Interfaces courantes dans les modules d'affichage LCD : SPI, parallèle MCU, RGB/TTL, LVDS, MIPI DSI, eDP, USB-C, I²C, UART

Qu'est-ce qu'une interface LCD ?

Un interface est la manière dont deux composants électroniques, comme un microcontrôleur et un écran LCD, se connectent physiquement et partagent des données. Il définit les fils, les tensions et les règles de synchronisation, mais il n'y a pas d'autre solution. pas ce que ces parties se disent (c'est le protocole).

Pensez-y de la manière suivante :

• Interface = la table et les ustensiles
• Protocole = la recette et les bonnes manières à table

Dans les systèmes embarqués, nous choisissons souvent une interface (SPI, I²C, LVDS, etc.) en premier lieu, puis nous appliquons le bon protocole (par exemple, Display Command Set ou DCS pour MIPI, ou les commandes SSD1306).

Dans cet article, nous allons explorer les Interfaces LCDLes résultats de l'étude sont présentés en détail, expliquent où ils brillent et montrent comment les mettre en œuvre rapidement. les identifier sans autres outils.

Aperçu des types d'interfaces LCD

Interface SPI pour petits écrans

SPI (Serial Peripheral Interface) est la solution idéale pour les petits écrans (moins de 3,5″), grâce à sa simplicité : il suffit de 4 à 8 lignes (CLK, MOSI, MISO, CS, éventuellement D/C et Reset). Avec les quatre voies de données du QSPI, vous obtenez un débit plus rapide, même s'il reste limité à environ 50 Mbps. Pour un thermostat intelligent qui met à jour son écran 5 à 10 fois par seconde, SPI est suffisamment rapide, très peu gourmand en broches, peu sensible aux interférences électromagnétiques et peu onéreux.

• Fils nécessaires: SCLK, MOSI, CS, D/Cplus, en option MISO, RESET, BL
• Vitesses typiques: 10-50 Mbps (certains supportent Quad-SPI)
• Idéal pourmodules TFT de 2,8″ (comme ceux basés sur l'ILI9341) ou SPI-LCD "intelligents" : modules TFT de 2,8″ (comme ceux basés sur l'ILI9341) ou SPI-LCD "intelligents

Exemple de câblage (esp8266 ou STM32) :

SCLK → SPI SCLK
MOSI → SPI MOSI
CS → sélection de puce
D/C → distinction données/commandes
RESET → réinitialisation optionnelle
BL → rétroéclairage par PWM
VCC, GND → alimentation  

Vous chargerez souvent des bibliothèques (par exemple, Adafruit_GFX) pour dessiner des graphiques après l'initialisation.

I²C - Connexion de contrôle à basse vitesse

I²C est un bus à deux fils (SDA + SCL) idéal pour les contrôleurs tactiles ou les commandes d'affichage simples. Bien que plus lent (jusqu'à 400 kbps), il est parfait lorsque vous n'avez besoin que d'une configuration ou de mises à jour occasionnelles des données, comme le réglage du rétroéclairage, l'interrogation de l'état du toucher ou le réglage des palettes de couleurs. Il est standard sur les écrans tactiles intégrés et fonctionne bien lorsque vous souhaitez un câblage minimal et une faible consommation d'énergie, I²C est parfait pour les tâches à faible bande passante :

• Deux lignes seulement : SCL (horloge), SDA (données)
• Vitesses : 100 kHz (standard) à ~3 Mbps (mode HS)
• Utilisations : Contrôleurs d'écrans tactiles (par exemple FT5406), luminosité des panneaux LVDS, EEPROM

L'I²C étant lent, il n'est jamais utilisé pour les mises à jour d'images complètes, mais il est très utile pour transmettre des signaux de contrôle de manière propre et avec peu de broches.

UART & RS-232 - Communication série simple

UART est universel, simple et asynchrone, ne nécessitant que TX et RX (plus la masse). De nombreux modules intelligents intègrent un petit MCU qui permet de contrôler les graphiques par des commandes textuelles. Idéaux pour les prototypes, les distributeurs automatiques ou les IHM de base, ces modules gèrent les polices de caractères, les icônes et parfois le tactile sans trop de codage ou de surcharge sur la carte. UART (ou RS-232 dans les équipements industriels) est pratique :

• Agir en tant que "console de commande" pour les écrans intelligents (par exemple, Nextion ou Riverdi)
• Sortie de journalisation ou de débogage du dispositif
• Transmission de commandes textuelles/graphiques à des écrans dotés de processeurs internes

Le câblage est simple : TX, RX, VCCet GND. Il suffit de faire correspondre le débit en bauds - généralement 115200 ou 9600.

