基于SPCE3200的液晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

　　本文介紹了凌陽公司的嵌入式32位多媒體微處理器SPCE3200與Sharp公司的LQ057Q3DC02彩色TFT LCD的軟硬件接口。由于SPCE3200內(nèi)置LCD控制器，故硬件電路簡單，兩者可直接相連。

　　2 器件簡介

　　2.1 多媒體微處理器SPCE3200

　　多媒體微處理器SPCE3200以凌陽公司開發(fā)的S+core7為內(nèi)核，內(nèi)置MPEG4硬件編解碼模塊和多種多媒體功能模塊。S+core7內(nèi)核是采用凌陽指令集架構(gòu)（Sunplus ISA）的32位RISC處理器，支持32位／16位混合指令模式和并行條件執(zhí)行。S+core7內(nèi)核采用AMBA總線，為SOC集成擴(kuò)展協(xié)處理器和用戶接口提供了靈活性。S+core7使用SJTAG技術(shù)使測試和調(diào)試程序更加有效。SPCE3200采用256引腳PLCC256封裝，其內(nèi)部包含S+core7處理器CPU，符合AMBA標(biāo)準(zhǔn)的與片內(nèi)高效能模塊相連的AHB總線，連接片內(nèi)其他低速外設(shè)的APB總線，AHB到APB的橋控制器和DMA控制器。其中，掛接在高性能AHB總線上的外設(shè)模塊包括：CMOS圖像傳感器接口模塊（CSI）、MPEG4／JPEG編解碼模塊、LCD控制器模塊、TV編碼模塊、2通道16位高速D／A轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)8 KB RAM（LDM），片內(nèi)32 KBROM、存儲(chǔ)器接口控制單元。掛接在APB總線上的模塊包括：GPIO控制器模塊、SPI串行總線控制器、SIO串行總線控制器、I2C串行總線控制器、I2S主／從控制器、UART控制器、USB主／從控制器、看門狗模塊、SD卡控制器、NAND型Flash控制器以及9通道12位A／D轉(zhuǎn)換器。

　　內(nèi)置于SPCE3200的LCD控制器接口支持TFT型LCD顯示屏與STN LCD顯示屏連接。為了節(jié)省硬件資源，SPCE3200的STN型LCD控制器接口引腳與TFT型LCD控制器接口引腳共用，使用時(shí)需要設(shè)置相關(guān)寄存器以選擇LCD控制器的工作模式。當(dāng)控制器選擇TFT LCD工作模式時(shí)，接口可支持對多種輸入格式的TFT型LCD顯示屏的控制，如串行RGB格式、串行RGBDm格式、并行RGB格式、CCIR-601／CCIR-656格式，且支持多種時(shí)鐘頻率。SPCE3200的TFT控制器相關(guān)I／O引腳：LCD CLK（時(shí)鐘信號）、LCD_ACT（數(shù)據(jù)使能信號）、LCD VS（垂直同步信號）、LCD_HS（水平同步信號）、LCD—DATA[15：0]（數(shù)據(jù)信號）。TFT LCD控制器共有32個(gè)寄存器，通過對這32個(gè)寄存器參數(shù)的設(shè)置，即可完成同步信號以及數(shù)據(jù)格式的設(shè)置，滿足各種規(guī)格的TFT LCD屏要求。

　　2.2 TFT LCD LQ057Q3DC02

　　LQ057Q3DC02為SHARP公司的5.7英寸320×240彩色TFT LCD。每個(gè)像素由R、G、B子像素構(gòu)成，每個(gè)子像素有6位灰度，即每個(gè)像素共有18位色，可達(dá)到262 144種顏色的真彩效果。采用陰極射線管（CCFT）透射式背光，亮度高達(dá)50 Cd／m2：響應(yīng)時(shí)間低于30 ms，可實(shí)現(xiàn)無拖影顯示動(dòng)態(tài)圖像：采用數(shù)字接口數(shù)據(jù)總線，便于驅(qū)動(dòng)控制。LQ05703DC02內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動(dòng)一塊液晶顯示屏需要2種驅(qū)動(dòng)器：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器和行掃描驅(qū)動(dòng)器。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)3色數(shù)據(jù)信號的接收、采樣和保持，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換的輸出實(shí)際驅(qū)動(dòng)信號；掃描信號驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生逐行掃描信號，從而實(shí)現(xiàn)對LCD顯示像素的尋址?？刂芓FT-LCD驅(qū)動(dòng)器需4種信號：數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘（CLK）、行同步時(shí)鐘（Hsync）、幀同步時(shí)鐘（Vsync）以及數(shù)據(jù)信號（DATE）。圖像數(shù)據(jù)在時(shí)鐘同步信號的作用下通過18位并行數(shù)據(jù)總線（RO～R5，GO～G5，B0～B5）。寫入數(shù)據(jù)采樣保持器，轉(zhuǎn)化為灰度信號后存入每個(gè)像素的TFT，使其正常顯示。

