接触物联网，才发现串口屏只是冰山一角，I2C、SPI、EDP...谁才是未来的主流？

硬件笔记本

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大家好，我是王工。

物联网行业中，LCD显示屏的应用非常广泛，尤其是在智能家居、工业物联网、智能穿戴等领域。因为广泛应用，所以今天咱们来简要看看显示屏的接口，比如I2C、SPI、UART、RGB、LVDS、MIPI、EDP等，下面简要总结一下。

011

中小屏接口I2C、SPI、UART

一般3.5寸以下的小尺寸LCD屏，显示数据量比较少，普遍采用低速串口，如I2C、SPI、UART。

I2C：

I2C总线是半双工，两线。

I2C总线的工作速度分为3种：

S(标准模式)：100Kbps，即 100/8 = 12.5KB/s

F(快速模式)：400Kbps，即400/8 = 50KB/s

HS(高速模式)：3.4Mbps，即3.4M/8 = 435KB/s

超高速模式：5Mbit/s，即5M/8 = 525KB/s

SPI：

SPI总线是全双工，三线或四线制。

SPI没有官方化，速率不统一，根据器件不同传输速率不一，有几M，十几M的，也有几十M的，比I2C速度快。

UART：

无限制，速度取决于波特率，常用9600bps（1.2KB/s）和115200bps（14.4KB/s）。

021

大屏接口RGB、LVDS、MIPI、EDP

高分辨率屏，几乎都是高速串口的接口。主要是LVDS、MIPI-DSI和EDP接口。手机上都是MIPI接口的屏，车载和数码产品上有大量的LVDS接口的屏。

2.1、RGB接口

RGB一般是指RGB色彩模型(RGB color model)，是工业界的一种颜色标准。通过对三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。

a. Parallel RGB

分辨率：1920 * 1080

时钟频率：1920*1080*60*1.2 = 149MHz

b. Serial RGB

分辨率：800 * 480

时钟频率：800*3*480*60*1.2 = 83MHz

特点：

1、RGB接口占用的资源较多，所以这个接口的LCD刷新率非常快，软件控制也比较简单；

2、RGB接口的显示数据不需要写入内存进行处理，可以直接写入LCD进行显示，所以响应速度和刷新速度都比MCU接口快很多；

3、缺点是控制需要增加电路，软件初始化需要增加程序，占用资源较多；

4、时钟频率要设置合适。太快，LCD反应不过来，显示不了，太慢也不合适，这个范围可以根据你的刷新率需求和LCD的规格书（一般会有一个最少响应周期）来确定。

2.2、LVDS接口

LVDS（Low Voltage Differential Signal）即低电压差分信号。1994年由美国国家半导体（NS）公司为克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。它是一种电平标准，广泛应用于液晶屏接口。

其中发送端是一个3.5mA的电流源，产生的3.5mA的电流通过差分线中的一路到接收端。由于接收端对于直流表现为高阻，电流通过接收端的100Ω的匹配电阻产生350mV的电压，同时电流经过差分线的另一路流回发送端。当发送端进行状态变化时，通过改变流经100Ω电阻的电流方向产生有效的'0'和'1' 态。

它是电流驱动的，通过在接收端放置一个负载而得到电压，当电流正向流动，接收端输出为1，反之为0。

特点：

1、LVDS是电流驱动模式电压摆幅350mV，加载在100Ω电阻上；

2、传输速度快，推荐最大速率为655Mbps ，理论极限速率为1.923Gbps；

3、LVDS不太适合较长距离的信号传送；

4、LVDS接口只用于传输视频数据；

5、LVDS接口主要将RGB TTL非平衡传输信号转换成LVDS平衡传输信号进行传输。

6、LVDS不支持热插拔。

2.3、MIPI接口

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) 是2003年由ARM, Nokia, ST ,TI等公司成立的一个联盟，目的是把手机内部的接口如摄像头、显示屏接口、射频/基带接口等标准化，从而减少手机设计的复杂程度和增加设计灵活性。