Interface RVB / TTL - Parallèle, prévisible et populaire dans les systèmes d'entrée de gamme

RGB/TTL utilise de larges bus parallèles (données 24 bits + lignes de synchronisation) pour offrir une latence extrêmement faible, parfaite pour la vidéo en temps réel ou les superpositions de caméras. Il n'y a pas de circuit intégré de contrôle, et la synchronisation est précise, mais elle nécessite des tonnes de traces sur le circuit imprimé et est difficile à utiliser dans les environnements soumis à des interférences électromagnétiques. Il fonctionne bien lorsque la vitesse est plus importante que la complexité de la carte, comme les stations de prévisualisation industrielles ou les moniteurs de vidéosurveillance embarqués. Interface RGBsouvent appelé TTL (logique transistor-transistor)est l'une des premières connexions d'affichage utilisées dans les systèmes embarqués. Elle transmet les données de couleur des pixels en parallèle - généralement 16 bits ou 24 bits RGB - synchronisées par des signaux de contrôle tels que HSYNC, VSYNCet DE.

Bases techniques

• Profondeur des couleurs: RGB565 (16 bits), RGB888 (24 bits)
• Fils: R[5-8], G[5-8], B[5-8], PCLK, HSYNC, VSYNC, DE
• Soutien à la résolution: Jusqu'à 1024×768 @ 60Hz
• Horloge: 10-50 MHz pour les basses résolutions, 60+ MHz pour 800×480 ou plus.

Comment ça marche

Les données de couleur de chaque pixel sont envoyées sur plusieurs lignes à la fois. Une horloge de pixel (PCLK) fait tic-tac avec chaque pixel. La synchronisation est gérée par :

• HSYNC - indique la fin d'une ligne
• VSYNC - indique la fin d'une trame
• DE (Validation des données) - élevé lors de la transmission d'une vidéo active

Là où le RVB est encore utilisé

• Systèmes IHM basés sur le STM32 (utilisant le FSMC)
• Contrôleurs industriels de milieu de gamme
• Petits écrans TFT (3,5″ à 7″) sans interfaces avancées
• Écrans sans framebuffer intégré

Limites

• Pas de signalisation différentielle → plus d'EMI (interférences électromagnétiques)
• Beaucoup de fils → Les 20 broches et plus compliquent l'agencement des circuits imprimés
• Ne convient pas pour des longueurs de câble >15-20cm

LVDS - Série haute vitesse de qualité industrielle

Le LVDS est un cheval de bataille dans les environnements industriels et automobiles. Utilisant la signalisation différentielle, il est robuste sur des câbles de 1 à 5 m et résistant aux interférences électromagnétiques. Vous devrez acheminer 4 paires, contrôler l'impédance et choisir des connecteurs de haute qualité, mais vous obtiendrez une image fiable et stable, même dans des conditions bruyantes. Il est idéal pour les tableaux de bord, les kiosques et les IHM d'usine. LVDS (signalisation différentielle à basse tension) est une interface robuste largement utilisée dans les industriel, médicalet automobile affichent.

Au lieu d'envoyer chaque bit sur son propre fil comme dans le cas du RVB, le LVDS utilise paires différentielles pour transmettre des données série à grande vitesse. Cela permet d'allonger la longueur des câbles et de réduire le bruit.

Détails techniques

• Soutien à la résolution: 800×480 → 1920×1080
• Épingles: Typiquement 4-8 paires de données + horloge
• EMI: Excellente résistance grâce à la signalisation différentielle
• Longueur du câble: Jusqu'à 2 mètres

Conseils de mise en page et de conception

• Maintenir les paires différentielles appariées à ±5 mil
• Maintenir une impédance de 100 Ω
• Isoler des traces bruyantes (par exemple, les alimentations, le PWM du MCU)

MIPI DSI - Vitesse et simplicité dans les systèmes mobiles

Conçu pour les appareils mobiles et compacts intégrés, le MIPI DSI offre une vitesse élevée sur seulement 4 voies différentielles. Il convient aux écrans Android modernes, aux tablettes et aux écrans tactiles médicaux. Mais elle exige de la précision : des voies dont la longueur est adaptée, une prise en charge des pilotes et un micrologiciel compatible avec le SoC. Le résultat ? Des écrans élégants, minces et peu gourmands en énergie, avec des taux de rafraîchissement rapides et une large bande passante. MIPI DSI (interface série d'affichage) est l'interface d'affichage interne la plus courante dans les smartphones, les tablettes et certaines cartes Linux embarquées.

