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

引言

在嵌入式設(shè)計(jì)中常常會(huì)使用lcd屏，現(xiàn)在常用的屏大部分都是高性能的。因?yàn)閘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(wú)粘合連接，所以在使用lcd屏?xí)r，廠家還會(huì)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)始。對(duì)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(wèn)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屏每個(gè)像素需要3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(hào)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(huì)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(huì)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(hào)，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(cè)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(hào)，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(hào)送出，在藍(lán)色信號(hào)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(hào)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(cè)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(hào)，這些信號(hào)可以由軟件驅(qū)動(dòng)程序編程產(chǎn)生。

2 lcd背光及l(fā)cd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(kāi)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(hào)控制，在導(dǎo)通期間使用l1存儲(chǔ)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(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)d1、c3和c6整流濾波后得到用于led供電正電壓，同樣經(jīng)過(guò)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(hào)相同的晶體管。這3個(gè)晶體管的基級(jí)相連，因而基極電壓相等。因?yàn)樾吞?hào)相同，所以基極到發(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(hào)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(guò)led的電流穩(wěn)定在22ma，lcd偏置電壓大約穩(wěn)定在－10v。

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(lái)自lcd控制器的信號(hào)為：16b數(shù)據(jù)l_dd0..15、同步信號(hào)l_fclk及l(fā)_lclk、點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)l_pclk，輸出到lcd屏的信號(hào)為：8b數(shù)據(jù)信號(hào)lcd_d0..7、同步信號(hào)lcd_vsync及l(fā)cd_hsync、時(shí)鐘信號(hào)lcd_dclk。x7clk來(lái)自于48m赫茲的晶體振蕩器，使用verilog hdl開(kāi)發(fā)。如果連接無(wú)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(hào)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l(fā)cd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(guò)外接專用的lcd背光電源和lcd偏置實(shí)現(xiàn)。