Bài tập nhóm về Thiết bị ngoại vi và so sánh màn hình LCD, TFT, OLED môn Thiết bị ngoại vi và ghép nổi | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

THIẾT BỊ NGOẠI VI 1. Màn hình LCD 16x2
1.1. Giới thiệu
Màn hình LCD 1602 sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng
với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ dàng sử dụng.
nguyên tắc hiển thị tinh thể lỏng là sử dụng các tính chất vật lý của tinh thể
lỏng, thông qua điều khiển điện áp của khu vực hiển thị của nó, có điện để hiển thị,
để bạn có thể hiển thị đồ họa.
1.2. Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động là 5V.
Kích thước: 80 x 36 x 12.5mm
Chữ trắng, nền xanh dương
Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật.
Có 2 cách giao tiếp chính:
Giao tiếp song song (4-bit hoặc 8_bit) (4bit khi muốn tiết kiệm module I2C)
Giao tiếp I2C (dùng module PCF8574) (Để tiết kiệm chân kết nối)
1.3. Sơ đồ chân Chân Ký hiệu Mô tả Giá trị 1 VSS Nối GND 0V 2 VDD Nối nguồn 5V 5V 3 V0 Điều chỉnh độ tương phản (dùng biến trở 10kΩ) 4 RS
Lựa chọn thanh ghi RS=0 (mức thấp) chọn thanh ghi lệnh
RS=1 (mức cao) chọn thanh ghi dữ liệu 5 R/W Chọn thanh ghi R/W=0 thanh ghi viết đọc/viết dữ liệu R/W=1 thanh ghi đọc 6 E Chân kích xung để LCD nhận lệnh 7 D0 Chân truyền dữ 8 bit: D0 - D7 liệu 8 D1 4bit: D4 – D7 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 15 A
Cực dương led nền 0V đến 5V 16 K Cực âm led nền 0V
Nếu dùng I2C module (FC8574) chỉ cần 4 chân: • VCC: 5V • GND: Nối đất • SDA: A4 (Arduino) • SCL: A4 (Arduino)
Sơ Đồ Kết Nối Của Màn Hình LCD1602:
• Chân số 1 - VSS: Chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển.
• Chân số 2 - VDD: Chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC 5V của mạch điều khiển
• Chân số 3 - VE: Điều chỉnh độ tương phản của LCD
• Chân số 4 - RS: chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":
o Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế
độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ
“đọc” - read) o Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD
• Chân số 5 - R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic
“0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc
• Chân số 6 - E: chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau:
o Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên
trong khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân
E o Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện
cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến
khi nào chân E xuống mức thấp
• Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông
tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế độ 8 bit (dữ liệu
được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) và Chế độ 4 bit (dữ liệu
được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)
• Chân số 15 - A: nguồn dương cho đèn nền
• Chân số 16 - K: nguồn âm cho đèn nền 1.4. Ưu, nhược điểm Ưu điểm:
• Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
• Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
• Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
• Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật
• điều khiển đơn giản
• Giá thành thấp: 30.000 đế 7-80.000 kèm module I2C
• Độ bền cao: Tuổi thọ điển hình: 50.000 - 100.000 giờ (~5 - 11 năm hoạt động
liên tục), Tuổi thọ đèn nền LED khoảng 50.000 giờ. Nhược điểm:
• Kích thước của phông chữ được hiển thị: Mỗi ký tự trên LCD 16x2 có kích
thước 5x8 pixel (5 cột, 8 hàng), Không thể thay đổi kích thước phông chữ (to
hơn hoặc nhỏ hơn), Chỉ có thể hiển thị 16 ký tự trên mỗi dòng, hạn chế nội dung hiển thị.
• Chỉ hỗ trợ bộ ký tự ASCII mặc định hoặc ký tự tùy chỉnh 5x8 pixel.
• Cần nhiều chân kết nối nếu không dùng I2C: Nếu giao tiếp song song (8bit),
cần 8 chân dữ liệu + 3 chân điều khiển (tổng 11 chân), Nếu giao tiếp 4-bit, vẫn
cần 7 chân, làm giảm số chân có sẵn trên Arduino.