Il transmet les données d'image à des vitesses de l'ordre du gigabit en utilisant paires différentielles à faible nombre de broches. Il prend en charge deux modes :

• LP (Low Power) - pour les commandes
• HS (High Speed) - pour les données vidéo

Faits saillants techniques

• Voies de données: 1-4 (ou 8 en double canal)
• Vitesse: 1-6 Gbps au total
• Contrôleur: Fait souvent partie du SoC (par exemple, RK3568, iMX8M)
• Calendrier: Alignement strict des voies, séquence de commande DCS

Cas d'utilisation

• Appareils Android/Linux embarqués
• Écrans intelligents et outils médicaux portables
• Tableaux de bord pour l'industrie automobile

Défis

• Nécessite un SoC compatible
• Complexe à déboguer (nécessite un analyseur logique ou un pont DSI)
• Souvent associé à I²C ou SPI pour l'entrée tactile

eDP - Embedded DisplayPort pour les systèmes x86

L'eDP est essentiellement le grand frère du LVDS, conçu pour les ordinateurs portables et les PC à écran tactile. Il prend en charge les résolutions élevées (jusqu'à 4K+), utilise la signalisation différentielle, inclut des fonctions de branchement à chaud et de rafraîchissement automatique, et s'adresse aux plates-formes Linux x86 et ARM. Il est plus onéreux et nécessite une disposition minutieuse des cartes, mais si vous construisez des PC haut de gamme ou industriels, l'eDP est un choix judicieux. eDP (Embedded DisplayPort) est courante dans les ordinateurs portables modernes et les PC industriels haut de gamme.

Basé sur DisplayPort, eDP est conçu pour connexions du panneau interne et les soutiens :

• Résolutions plus élevées (2K-4K)
• Faible EMI
• Touches, rétroéclairage et contrôle sur un seul câble

Paramètres techniques

• Taux de liaison: HBR (1,62 Gbps) à HBR3 (8,1 Gbps)
• Canal auxiliaire pour les commandes et la configuration
• Auto-rafraîchissement du groupe (PSR) pour des économies d'énergie

HDMI - Plug-and-Play pour les écrans multimédias

HDMI (interface multimédia haute définition) est l'interface la plus utilisée dans l'électronique grand public et les kits de développement. Elle transmet à la fois la vidéo et l'audio sur un seul câble.

• Largeur de bande: Jusqu'à 18 Gbps (HDMI 2.0), 48 Gbps (HDMI 2.1)
• Types de connecteurs: Plein format (A), Mini, Micro
• Dispositifs communs: Raspberry Pi, boîtiers Android, SBCs

Pour :

• Facile à connecter et largement supporté
• Transmission simultanée de l'audio et de la vidéo
• Parfait pour les installations d'affichage externe plug-and-play

Cons :

• Consommation électrique plus élevée
• Nécessite souvent un convertisseur (puce de pont) pour se connecter aux écrans LCD internes (LVDS, MIPI).

DisplayPort - Interface Pro haute résolution

DisplayPort (DP) est une interface d'affichage de qualité professionnelle qui prend en charge des résolutions et des taux de rafraîchissement plus élevés que le HDMI.

• Largeur de bande: Jusqu'à 32,4 Gbps (HBR3)
• Caractéristiques: Transport de flux multiples (MST) pour l'enchaînement d'écrans en guirlande
• Cas d'utilisation: Postes de travail CAO, moniteurs médicaux, systèmes multi-écrans

Pour :

• Prise en charge des résolutions 4K, 5K et 8K
• Meilleur pour les applications à taux de rafraîchissement élevé ou à couleur critique
• Compatible avec les adaptateurs HDMI ou DVI

Cons :

• Moins fréquente sur les cartes embarquées
• Nécessite un contrôleur ou un SoC compatible

USB-C avec Display Alt Mode - Le connecteur tout-en-un

L'USB-C peut transporter de la vidéo (DisplayPort Alt Mode), des données USB normales et de l'énergie, le tout dans un seul connecteur réversible. C'est fantastique pour les moniteurs portables ou les systèmes intégrés. Mais les deux appareils doivent prendre en charge le mode Alt, et la conception exige des règles d'alimentation, l'intégrité du signal et la conformité aux spécifications USB. Cependant, lorsqu'il est bien conçu, il s'agit de l'étalon-or de la simplicité et de la facilité d'utilisation. USB-C est rapidement devenu la norme pour les appareils modernes, capable de transporter des données, de la vidéo et de l'électricité dans un seul connecteur réversible.

• Soutien: USB 3.1/3.2, DisplayPort Alt Mode, Power Delivery (PD)
• Largeur de bande: Jusqu'à 40 Gbps (USB4 / Thunderbolt 4)
• Applications: Moniteurs portables, stations d'accueil USB, ordinateurs portables

Pour :

• Transporte la vidéo, l'alimentation et les données sur un seul câble
• Chargement jusqu'à 100 W
• Compact et réversible

Cons :

• La compatibilité avec le mode Alt doit être assurée à la fois par l'hôte et par l'écran.
• La qualité des câbles et des accessoires varie - l'importance de la certification

Comment identifier rapidement une interface LCD

Pouvoir identifier le type d'interface LCD avec lequel vous travaillez est essentiel pour l'intégration et le débogage.

🔍 Indices physiques

Choisir la bonne interface pour votre projet

Le choix de la bonne interface pour votre projet dépend de la taille, des performances, des ressources du MCU/SBC et de l'environnement.

Tableau de comparaison des interfaces LCD