nawet klawiatury z mikrokontrolerem. System wymaga tylko 2 linii (SCL – zegar (ang. serial clock) i SDA – dane (serial data)), wykorzystuje protokół asynchroniczny i działa na krótkich odległościach na płytce drukowanej lub w urządzeniu. Interfejs ten jest stosowany w małych wyświetlaczach o niskiej rozdzielczości, ponieważ prędkość danych wymagana do przesyłania informacji o obrazie nie musi być tak wysoka. Są to zazwyczaj małe ekrany TFT o rozdzielczości do 320×240 pikseli, graficzne wyświetlacze LCD lub wyświetlacze PMOLED. I²C jest również jednym z najbardziej rozpowszechnionych interfejsów używanych do łączenia z pojemnościowymi czujnikami dotykowymi.

Zalety:

• Niskie zużycie energii,
• Niewrażliwość na zakłócenia,
• Proste użytkowanie i rozwiązywanie problemów,
• Przepustowość do 1 Mbit/s.

SPI (ang. Serial Peripheral Interface)

SPI, system magistrali opracowany przez Motorolę w 1987 roku, jest synchronicznym interfejsem szeregowym do wymiany danych między dwoma urządzeniami, takimi jak np. pamięć, czujniki, konwertery ADC lub zegary RTC. System działa dwukierunkowo w trybie full dupleks, tzn. dane są przesyłane jednocześnie w obu kierunkach. Urządzenie nadrzędne komunikuje się z niezależnymi od siebie urządzeniami podrzędnymi. Oznacza to, że dane mogą być przesyłane do wyświetlacza, ale nie odwrotnie. Niewielką wadą tego interfejsu jest wymagana liczba wyprowadzeń – każde urządzenie podrzędne potrzebuje własnego pinu wyboru chipa w urządzeniu nadrzędnym. SPI jest również stosowany w małych wyświetlaczach o niskiej rozdzielczości. Aby dopasować wyświetlacze o wyższej rozdzielczości do SPI, należy zapewnić dodatkowe komponenty (pamięć, kontroler) po stronie panelu, ponieważ szybkość interfejsu nie wystarcza do bezpośredniej transmisji obrazu. Dane muszą być buforowane na wyświetlaczu, zanim będą mogły zostać wyświetlone.

Zalety:

• Prosta implementacja
• Możliwość dłuższych połączeń
• Szybszy niż I²C
• Przepustowość do ok. 10 Mbit/s

MCU (ang. Microcontroller Unit)

Aby połączenie wyświetlacza było jak najprostsze przy jednoczesnym zwiększeniu prędkości transmisji danych, producenci zawsze stosowali interfejsy równoległe. Opracowany już w latach 70. interfejs był częścią pierwszych mikrokontrolerów. Magistrala danych o szerokości 8 (9) bitów lub 16 (18) bitów łączy wszystkie urządzenia peryferyjne mikroprocesora z jednostką CPU. Wyświetlacz może zostać łatwo zintegrowany z tą magistralą. W oparciu o dwie oryginalne technologie μC interfejsy MCU mogą działać w trybach kompatybilności z 8080 i 6800. Dzięki równoległemu przetwarzaniu danych i wynikającej z tego wyższej przepustowości możliwe jest sterowanie wyświetlaczami średniej wielkości i średnią głębią kolorów.

Zalety:

• Łatwa integracja z systemem,
• Nadaje się również do wyświetlaczy średniej wielkości,
• Przepustowość do ok. 120 Mbit/s.

RGB (ang. red, green, blue)

Interfejs RGB jest wyjątkowym przypadkiem interfejsu równoległego. Po stronie wyświetlacza nie jest wymagana pamięć wideo, a procesor jest całkowicie odpowiedzialny za sterowanie. Słowa danych o szerokości 6 lub 8 bitów są wysyłane dla każdego koloru (czerwony, zielony i niebieski). Pozwala to na udostępnienie znacznie większych ilości danych w krótkim czasie. Jego wadą jest jednak duża liczba linii, która wymaga droższych złączy i powoduje gorszą kompatybilność elektromagnetyczną. RGB jest szeroko stosowany w małych i średnich wyświetlaczach.

Zalety:

• Stosunkowo niskie koszty dzięki dojrzałej technologii,
• Wysoka wydajność,
• Przepustowość do 1,2 Gbit/s.