MIPI联盟下面有不同的WorkGroup，分别定义了一系列的手机内部接口标准，比如

摄像头接口CSI（Camera Serial Interface）

显示接口DSI（Display Serial Interface）

射频接口DigRF

麦克风 /喇叭接口SLIMbus

接口示意图

特点：

1、MIPI不仅能够传输视频数据，还能传输控制指令；

2、MIPI DSI接口是按照特定的握手顺序和指令规则传输屏幕控制所需的视频数据和控制数据；

3、MIPI接口的模组，相较于并口具有速度快，传输数据量大，功耗低，抗干扰好。并且专门为移动设备进行的优化，因而更适合手机和智能平板的连接。

2.4、EDP接口

全称为Embedded DisplayPort，用于笔记本、平板电脑的一种数字接口。是视讯电子标准协会(VESA)针对行动装置应用。

特点：

1、eDP协议是针对DP应用在嵌入式方向架构和协议的拓展，所以eDP协议完全兼容DP协议；

2、eDP接口属内部接口，可以用做芯片与芯片之间的传输，也可用显示屏与驱动板之间的传输；

3、由于该类接口能够实现多数据高速同时传输，且电磁干扰小，目前正在逐渐取代传统的低电压差动讯号（LVDS）接口。

除了上面介绍的，还有一种大家很少听过的VB1接口，具有高带宽、抗干扰能力和简化布线的特点，使其成为大尺寸LCD的理想选择（主要在27~65寸）。

以上接口介绍了一些基本的概念，实际上每个接口相关的知识非常多，比如通信标准，协议规范，信号组成，初始化配置流程，只有更深入的了解，我们在遇到问题的时候才更进一步判断是什么原因引起，从而解决遇到的无显示、花屏、闪屏以及其它问题，大家先有所了解，后面遇到了相关的接口再深入去学习吧。

