LCD控制器驅(qū)動(dòng)的24位TFT真彩屏接口設(shè)計(jì)

ID:105323 · 發(fā)表于 2016-2-23 16:23

在嵌入式設(shè)計(jì)中常常會使用LCD屏，現(xiàn)在常用的屏大部分都是高性能的。因?yàn)長CD屏的生產(chǎn)廠商很多，標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，LCD屏往往不能與LCD控制器無粘合連接，所以在使用LCD屏?xí)r，廠家還會推薦使用其專為LCD屏是設(shè)計(jì)的時(shí)序芯片，例如，Sharp的LCD LQ035Q7DB02配套的控制器為LZ9FC22；日本的LCD屏是16位色的，本身價(jià)格很高，控制器成本也非常高，性能卻不見得好，采用高性能的24位真彩色屏是比較理想的，但接口邏輯需要重新設(shè)計(jì)。

1 RGB565－RGB888的轉(zhuǎn)換

以友達(dá)光電AUO生產(chǎn)的A06QU01[1]為例，這是一種24位的TFT真彩屏，分辨率為320?240，每個(gè)象素由RGB888表示，其控制時(shí)序如圖1所示，LCD要求的時(shí)序由幀同步（VSYNC）、行同步（HSYSNC）、比特時(shí)鐘（DCLK）及數(shù)據(jù)（Data[0：7]）構(gòu)成，幀同步和行同步指示每一幀和每一行的開始。A06QU01每幀240行，每行320個(gè)象素，每個(gè)像素由依次產(chǎn)生的8b紅、8b綠、8b藍(lán)（R1，G2，B3，R4，G5，B6…）構(gòu)成，所以稱為RGB888。

以PXA25x為代表的嵌入式處理器擁有一個(gè)LCD控制器，可以將這個(gè)控制器配置為最高16位的TFT LCD屏控制器，其控制時(shí)序如圖1所示，LCD要求的時(shí)序由幀同步（VSYNC）、行同步（HSYSNC）、點(diǎn)時(shí)鐘（PCLK）及數(shù)據(jù)（Data[0：15]構(gòu)成，幀同步和行同步指示每一幀和每一行的開始。對于A06QU01，每幀將有240行，每行有320個(gè)像素，每個(gè)像素由5b紅、6b綠、5b藍(lán)構(gòu)成16位數(shù)據(jù)，稱為RGB565。

將RGB565轉(zhuǎn)換為RGB888要解決2個(gè)問題：

1）比特時(shí)鐘3倍頻。LCD控制器每一個(gè)像素用一個(gè)時(shí)鐘1次送出16b數(shù)據(jù)，而LCD撩扛魷袼匭枰?個(gè)時(shí)鐘，每次獲得8b。這樣就需要產(chǎn)生1個(gè)3倍于點(diǎn)時(shí)鐘PCLK的時(shí)鐘。

2）16b到24b數(shù)據(jù)分解。在LCD控制器送出16b數(shù)據(jù)時(shí)，需要緩存，并分解出RGB信號分別送出，5b紅、6b綠、5b藍(lán)構(gòu)成16位數(shù)據(jù)可以采用補(bǔ)0的方法，構(gòu)成8b紅、8b綠、8b藍(lán)。數(shù)據(jù)高位補(bǔ)0時(shí)色彩較柔和，低位補(bǔ)0時(shí)彩色較艷麗。

通常情況下，使用模擬鎖相環(huán)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)均勻倍頻，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，3倍頻時(shí)鐘與RGB數(shù)據(jù)必須同步，否則會出現(xiàn)顏色錯(cuò)位；同時(shí)鎖相環(huán)還需要數(shù)據(jù)分解電路配合使用，這樣一個(gè)數(shù)字和模擬混合的電路會增加成本，因而特別設(shè)計(jì)使用了數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)非均勻3倍頻。具體方案是：使用一個(gè)大于6小于7倍的LCD屏比特時(shí)鐘作為CPLD的主控制時(shí)鐘，LCD屏的時(shí)鐘頻率約為7M赫茲，所以選擇CPLD的主控制時(shí)鐘頻率為48M赫茲。如圖1所示，pclk為控制器輸出的點(diǎn)時(shí)鐘，pdata為RBG565數(shù)據(jù)，pclkout和pdataout是送往LCD的信號，x7pclk為CPLD的定時(shí)時(shí)鐘，在pclk上升沿將pdata存入緩沖器pdatabuf，并將內(nèi)部狀態(tài)位datavalid置位，在x7pclk的上升沿，如果檢測到datavalid為高，則使pclkout為低，將緩沖器中的數(shù)據(jù)取出高5位紅色信號，補(bǔ)零后送到pdataout，并將datavalid置為低，在下一個(gè)x7pclk的上升沿將pclkout置高，8b數(shù)據(jù)送出到LCD屏。使用這種方法依次將綠色及藍(lán)色信號送出，在藍(lán)色信號送出后，保持pclkout為高，直到下一個(gè)datavalid為高，進(jìn)入下一次轉(zhuǎn)換，從圖1中可以看出，數(shù)字3倍頻信號pclkout不是均勻的，藍(lán)色數(shù)據(jù)時(shí)鐘的占空比不是50％。根據(jù)LCD屏數(shù)據(jù)手冊的要求，pclkout的占空比變化容許的范圍是40％－60％，因而只要調(diào)整好x7pclk的時(shí)鐘頻率，還是比較容易產(chǎn)生符合占空比要求的pclkout時(shí)鐘的，LCD屏正常工作還需要幀同步（VSYNC）和行同步（HSYSNC）信號，這些信號可以由軟件驅(qū)動(dòng)程序編程產(chǎn)生。