• Gọc nhìn hẹp, khó độc nếu nhìn từ góc lệch lớn.
• Khi cập nhập nội dung liên tục, màn hình có thể bị giật hoặc nhấp nháy.
• Phụ thuộc vào biến trở để điều chỉnh độ tương phản
• Không thể hiển thị đồ họa, vv
• Nó không thể hiển thị đường cong
1.5. Ứng dụng
Ứng dụng trong đo lường và hiển thị cảm biến
Ứng dụng trong hệ thống nhúng và IoT: hiển thị ngày, giờ, cảnh báo,…
Ứng dụng trong hệ thống điều khiển: Hiện thị menu, hiển thị các thông số
Ứng dụng trong giáo dục & hiển thị thông tin 2. Màn hình LCD TFT
2.1. Giới thiệu
Màn hình TFT LCD hay còn gọi là Thin Film Transistor Liquid Crystal Display
là một loại màn hình LCD được sử dụng phổ biến trên các màn hình dạng phẳng như
điện thoại, laptop và máy tính bảng hiện nay.
Màn hình TFT LCD là dạng màn hình sử dụng công nghệ bóng bán dẫn phim
mỏng và được cải tiến từ màn hình tinh thể lỏng LCD với khả năng tái tạo màu tốt
hơn và độ phân giải cao hơn. Tính năng: •
Kích thước màn hình tương đối lớn, tích hợp khe thẻ nhớ micro SD. •
Driver ILI9341 hoặc ST7735 cho khả năng hiển thị các điểm ảnh (RGB) với 18 bit màu. •
Tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay. •
Giao thức hiển thị nối tiếp, chỉ sử dụng 5 chân (CS, RESET, DC/RS,
SDI/MOSI, SCK) để điều khiển. •
Thẻ SD sử dụng giao tiếp SPI (CS / MOSI / MISO / SCK).
2.2. Thông số kỹ thuật 2.2.1. Màn hình TFT ST7735 Cấu trúc:
Màn hình TFT ST7735 có các thành phần chính: •
Tấm nền TFT: Hiển thị hình ảnh và màu sắc. •
Bộ điều khiển ST7735: Xử lý dữ liệu và điều khiển pixel. •
Đèn nền LED: Cung cấp ánh sáng cho màn hình. •
Giao tiếp SPI: Truyền dữ liệu giữa màn hình và vi điều khiển.
Các chân kết nối và chức năng: STT Chân Chức năng 1 LED
Chân điều khiển LED nền, LED nền sẽ sáng khi cấp điện 3v vào chân này. 2 SCK/
Chân CLK của giao tiếp SPI. SCLK/ SCL/CLK 3 SDA
Chân data của giao tiếp SPI 4 A0/RS/DC
Chân này thể hiện việc đang truyền dữ liệu màu sắc hiển
thị hay là truyền lệnh điều khiển hoạt động của màn hình: •
Khi chân A0 bằng 0: LCD sẽ hiểu rằng dữ liệu
bạn gửi đến là các lệnh để cấu hình, điều khiển LCD. •
Khi chân A0 bằng 1: Dữ liệu bạn gửi sẽ được hiểu
là dữ liệu hiển thị lên các pixel trên màn hình. 5
RST/RESET Chân reset LCD: Ở mức bình thường nối lên mức 1, lúc
cần reset thì kéo xuống 0. 6 CS Chân giao tiếp SPI. 7 GND Nối vào chân GND. 8 VCC Nguồn 3.3V
Thông số kỹ thuật cơ bản: Thông số Giá trị Loại màn hình
LCD TFT (Thin Film Transistor) IC điều khiển ST7735
Kích thước phổ biến 1.44 inch, 1.8 inch, 2.0 inch Độ phân giải 128x128 hoặc 128x160 pixels Màu sắc
65K (16-bit) hoặc 262K (18-bit) màu Giao tiếp
SPI (Serial Peripheral Interface) Điện áp hoạt động
3.3V (Có thể dùng 5V nếu có mạch chuyển đổi) Tốc độ SPI Lên đến 20 MHz Cảm ứng
Không (một số phiên bản có cảm ứng điện trở)
Ưu Điểm Và Nhược Điểm: Ưu Điểm: •
Màu sắc rực rỡ: Hỗ trợ hiển thị 65K màu, tốt hơn LCD đơn sắc. •
Giao tiếp SPI: Ít dây, tốc độ nhanh hơn I2C. •
Thư viện hỗ trợ tốt: Có thể dễ dàng lập trình với Arduino, ESP32, STM32. •
Giá thành rẻ: So với màn hình OLED hoặc LCD lớn hơn. Nhược Điểm: •
Không có cảm ứng (trừ một số phiên bản đặc biệt). •
Độ phân giải thấp (chỉ 128x160 pixels). •
Cần chuyển mức logic nếu dùng với Arduino 5V. •
Không hiển thị tốt ngoài trời vì độ sáng không quá cao. Ứng Dụng: •
Hiển thị thông tin trên thiết bị IoT, hệ thống nhúng. •
Làm giao diện điều khiển trong dự án Arduino. •
Hiển thị đồ thị, nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến môi trường. •
Làm máy chơi game mini (kết hợp với joystick).
