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物聯網系列:彩色顯示介紹(2.4~3.2”TFT 基本篇)

物聯網系列是作者希望透過本專欄的介紹,讓讀者可以了解更多物聯網(Internet of Thing:IOT)相關的技術,期望在往後專欄之中,可以實作出更多物聯網(Internet of Thing:IOT)的產品或實驗,讓讀者可以在物聯網(Internet of Thing:IOT)領域之中,學習到更多的技術與思維,本專欄主要是以兩個構面進行,第一個是介紹物聯網的開發板、感測器、相關技術介紹、未來趨勢介紹為主;第二個是應用上述的感測器技術、未來需求與趨勢來實作物聯網的產品或概念產品

隨著數位化技術的推進,電子數位應用產品為人類生活帶來極佳的便利性與樂趣,而所有數位產品皆需要顯示介面來呈現內容,因此,顯示模組已成為產業的關注焦點,不同的顯模組技術在其中角逐,全球相關廠商也投注資源開發顯模組技之新技術、新應用,並為提昇人類視覺享受而努力。其中,TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,薄膜電晶體液晶顯示器)產品具有輕、薄、省能源、低幅射之優點,已被視為主流顯示技術。

本篇主要介紹常用於隨身裝置:如健康智慧手環、隨身 3C 產品:如 MP3 隨身聽等商業產品常用的顯示螢幕:薄膜電晶體液晶顯示器(Thin film transistor liquid crystal display:TFT-LCD),主要的特性是高亮度、操控簡單方便、顏色色彩多,高解析、體積小等特性,所以本文介紹薄膜電晶體液晶顯示模組(Thin film transistor liquid crystal display:TFT-LCD)。

薄膜電晶體液晶顯示器

薄膜電晶體液晶顯示器(英語:Thin film transistor liquid crystal display,一般簡稱為TFT-LCD)是多數液晶顯示器的一種,它使用薄膜電晶體技術改善影像品質。雖然 TFT-LCD 被統稱為 LCD,不過它是種主動式矩陣 LCD,被應用在電視、平面顯示器及投影機上。

簡單說,TFT-LCD 面板可視為兩片玻璃基板中間夾著一層液晶,上層的玻璃基板是與彩色濾光片、而下層的玻璃則有電晶體鑲嵌於上。當電流通過電晶體產生電場變化,造成液晶分子偏轉,藉以改變光線的偏極性,再利用偏光片決定畫素的明暗狀態。上層玻璃因與彩色濾光片貼合,形成每個畫素各包含紅藍綠三顏色,這些發出紅藍綠色彩光線的畫素,便形成了面板上的影像畫面。

薄膜電晶體-液晶顯示器(TFT-LCD)的面板基本架構如下圖所示:

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(圖 1)薄膜電晶體-液晶顯示器(TFT-LCD)的面板基本架構圖(參考資料:http://sbh770803.blogspot.tw/2013_03_01_archive.html、http://kunya-sh.com/jishu/20141205/14.html )

簡單的講,它是一個以電信號控制的光開關裝置。液晶介於兩片透明導電之銦錫氧化(ITO)電極之間,經由加在銦錫氧化物(ITO)電極上的電壓高低可以控制不同的液晶排列方向(如下圖所示),而液晶的排列方向與光線的穿透量有關,進而造成畫素的亮暗程度不同,這就是灰階的控制原理(顏色則是由彩色濾光片產生)。此畫素的灰階是由資料驅動器(Data driver)所能提供的分電壓數目決定。

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(圖 2)液晶基本光電特性(參考資料:http://sbh770803.blogspot.tw/2013_03_01_archive.html、http://kunya-sh.com/jishu/20141205/14.html)

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(圖 3)TFT 2.4”板

如上圖所示,其實薄膜電晶體液晶顯示模組(Thin film transistor liquid crystal display:TFT-LCD)驅動方式非常簡單,下列為常見 TFT 2.4” 板的規格:

TFT 2.4” 板的規格

  • 螢幕尺寸  :  2.4 inch
  • 解析度  :  240 x 320
  • 色彩數r   :  65k
  • 驅動方法  : SPI
  • 控制介面  : 8080 8 data bit with 4 control bits
  • 觸控面板  : 4 線電阻式觸控面板

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(表 1)TFT 2.4” 板常見接腳表

作者乃是透過 ICSHOP 官網購買 2.4 “& 2.8”TFT 顯示模組,也可以到淘寶網「都會明武電子」購買 2.4 吋 TFT 液晶屏觸控式螢幕彩屏模組,本文範例乃採用此塊 2.4“TFT顯示模組進行介紹。

讀者可以參考 Adafruit 公司官網 Adafruit 2.4″ TFT LCD with Touchscreen Breakout w/MicroSD Socket 示之 2.4“TFT 顯示模組連接電路圖,對於 I2C 之腳位不太明瞭的,也可以參考下表之腳位說明,進行電路組立。

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(圖 4)24“TFT 顯示器連接電路圖 (參考資料:Adafruit 2.4″ TFT LCD with Touchscreen Breakout w/MicroSD Socket – ILI9341(https://learn.adafruit.com/assets/25676)

讀者可以參考上圖所示之 TFT 顯示器連接電路圖,也可以參考下表之腳位說明,進行電路組立。

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2.4“TFT 顯示模組如下表所示,請讀者鍵入 Stetch IDE 軟體,編譯完成後上傳到開發版進行測試。本程式需要用到兩個函式庫,Adafruit_TFTLCD.h 請到這裡下載,Adafruit_GFX.h 請到這裡下載。

(表 3)24“TFT 顯示模組測試程式一:

程式碼請點:https://gist.github.com/anonymous/f7465b710a1750644016e88ca4ba3868

程式下載網址:https://github.com/brucetsao/makerdiwo/tree/master/201607

讀者也可以在作者 YouTube 頻道看到本次實驗 24“TFT 顯示模組測試程式一結果畫面。如下圖所示,我們可以看到 Arduino 在 24“TFT 顯示模組畫面上顯示圖片情形。

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(圖 5)24“TFT 顯示模組測試程式一結果畫面

本文為『物聯網系列』系列第二篇:物聯網系列:彩色顯示介紹(2.4~3.2”TFT 基本篇),主要是介紹物聯網產品開發時,常用的彩色顯示介面:薄膜電晶體液晶顯示器(Thin film transistor liquid crystal display:TFT-LCD),主要的特性是高亮度、操控簡單方便、顏色色彩多,高解析、體積小等特性,所以當為『物聯網系列』系列第二篇。

本專欄:物聯網系列,主要是透過本專欄的介紹,讓讀者進入物聯網領域(Internet of Thing:IOT)更多相關的使用、開發、設計等技術,期望在往後專欄之中,可以實作出更多物聯網的產品或實驗,後續筆者還會繼續發表『物聯網系列』系列的文章,在未來我們可以創造出更優質,更具未來性之物聯網(Internet of Thing:IOT)產品開發相關技術。

參考文獻:

  • 曹永忠. (2016a). AMEBA透過網路校時RTC時鐘模組. 智慧家庭.  Retrieved from http://makerpro.cc/2016/03/using-ameba-to-develop-a-timing-controlling-device-via-internet/
  • 曹永忠. (2016b). 用RTC時鐘模組驅動Ameba時間功能. 智慧家庭.  Retrieved from http://makerpro.cc/2016/03/drive-ameba-time-function-by-rtc-module/
  • 曹永忠. (2016c). 如何設計網路計時器:元件設計篇. 智慧家庭.  Retrieved from http://www.techbang.com/posts/43326-how-to-design-a-network-timer-component-design-review
  • 曹永忠. (2016d). 物聯網系列:彩色顯示介紹(OLED LCD篇). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/1102
  • 曹永忠. (2016e). 智慧家庭:PM2.5 空氣感測器(感測器篇). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/695
  • 曹永忠. (2016f). 智慧家庭:PM2.5空氣感測器(上網篇:啟動網路校時功能). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/982
  • 曹永忠. (2016g). 智慧家庭:PM2.5空氣感測器(上網篇:連上MQTT). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/987
  • 曹永忠. (2016h). 智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝上篇). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/749
  • 曹永忠. (2016i). 智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝下篇). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/772
  • 曹永忠. (2016j). 智慧家庭:PM2.5空氣感測器(電路設計上篇). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/817
  • 曹永忠. (2016k). 智慧家庭:PM2.5空氣感測器(電路設計下篇). 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/870
  • 曹永忠. (2016l). 智慧家庭:如何安裝各類感測器的函式庫. 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/651
  • 曹永忠. (2016m). 智慧家庭:顯示字幕的技術. 智慧家庭.  Retrieved from http:https://vmaker.tw/project/view/571
  • 曹永忠. (2016n). 智慧家庭:顯示字幕的技術. 智慧家庭.  Retrieved from https://makerdiwo.com/archives/7022
  • 曹永忠. (2016o). 智慧家庭實作:ARDUINO 永遠的時間靈魂-RTC時鐘模組. 智慧家庭.  Retrieved from http://www.techbang.com/posts/40838
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015a). Ameba 空气粒子感测装置设计与开发(MQTT篇):Using Ameba to Develop a PM 2.5 Monitoring Device to MQTT (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015b). Ameba 空氣粒子感測裝置設計與開發(MQTT篇)):Using Ameba to Develop a PM 2.5 Monitoring Device to MQTT (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015c). Arduino智慧电力监控(监控篇):Using Arduino to Develop a Monitoring Device of Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥玛数位有限公司.
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015d). Arduino智慧電力監控(監控篇):Using Arduino to Develop a Monitoring Device of Power-Socket (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015e). LinkIt智能电力监控(网络篇):Using LinkIt ONE to Develop an IOT-based Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015f). LinkIt智慧電力監控(網路篇)):Using LinkIt ONE to Develop an IOT-based Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015g). 如何當一個專業的MAKER:改寫程式為使用函式庫的語法.   Retrieved from http://www.techbang.com/posts/39932-how-to-be-a-professional-maker-rewrite-the-program-to-use-the-library-syntax
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015h). 家居生活的好保全:讓ARDUINO替您看顧您的房子.   Retrieved from http://makerdiwo.com/archives/3653
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015i). 家居生活的好夥伴:讓ARDUINO照顧您的眼睛.   Retrieved from http://makerdiwo.com/archives/2920
  • 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015j). 智慧家庭:健康體重的核心技術. 智慧家庭.  Retrieved from https://makerdiwo.com/archives/6838
  • 曹永忠, 蔡佳軒, 許智誠, & 蔡英德. (2015a). Arduino智慧电力监控(手机篇):Using Arduino to Develop an Advanced Monitoring Device of the Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
  • 曹永忠, 蔡佳軒, 許智誠, & 蔡英德. (2015b). Arduino智慧電力監控(手機篇):Using Arduino to Develop an Advanced Monitoring Device of the Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

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曹永忠

曹永忠 (Yung-Chung Tsao) ,目前為自由作家暨專業Maker,專研於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計,商品攝影及人像攝影。長期投入創客運動、資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、新產品開發管理、商品及人像攝影等領域,並持續發表作品及相關專業著作。 Email:prgbruce@gmail.com Line ID:dr.brucetsao 作者網站:https://www.cs.pu.edu.tw/~yctsao/ 臉書社群(Arduino.Taiwan):https://www.facebook.com/groups/Arduino.Taiwan/ Github網站:https://github.com/brucetsao/ Youtube:https://www.youtube.com/channel/UCcYG2yY_u0m1aotcA4hrRgQ