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HDMI点屏很简单？嵌入式老鸟笑而不语

大家好，我是王工。作为嵌入式工程师，我们每天都在和各种接口、协议打交道。这个领域涉及的知识点和细节实在太多，以至于大多数时候我们只能依赖参考设计快速实现功能，赶着样机交付。如果没有遇到问题，自然皆大欢喜，甚至会让人产生"这个接口很简单"的错觉。图源 | 时光之光就像最近一个同事说的："HDMI接口点屏很简单啊！"但当被问到细节时——比如最基本的HDMI握手过程——他却答不上来。这种情况很常见：因为没遇到过问题，所以也就没有深究过底层原理。今天，我们就来探讨一下HDMI接口的一些基础知识及握手过程。它能更好的帮助我们在调试时更快定位问题，也能让我们对这个看似"简单"的接口有更全面的认识。毕竟，在嵌入式开发中，越是觉得"简单"的地方，往往隐藏着最多的坑。011HDMI基础基础知识中，我这里只强调几个要点，有助于我们对于产品的设计。通过百度百科，可以简单的了解到HDMI接口的定义：图源 | 百度百科通过这个定义，我们只需要记住以下几个特点：HDMI 是数字信号HDMI可以传送未压缩的视频信号HDMI可以传送未压缩的音频信号支持热拔插功能HDMI接口目前主要有4个版本：1.4、2.0、2.1和最新的2.2。版本越高，带宽越高，就可以支持更高的分辨率和刷新率‌，同时HDMI接口具有向下兼容的特性。HDMI的接口类型包括图源 | 知乎Type A（标准）：19针，最常见（电视、电脑等）。Type B（Dual-link）：29针，不常见，数据传输能力强（专业显示器、摄像机等）。Type C（Mini）：便携设备（如相机、平板）。Type D（Micro）：超小型设备（部分手机）。Type E（车载）：带锁定机制，抗震动。可根据具体的应用场景来选型合适的接口。021HDMI接口引脚定义咱们常用的HDMI接口一般有19个引脚，Type B HDMI比较特殊，有29个引脚（实际应用中王工也没有见过）。以下是HDMI A接口咱们常用的原理图，19个针脚的具体定义就不一一列举了：图源 |日常原理图HDMI接口的引脚定义，咱们把它主要分为以下四类‌：‌①数据信号引脚‌1-9引脚用于数据传输，分为0、1、2三组，负责传输视频信号‌。每一组包含一对正、负差分信号和地，如：TMDS DATA0+/TMDS DATA0-/GND‌②时钟信号引脚‌10-12三个引脚用于传输TMDS时钟信号，用于同步视频和音频数据‌。只有一组包含一对正、负差分信号和地，如：TMDS DATA CLOCK+/TMDS DATA CLOCK-/GND‌③控制信号引脚‌‌CEC引脚‌：13引脚用于控制功能，如通过电视遥控器控制DVD播放。‌I2C引脚‌：15-16引脚用于DDC通信，主要用于EDID和HDCP的传输‌。‌Hotplug引脚‌：19引脚用于监测HDMI设备是否存在，实现热插拔功能‌。④电源和接地引脚‌‌5V电源引脚‌：18引脚提供5V电源‌。‌接地引脚‌：17引脚用于接地‌。关于这个原理图，大家可以看到HDMI接口的5V供电回路中串联了一个二极管，这一点咱们着重强调一下：这个二极管主要目的是为了防止电流倒灌。在HDMI连接中，我们一般只允许电流从 source 端流向 sink 端，而不能反向流动。如果连接到HDMI的设备（ sink 端）尝试供电给发送设备（ source 端），串联的二极管可以防止逆向流动的电流损坏发送设备的电路。此外，这种设计还有一个目的，用于保持HDMI接口电源电压的稳定。如果 sink 端设备尝试提供一个不同的电压，串联的二极管可以防止这个非标准电压影响到 source 端的敏感电路。这样，无论是电源供应问题还是连接错误，都可以通过二极管来保护设备不受损害。另外尽量选用漏电流较小的肖特基二极管。031HDMI握手过程HDMI握手是指Source端（信号源）和Sink端（显示设备）建立连接的过程，其目的是确保主机输出的画面能够正常显示在屏幕上。通过工作中的实际经验和一些比较好的参考资料，王工把HDMI的握手过程分为一下几点：①HPD热拔插检测当HDMI线缆物理连接时，Sink端的HPD引脚（Pin19）会拉高电压（通常至+5V），通知Source端设备已连接。这是HDMI正常通信的第一个步骤，当物理线缆建立物理连接后，如果你有两个屏，一直点亮的那个屏可以看到检测过程中有一个明显缩放的画面。②EDID读取很多人第一次接触HDMI可能不知道EDID是什么，它是显示器一种标准，通过DDC传输，可以提供显示器的详细信息，包括：制造商，尺寸，分辨率支持、色彩格式，基本参数......可能你还是不太清楚，你只需要知道，它的作用是为了能让主机更好的识别显示器属性，以显示出跟显示器适配的画面。这个读取过程主要是通过15-16的I2C引脚，一般在HDMI接口处我们也会预留一个EEPROM，方便信息的存储。③TMDS链路训练首先要知道TMDS链路训练的目的，主要是协商物理层参数，确保信号传输稳定性。这个过程比较复杂，包括时钟信号的同步，校准，均衡调整，通道对齐，这里就不细说了，感兴趣的同学可以看看如下两篇文章：https://blog.csdn.net/qq_40483920/article/details/108164292https://m.elecfans.com/article/1976734.html④视频/音频传输完成上述步骤后，Source端按EDID协商的参数，通过TMDS通道发送视频数据和音频数据。了解了HDMI的握手过程，有助于我们解决平时在产品开发中遇到的一些黑屏，无信号，分辨率显示异常或者无音频等问题。本文介绍了HDMI接口的基础知识，但实际应用中的注意事项远不止于此。例如，Layout设计、EMC设计、连接线选型等，都会直接影响项目的顺利推进。稍有不慎，就可能导致信号完整性下降、兼容性问题甚至项目延期。如果大家对HDMI相关的深入内容（如高速信号设计、EMC对策或线缆选型技巧）感兴趣，欢迎在评论区留言或提问。后续我们可以根据大家的反馈，展开更详细的专题讨论！声明：声明：原创文章，转载请注明出处。本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立，推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有，如有侵权，联系删除。来源：硬件笔记本

接触物联网，才发现串口屏只是冰山一角，I2C、SPI、EDP...谁才是未来的主流？

中小屏接口I2C、SPI、UART

大屏接口RGB、LVDS、MIPI、EDP

2.1、RGB接口

2.2、LVDS接口

它是电流驱动的，通过在接收端放置一个负载而得到电压，当电流正向流动，接收端输出为1，反之为0。

1、LVDS是电流驱动模式 电压摆幅350mV，加载在100Ω电阻上；

2、传输速度快，推荐最大速率为655Mbps ，理论极限速率为1.923Gbps；

3、LVDS不太适合较长距离的信号传送；

2.3、MIPI接口

2.4、EDP接口

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HDMI点屏很简单？嵌入式老鸟笑而不语

1、LVDS是电流驱动模式电压摆幅350mV，加载在100Ω电阻上；

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