2 LCD背光及LCD偏置的電源產(chǎn)生器

LCD屏需要特殊的供電，用于背景照明和LCD偏置，現(xiàn)在使用的小尺寸LCD大多數(shù)使用LED作為背光，以及－10V的偏置電壓，本設(shè)計(jì)使用的LCD屏是2路各4個(gè)白光LED串聯(lián)，每路需要的供電電壓約為10V，電流為20mA。LCD偏置電壓為－10V，電流為3－5mA。這些電源利用LCD控制器內(nèi)部的電源控制器實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，由L1、V1構(gòu)成升壓型DC－DC轉(zhuǎn)換器，L1為高頻功率電感，V1為高頻小功率開關(guān)晶體管。C4和R1構(gòu)成的微分電路可以提高V1的導(dǎo)通和關(guān)閉速度，有利于提高電源效率，V1由脈沖寬度調(diào)制信號控制，在導(dǎo)通期間使用L1存儲能量，在關(guān)閉時(shí)電感向負(fù)載釋放能量，這樣V1的集電極上生成高壓脈沖信號，這個(gè)信號經(jīng)過D1、C3和C6整流濾波后得到用于LED供電正電壓，同樣經(jīng)過C2隔直流后再整流濾波得到用于LCD偏置的負(fù)電壓，注意，電容C7是正端接地的。LED電流限制使用圖3所示的電路，V3和V4為LED驅(qū)動(dòng)管，V2為電流采樣管，V2、V3、V4是3個(gè)型號相同的晶體管。這3個(gè)晶體管的基級相連，因而基極電壓相等。因?yàn)樾吞栂嗤曰鶚O到發(fā)射極電壓近似相等，于是，R3、R6、R7上的壓降近似相等，這樣R3、R4上的電流被轉(zhuǎn)換為R2上的反饋電壓。控制器根據(jù)反饋電壓自動(dòng)調(diào)整圖2中的PWM控制信號的占空比，從而改變輸出LED供電電壓，使反饋電壓穩(wěn)定在0.6V，通過LED的電流穩(wěn)定在22mA，LCD偏置電壓大約穩(wěn)定在－10V。

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3 數(shù)字倍頻及數(shù)據(jù)分解實(shí)現(xiàn)

RGB565－RGB888轉(zhuǎn)換器用XC9536實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，來自LCD控制器的信號為：16b數(shù)據(jù)L_DD0..15、同步信號L_FCLK及L_LCLK、點(diǎn)時(shí)鐘信號L_PCLK，輸出到LCD屏的信號為：8b數(shù)據(jù)信號LCD_D0..7、同步信號LCD_VSYNC及LCD_HSYNC、時(shí)鐘信號LCD_DCLK。X7CLK來自于48M赫茲的晶體振蕩器，使用Verilog HDL開發(fā)。如果連接無誤，則上電后加載帶有TFT屏驅(qū)動(dòng)的嵌入式Linux內(nèi)核，一般在LCD屏左上角能看到企鵝圖案，如果實(shí)際顯示的圖案位置和色彩不正確，則需要根據(jù)實(shí)際看到的圖像調(diào)整LCD控制寄存器中的時(shí)序設(shè)置，實(shí)現(xiàn)正確的顯示。

4 總結(jié)

由于接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、將一個(gè)新型號的LCD屏接到嵌入式處理器比較困難，需要認(rèn)真分析LCD控制器及LCD屏的時(shí)序和驅(qū)動(dòng)方式，使用低價(jià)可編程邏輯電路，可以實(shí)現(xiàn)接口的時(shí)序轉(zhuǎn)換，LCD屏需要的背光電源及偏置電源可以按本文所述方法，利用LCD屏內(nèi)部集成的電源控制器實(shí)現(xiàn)，也可以通過外接專用的LCD背光電源和LCD偏置實(shí)現(xiàn).

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