顯示器
目前的產品越來越豐富，使用者體驗增強，嵌入的顯示器更新且更大，而老式的分段式顯示器正在被低彩和高彩顯示器取代。
本章將重點介紹在為嵌入式GUI產品選擇合適的顯示器時應考慮的一些注意事項。
顯示器的不同類型
Note
顯示器範例
由於每種顯示器的關鍵因素不同，因此選擇合適的顯示技術可能並不那麼容易。 下面一章將詳細介紹不同技術，也許能幫助您找到正確的方向。
每一種顯示器都包含像素行和像素列（它們的驅動方式可能不同），都具有內部和/或外部顯示控制器和影像緩衝RAM。 與其他技術相比，有些技術需要頻繁地更新每個像素，但由於只在GUI中發生變化時才更新，因此並沒有必要更新每個像素。
目前有大量不同的顯示技術。 下面將介紹一些最常用的顯示技術。
LCD-TFT
TFT是指薄膜電晶體，是LCD顯示器的一種變型，採用主動矩陣。 LCD-TFT有各種不同的解析度、尺寸、介面和價格區間等，被廣泛應用在嵌入式產品中。
TFT-LCD的一些變型包括TN和IPS面板。 以IPS TFT-LCD為例，STM32F769 DISCO和STM32H747 DISCO二者都採用800*480 MIPI-DSI TFT IPS LCD顯示器。 TFT-LCD TN顯示器的例子有STM32F746G DISCO和STM32H7B3I-DK。 兩種技術帶來不同畫質，有些差異可能源於顏色的呈現及視角，IPS面板通常是最好的。
LCD-TFT層次範例
MIP
MIP表示像素記憶體，它使用的像素技術只在螢幕圖像發生變化時才需要使用電源及資料。 MIP顯示器是一種低功耗顯示器，功耗小於全彩GUI。
ePaper/eInk
eInk顯示器是低彩顯示器，它是低功耗、寬視角和易讀型應用的理想選擇。 TouchGFX Implementer SDATAWAY示範了在STM32F412上執行TouchGFX應用的eInk顯示器，詳情見網址：https://www.touchgfx.com/cases/e-ink/
E-Ink
顯示器介面總覽
顯示器通過不同類型的介面連接到MCU。 顯示器介面的參數各不相同，下一節將介紹圖像相關參數，例如需要的引腳數和支援不同解析度的最大頻寬。
TouchGFX可使用任何顯示介面，STM32微控制器提供可連接Motorola 6800、Intel 8080、SPI、RGB-TFT和MIPI-DSI的各種顯示介面。
| 介面 | 引腳數量 | 目標解析度 | 最大頻寬 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|---|---|---|
| SPI | 4* | 最高480*272 | 16 MHz | 簡單硬體介面，比I2C快， | |
| 平行8080/6800 (FMC) | 8/16* | 最高480*272 | |||
| RGB-TFT (LTDC) | 8/18/24* | 最高1280*800 | 高性能，低成本 | 引腳數量多，平行通信可能導致EMC問題，可能需要更高時脈頻率 | |
| MIPI-DSI (LTDC) | 4/10 | 最高1280*800 | 80Mbps-1.5Gbps | 高性能，引腳數量少， | 複雜的協定和驅動程式 |
| LVDS** | 1366*768 | 低EMC/干擾，速度快 | 需要橋接 |
- 可能需要額外的引腳用於：觸控、電源、控制信號等。
- ** 連接LVDS顯示器時需要進行橋接。
亮度和背光
亮度單位通常使用坎德拉/m²。 背光是顯示器最耗電的部分。 在陽光下，顯示器需要約600 cd/M2的亮度。 較高的亮度通常會使溫度上升，從而縮短LED的使用壽命。
觀看位置和顏色反轉
在將顯示器嵌入產品時，必須預測並瞭解用戶可能處於的觀看位置。 一些顯示器在從特定位置觀看時，可能發生顏色反轉。 這意味著，想要將顯示器安裝在合適位置，並使用戶能夠在操作和體驗GUI的同時還能看到畫面設計師設計的正確顏色，並沒有那麼容易。
TN面板可能發生顏色反轉。 添加一層SWV膜有助於增大視角。
從不同觀看位置看到的顏色
顯示器使用壽命
使用壽命的定義是顯示器在25℃條件下降至一半亮度所經歷的時間。 如果產品的生命週期長，則必須考慮此參數。
像素密度
像素密度定義了每英寸或平方英寸顯示的像素數。 可根據最終使用者、環境和設計需求等因素選擇合適的像素密度。 具體來說，一部高階手機的2340x1080像素、6.1英寸螢幕的像素密度為每平方英寸178,500個像素，而常用的800x480像素、5英寸TFT顯示器的像素密度為每平方英寸34,816個像素。