Niskonapięciowy sygnał różnicowy (ang. LVDS, Low-Voltage Differential Signalling)

LVDS został opracowany w 1994 roku i jest obecnie najczęściej stosowanym standardem interfejsu dla wyświetlaczy. Zapewnia wysoką przepustowość dla grafiki i filmów o wysokiej rozdzielczości dla wysokich częstotliwości odświeżania. 18-bitowa lub 24-bitowa informacja o kolorze jest konwertowana na szeregowy strumień danych, przesyłana z dużą prędkością (7-krotność częstotliwości oryginału), a następnie ponownie konwertowana do postaci pierwotnej. Interfejs działa z sygnałami różnicowymi, tj. dane są odczytywane przez odbiornik jako różnica między napięciami na dwóch liniach. Zmniejsza to poziom hałasu, poprawia kompatybilność elektromagnetyczną i utrzymuje niskie zużycie energii. Transmisja jest również odporna na zakłócenia zewnętrzne. Interfejs LVDS jest stosowany w średnich i dużych wyświetlaczach. Tam, gdzie rozdzielczość wymaga większej przepustowości (ma to miejsce przy około 1,5 miliona pikseli lub więcej), interfejs można łatwo rozszerzyć do dwóch (podwójny LVDS) lub czterech portów (poczwórny LVDS).

Zalety:

• Niskie zużycie energii,
• Bardzo dobra kompatybilność elektromagnetyczna,
• Mała liczba linii,
• Przepustowość do 3,125 Gb/s.

eDP (ang. embedded Display Port)

eDP to standard, który został zdefiniowany przez VESA (ang. Video Electronics Standards Association) w 2008 r. Używa osprzętu podobnego do LVDS, ale ma mniej par wyprowadzeń i większą prędkość. Podstawową ideą było obejście ograniczeń stwarzanych przez LVDS w dużych wyświetlaczach o wysokiej rozdzielczości. Jedną z pierwszych firm, które umieściły interfejs w swoich produktach był Intel – zaimplementował go w procesorze Bay Trail Atom i planuje w przyszłości obsługiwać tylko eDP. W praktyce interfejs jest zwykle spotykany w dużych panelach monitorów, chociaż nie jest szeroko stosowany w rozwiązaniach przemysłowych.

Zalety:

• Skalowalny,
• Łatwa integracja,
• Niskie koszty systemu,
• Przepustowość 1,62 Gb/s na linię.

MIPI DSI (ang. Mobile Industry Processor Interface – Display Serial Interface)

Organizacja MIPI Alliance stoi za całym szeregiem standardów dla urządzeń mobilnych. W związku z powszechnym stosowaniem telefonów komórkowych zaprojektowano również interfejs dla takich wyświetlaczy. Podobnie jak LVDS, DSI jest zbudowany jako interfejs różnicowy z 4 lub 8 parami wyprowadzeń, tzw. liniami i parą wyprowadzeń zegara. Wadą tego interfejsu jest złożony protokół i oprogramowanie sterownika. Ten ostatni obsługuje tryby wysokiej prędkości i oszczędzania energii, a także oferuje możliwość odczytywania danych z wyświetlacza z małą prędkością.

Obecnie tylko niewielka liczba wyświetlaczy korzystających z MIPI DSI jest dostępna dla zastosowań przemysłowych. Oferowane wyświetlacze to głównie te, które są przeznaczone na telefony komórkowe lub tablety, to znaczy wyświetlacze średniej wielkości (5”, 10,1”) o wysokiej rozdzielczości. Staje się jednak oczywiste, że zakres ten będzie stopniowo zwiększał się w przyszłości. Producenci tacy jak Qualcomm osadzili interfejs w swoich chipsetach i wierzą, że istnieje również rynek dla tego interfejsu wśród klientów przemysłowych. Ponadto konsorcjum MIPI zachęca do jego przyjęcia również w innych obszarach, np. w zastosowaniach motoryzacyjnych lub oznakowaniu cyfrowym.

Zalety:

• Niskie zużycie energii,
• Wysoka przepustowość danych,
• Mała interferencja elektromagnetyczna,
• Mała liczba wyprowadzeń,
• Przepustowość do 6/12 Gbit/s.

Vx1 (V-by-One)

W 2007 r. Thine Electronics również opracowało interfejs, który ma zastąpić LVDS w dużych wyświetlaczach. Zaletą Vx1 jest to, że pomimo podobnej struktury do LVDS, możliwe jest również zastosowanie niedrogich kabli miedzianych – skrętki (należy spełnić jedynie wymóg impedancji 100 Ω), a co zaskakujące, osiągalna prędkość transmisji jest jednak wyższa. Pomimo tej przewagi interfejs ten (jak dotąd) nie zdobył popularności.

Zalety:

• Możliwość użycia standardowych kabli,
• Brak konieczności dopasowania oprogramowania,
• Przepustowość do 4 Gbit/s.

Podczas wyboru odpowiedniego wyświetlacza, decyzja dotyczy nie tylko parametrów optycznych. Równie wielkiej uwagi wymaga wybór odpowiedniego interfejsu.

Po więcej informacji skontaktuj się z przedstawicielem sprzedaży w Polsce:

Paweł Pajda

Telefon: +48 12 4171083

e-mail: pawel.pajda@codico.com

bądź przez stronę kontaktową CODICO.