2.2.2. Màn hình TFT ILI9431 Cấu trúc: •
Màn hình TFT ILI9341 bao gồm: •
Tấm nền TFT: Hiển thị hình ảnh và màu sắc. •
Bộ điều khiển ILI9341: Quản lý pixel và giao tiếp với vi điều khiển. •
Đèn nền LED: Cung cấp ánh sáng để hiển thị rõ ràng. •
Giao tiếp SPI hoặc Parallel: Kết nối với vi điều khiển.
Các chân kết nối và chức năng:
STT Chân Chức năng 1
MISO Chân được dùng để màn hình gửi dữ liệu đến vi điều khiển. 2 BLK
Chân điều khiển LED nền, LED nền sẽ sáng khi cấp điện 3v3 vào chân này. 3 DC
Chân này thể hiện việc đang truyền dữ liệu màu sắc hiển thị hay
là truyền lệnh điều khiển hoạt động của màn hình. •
Khi chân A0 bằng 0: LCD sẽ hiểu là dữ liệu bạn gửi đến là
các lệnh để cấu hình, điều khiển LCD. •
Khi chân A0 bằng 1: Dữ liệu bạn gửi sẽ được hiểu là dữ
liệu hiển thị lên các pixel trên màn hình. 4 RES Chân reset 5
MOSI Chân nối truyền dữ liệu từ vi điều khiển đến màn hình. 6 CLK Chân cung cấp xung CLK. 7 GND Nối vào chân GND. 8 VCC 3.3V
Thông số kỹ thuật cơ bản: Thông số Giá trị Loại màn hình
LCD TFT (Thin Film Transistor) IC điều khiển ILI9341 Kích thước phổ 2.2", 2.4", 2.8", 3.2" biến Độ phân giải 240x320 pixels Màu sắc
65K (16-bit) hoặc 262K (18-bit) màu Góc nhìn ≈ 160° Giao tiếp
SPI (Serial Peripheral Interface) hoặc Parallel (8-bit/16-bit)
Điện áp hoạt động 3.3V (Cần module chuyển mức logic khi dùng với Arduino 5V) Tốc độ SPI Tối đa 40 MHz Cảm ứng
Một số phiên bản có cảm ứng điện trở hoặc điện dung
Ưu Điểm Và Nhược Điểm: Ưu Điểm: •
Màu sắc rực rỡ, góc nhìn rộng. •
SPI tốc độ cao (~40MHz), nhanh hơn so với I2C. •
Hiển thị rõ ràng, độ phân giải 240x320 pixel. •
Có thể dùng cảm ứng (nếu có thêm module cảm ứng điện trở). Nhược Điểm: •
Kích thước lớn hơn so với OLED hoặc LCD 16x2. •
Yêu cầu bộ chuyển mức logic nếu dùng với Arduino 5V. •
Không hiển thị tốt dưới ánh sáng mạnh ngoài trời.
Ứng Dụng Của Màn Hình TFT ILI9341 •
Hiển thị giao diện trên các thiết bị IoT. •
Làm màn hình cảm ứng điều khiển thiết bị. •
Hiển thị đồ họa, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. •
Tạo đồng hồ số, hệ thống hiển thị thông tin. •
Máy chơi game mini (kết hợp joystick, ESP32, STM32).