低、中、高像素密度
一些標準解析度、顯示器尺寸和像素密度是用每平方英寸像素數（PPI2）來衡量的：
| QVGA 320*240 | 2.4” (27,777 PPI2) | 3.5” (13,061 PPI2) |
| WQVGA 480*272 | 4,3” (16,462 PPI2) | 5” (12,175 PPI2) |
| HVGA 480*320 | 3.5” (27,167 PPI2) | |
| VGA 640*480 | 5,7” (19,698 PPI2) | 6.4 (15,625 PPI2) |
| WVGA 800*480 | 4” (54,400 PPI2) | 5” (34,816 PPI2) |
| WSVGA 1024*600 | 7” (28,746 PPI2) | 10,1” (13,808 PPI2) |
就某些應用而言，除非觀看時與顯示器之間的距離非常近，否則，可能難以看出任何差異。 圖元密度範例：STM32F476DISCO為16,462 PPI2，STM32F769DISCO為54,400 PPI2。
某些情況下，上述範例中的不同圖元密度可能會影響動態色域和反鋸齒效果：
動態色域
動態色域是指兩種對比色（如黑色和白色）之比。 在上面的範例中，藍色和白色包含不同層次的白色和藍色。 圖像左側的像素密度較低，而圖像右側為了顯示所有顏色，包含的像素更多，因此不同顏色與邊緣之間更加平滑。
反鋸齒
當像素密度過低時，可能產生階梯效應。 在應用中使用反鋸齒技術可使圖像中的這些階梯邊緣變得平滑。 可以看到，前兩個藍色圓圈顯示出階梯效應，這是因為像素密度不允許顯示器顯示足夠多的像素，以致沒有足夠高的色域來實現足夠高的反鋸齒效果。
反鋸齒
環境
在決定使用哪種顯示器時，必須考慮環境因素。 因此請思考以下問題：
- 顯示器是否受到陽光直射？
- 是否在需要抗衝擊的惡劣環境？
- 操作員是否會戴手套操作？
- 是否需要防止惡意破壞？
- 是否只需通過物理按鈕操作？
回答這些問題將有助於您更好地理解要選擇哪種觸控技術，甚至是否需要觸控。
Note
觸控/非觸控顯示器
目前市場上有不同的觸控技術，例如：電阻式、電容式（表面、投影）、SAW觸控和紅外觸控。 本節將只介紹其中的某些技術：
電容式觸控
這是最流行的觸控技術之一。 它有兩種感應技術：
- 自容式用於單指觸控
- 互容式允許多指觸控，但暴露在水中或潮濕環境中時會面臨困難（TouchGFX不支持多指觸控）。
大多數STM32 DISCO板使用電容式觸控，如STM32H7B3I DISCO、STM32H750 DISCO和STM32F746G DISCO。
電阻式觸控
電阻式觸控是一種通過機械壓力啟動的簡單技術，只需要ADC或簡單的觸摸控制器。 由於技術成熟，價格通常較低。 電阻式觸控有較佳的表面的防刮擦和防撕裂保護，但防止惡意破壞的能力較差。 此外，在陽光下的可讀性較低。 STM32F429 DISCO板使用電阻式觸控，具有TouchGFX應用。
非觸控
一般情況下，如果通過按鈕控制GUI，且只需顯示影像/影片，或通過另一個設備進行外部控制時，是否為產品添加觸控功能將無關緊要。 不為顯示器增加觸控層可以降低顯示器價格。
具有RAM的顯示器
採用Motorla 6800、Intel 8080、SPI或MIPI-DSI介面的顯示器通常內置RAM（GRAM），其大小為1個完整的影像緩衝。 這些類型的顯示器可通過SPI、FMC或DSI主機（LTDC）連接到MCU。 顯示器RAM需要另一個外部RAM（幀緩衝），它可以位於MCU中或外部RAM中。
MIPI-DSI顯示器
在某些情況下，不需要外部RAM（MCU以外）來存儲幀緩衝，因此使用MCU中可用的內部RAM。 如果MCU RAM小於1個完整的影像緩衝，則可以使用TouchGFX部分影像緩衝特性，這樣可使影像緩衝的空間占用量維持在極低水準。
Further reading
SPI 顯示器
非正方形像素/像素寬高比
最常見的像素形狀是正方形，但某些顯示器使用非正方形像素。 像素寬高比是像素寬度與像素高度之比。 因此，像素寬度和高度均為100的正方形像素的寬高比為1/1。 非正方形圖元則有不同的圖元寬高比。 如果畫面設計師不考慮這一點，則顯示的點陣圖可能被拉伸，如下圖所示。
被拉伸的點陣圖
表面蓋板
由於顯示器是嵌入式圖形化使用者介面產品的表層，增加表面蓋板可以改善外觀和觸感。 表面蓋板可以改善設計效果、抗刮擦性、抗衝擊性和顏色等。