Bảng So Sánh TFT ST7735 và TFT ILI9341 Tiêu chí TFT ST7735 TFT ILI9341 Loại màn hình TFT LCD TFT LCD IC điều khiển ST7735 ILI9341 Kích thước 1.44", 1.8" 2.2", 2.4", 2.8", 3.2" phổ biến Độ phân giải 128x160 pixels 240x320 pixels Màu sắc 65K hoặc 262K màu 65K hoặc 262K màu Giao tiếp SPI SPI, Parallel (8-bit/16-bit) Điện áp hoạt 3.3V
3.3V (Cần chuyển mức logic khi động dùng với Arduino 5V)
Tốc độ SPI tối ~15-20 MHz ~40 MHz (Nhanh hơn) đa Cảm ứng
Không có phiên bản cảm Có một số phiên bản hỗ trợ cảm ứng ứng Góc nhìn ~160° ~160° Mức tiêu thụ Thấp hơn
Cao hơn (do kích thước lớn hơn) điện Kích thước Nhỏ hơn Lớn hơn hiển thị
Ứng dụng phổ Dự án nhỏ, cần tiết kiệm Hiển thị đồ họa chi tiết, giao diện cảm biến không gian ứng
Nhìn chung giá khá cao khoảng 90 đến 190.000 3. Màn hình OLED
3.1. Giới thiệu
Màn hình OLED hay còn được gọi là Organic Light Emitting Diodes là một
loại diode phát sáng (LED). Khi có dòng điện chạy qua màn hình, một lớp điện phát
quang (phim thuốc hoặc phim ảnh) bằng vật liệu bán dẫn cho phép màn hình phát sáng.
3.2. Cấu tạo
Tấm nền: Được chế tạo bằng thủy tinh hay nhựa, có chức năng chống đỡ cho
các bộ phận khác của OLED.
Anode: Tạo ra những khoảng trống để chứa điện tích dương khi dòng điện xuất hiện.
Cathode: Trái ngược với Anode, Cathode sẽ chịu trách nghiệm tạo ra các
điện tích âm hay electron nếu có dòng điện đi qua.
Lớp dẫn hữu cơ: Bao gồm hai thành phần chính với chức năng riêng biệt:
• Lớp dẫn: Cấu tạo từ các phân tử hữu cơ dẻo để giúp vận chuyển các chỗ trống từ Anode.
• Lớp phát sáng: Electron từ Cathode sẽ được truyền tải thông qua lớp này.
3.3. Phân loại
3.3.1. Theo cấu trúc hiển thị
PMOLED (Passive Matrix OLED) OLED ma trận thụ động •
Điều khiển pixel theo hàng & cột (ma trận thụ động). •
Đơn giản, rẻ, nhưng không phù hợp cho màn hình lớn. •
Dùng cho đồng hồ thông minh, hiển thị nhỏ.
AMOLED (Active Matrix OLED) OLED ma trận chủ động •
Mỗi pixel có transistor riêng để điều khiển. •
Hiển thị màu sắc đẹp hơn, phù hợp cho điện thoại, TV, laptop. 3.3.2. Theo màu sắc
OLED đơn sắc (Monochrome OLED) → Chỉ hiển thị một màu
(thường là trắng, xanh hoặc vàng).
OLED đa sắc (Color OLED) → Hiển thị nhiều màu sắc, phổ biến trên điện thoại.
3.4. Sơ đồ chân
Màn hình OLED giao tiếp I2C (4 chân)
Loại phổ biến nhất, thường sử dụng driver SSD1306 hoặc SH1106.
Châ Ký Hiệu Chức Năng n 1 GND Nối đất (0V) 2 VCC
Nguồn cấp (3.3V hoặc 5V) 3 SCL
Clock của giao tiếp I2C (Kết nối với A5 trên Arduino) 4 SDA
Dữ liệu của giao tiếp I2C (Kết nối với A4 trên Arduino)
Màn hình OLED giao tiếp SPI (7 hoặc 8 chân) Châ Ký Hiệu Chức Năng n 1 GND Nối đất (0V) 2 VCC
Nguồn cấp (3.3V hoặc 5V) 3 SCL / CLK
Tín hiệu xung clock SPI (Kết nối với D13 trên Arduino Uno) 4
SDA / MOSI Tín hiệu dữ liệu SPI (Kết nối với D11 trên Arduino Uno) 5 RES / RST
Reset màn hình (Có thể nối với D9) 6 DC
Chân chọn chế độ dữ liệu / lệnh (Có thể nối với D8) 7 CS
Chân chọn thiết bị SPI (Kết nối với D10)
3.5. Thông số kỹ thuật Thông số Chi tiết
Kích thước phổ 0.91", 0.96", 1.3", 1.5", 2.42", 2.7" biến Độ phân giải
128x32, 128x64, 128x128, 256x64 phổ biến Giao tiếp I2C, SPI Điện áp hoạt 3.3V - 5V động Màu sắc hiển
Đơn sắc (Trắng, Xanh, Vàng), Đa sắc, RGB thị
Tốc độ phản hồi Rất nhanh (~0.01ms, nhanh hơn LCD) Góc nhìn ~170° (rộng hơn LCD) Độ tương phản Cao hơn nhiều so với LCD Tiêu thụ điện
Thấp hơn LCD khi hiển thị nhiều điểm đen, nhưng cao hơn năng
LCD khi hiển thị nhiều điểm sáng
Các IC Điều Khiển OLED Phổ Biến
IC điều khiển Độ phân giải hỗ trợ Giao tiếp SSD1306 128x32, 128x64 I2C, SPI SH1106 128x64 I2C, SPI SSD1322 256x64 SPI SSD1351 128x128 (Màu) SPI SSD1331 96x64 (Màu) SPI
3.6. Ưu, nhược điểm Ưu Điểm: •
Không cần đèn nền → Tiết kiệm điện, màn hình mỏng hơn. •
Màu đen thực sự → Độ tương phản cao hơn LCD. • Góc nhìn rộng (~170°) •
Tốc độ phản hồi nhanh (~0.01ms, nhanh hơn LCD) •
Tiêu thụ ít điện hơn LCD khi hiển thị màu đen Nhược Điểm: •
Giá thành cao hơn LCD khoảng 70 đến 140.000 •
Độ bền thấp hơn LCD (dễ bị burn-in) •
Tiêu thụ điện cao hơn LCD khi hiển thị nhiều điểm sáng •
Kích thước màn hình hạn chế (thường dưới 3")
3.7. Ứng dụng
Sử dụng trong điện thoại thông minh, máy tính bảng, màn hình TV, laptop, …
Sử dụng trong thiết bị y tế: máy đo huyết áp, đo nhịp tim, thiết bị cấy ghép
với màn hình OLED siêu nhỏ, kính AR cho bác sĩ phẫu thuật,…
Ứng dụng trong công nghiệp và ô tô
Thiết bị nhỏ gọn và dự án Arduino
Ứng dụng trong quân sự và hàng không
SO SÁNH LCD 16X2, TFT VÀ OLED
Tiêu chí LCD 16x2 OLED LCD TFT Công
Dùng tinh thể lỏng Đi-ốt phát quang hữu Tinh thể lỏng có đèn nền, nghệ (Liquid
Crystal cơ, từng điểm ảnh tự hỗ trợ đồ họa màu
Display) và đèn nền phát sáng hiển thị Loại Chỉ hiển thị ký tự
Hiển thị đồ họa (có Hiển thị đồ họa màu đầy
hiển thị (16 cột x 2 hàng)
thể là đơn sắc hoặc đủ màu) Màu
Thường là nền Đơn sắc (trắng, xanh, Đầy đủ màu sắc (16-bit, sắc xanh/chữ trắng vàng) hoặc màu 18-bit, 24-bit) hoặc nền đen/chữ xanh (RGB OLED) Chất
Độ phân giải thấp, Độ phân giải cao, sắc Độ phân giải cao, hiển thị lượng chỉ hiển thị ký tự nét, góc nhìn rộng màu tốt nhưng cần hiển thị ASCII đèn nền