　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　彩色液晶顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于TFTLCD LQ057Q3DC02含有行驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，可直接與多媒體處理器SPCE3200的LCD控制器接口相連。由圖2可以看出，SPCE3200通過其內(nèi)部的NAND FLASH控制器將外部的Flash內(nèi)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)送入MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊進(jìn)行解碼，然后存儲(chǔ)到緩沖器DRAM。LCD控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)LCD所需的數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘、幀同步時(shí)鐘與行同步時(shí)鐘，并在該時(shí)鐘觸發(fā)下傳輸緩沖器中的圖像數(shù)據(jù)至LCD顯示。LCD投影機(jī)按內(nèi)部液晶板的片數(shù)可分為單片式和三片式兩種，現(xiàn)代液晶投影機(jī)大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影機(jī)是用紅、綠、藍(lán)三塊液晶板分別作為紅、綠、藍(lán)三色光的控制層。光源發(fā)射出來的白色光經(jīng)過鏡頭組后會(huì)聚到分色鏡組，紅色光首先被分離出來，投射到紅色液晶板上，液晶板“記錄”下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。綠色光被投射到綠色液晶板上，形成圖像中的綠色光信息，同樣藍(lán)色光經(jīng)藍(lán)色液晶板后生成圖像中的藍(lán)色光信息，三種顏色的光在棱鏡中會(huì)聚，由投影鏡頭投射到投影幕上形成一幅全彩色圖像。三片式LCD投影機(jī)比單片式LCD投影機(jī)具有更高的圖像質(zhì)量和更高的亮度。LCD投影機(jī)體積較小、重量較輕，制造工藝較簡單，亮度和對比度較高，分辨率適中，現(xiàn)在LCD投影機(jī)占有的市場份額約占總體市場份額的70%以上，是目前市場上占有率最高、應(yīng)用最廣泛的投影機(jī)。

    LQ057Q3DC02與SPCE3200的硬件電路連接如圖3，LQ057Q3DC02共有18根數(shù)據(jù)線，R、G、B3色各占6根，而SPCE3200的LCD控制器接口只有16根數(shù)據(jù)線，輸出RGB565格式圖像數(shù)據(jù)。因此連接時(shí)應(yīng)將SPCE3200的LCD控制器的LCD_D[0：4]端口與LQ057Q3DC02的LCD的B[1：5]端口相連，BO端口接地；LCD控制器的LCD D[5：10]端口與LCD的G[0：5]端口相連；LCD控制器的LCD_D[11：15]端口與LCD的R[1：5]端口相連，R0端口接地。LCD控制器將產(chǎn)生的時(shí)鐘信號、數(shù)據(jù)使能信號、垂直同步信號、水平同步信號分別通過LCD_CLK、LCD_ACT、LCD_VS、LCD_HS引腳傳輸至LCD模塊，使得LCD在該時(shí)鐘的觸發(fā)下正常顯示圖像。拉低LQ057Q3DC202的V／Q引腳電平選擇QVGA顯示模式。通過水平顯示模式選擇信號（R／L）引腳和垂直顯示模式選擇信號（U／D）引腳設(shè)定TFT-LCD的顯示方向。拉低R／L，拉高U／D，選擇正向左序顯示方向。OV7620與SPCE3200的硬件連接如圖4所示，OV7620的Y通道端口與SPCE3200的CSI數(shù)據(jù)端口相連接，而OV7620的像素時(shí)鐘、場同步信號、水平同步信號，分別通過端口PCK，VSYNC，HREF傳人SPCE3200的CSI_CKI，CSI_VS，CSI_HS端口，SPCE3200在該同步信號的幫助下將圖像數(shù)據(jù)出入相應(yīng)的緩存區(qū)。OV7620具有1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，通過該接口能控制OV7620的各種工作狀態(tài)、工作方式、數(shù)據(jù)輸出格式和讀取內(nèi)部狀態(tài)信息。但通過該端口控制OV7620時(shí)，端口SBB必須接高電平。SPCE3200也有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件I2C，可以方便地與帶有I2C總線的芯片通信。故可以將OV7620的SIC_0與SIC_1端口與SPCE3200的I2C DATA和I2C_CLK端口相連接，通過SPCE3200控制OV7620工作狀態(tài)、工作方式、數(shù)據(jù)輸出格式等。I2C_CLK輸出時(shí)鐘信號，I2CDATA在時(shí)鐘信號的觸發(fā)下將控制命令傳輸給OV7620。當(dāng)SPCE3200作為I2C總線的主機(jī)時(shí)，在SPCE3200的I2C CLK和I2C DATA接人總線時(shí)需要各自接一個(gè)1～10 kΩ的上拉電阻。SPCE3200內(nèi)置MPEG 4／JPEG硬件編解碼模塊將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，再利用內(nèi)置NAND FLASH控制器將壓縮后的數(shù)據(jù)保存在外部的FLASH中。

  　圖4為SPCE3200的NAND Flash控制器端口與外部Flash的硬件電路連接圖。由圖4可以看出外部Flash的8位I／O端口與SPCE3200的NF_D端口相連，用于命令、地址、數(shù)據(jù)的傳輸。外部Flash的讀忙端口R／B與SPCE3200的就緒輸入端口NF_RDY相連，該端口輸出低電平時(shí)表明正在進(jìn)行寫入、擦除或隨機(jī)讀操作，當(dāng)操作完成后，輸出高電平，通知SPCE3200準(zhǔn)備下一次讀寫操作。Flash的讀使能端口RE與SPCE3200的NF_REN端口相連，低電平有效。Flash的使能端口CE與SPCE3200的片選端口NF_CEN相連接，低電平有效。Flash的命令鎖存控制端口CLE與SPCE3200的端口NF_CLE相連，當(dāng)CLE為高電平時(shí)，I／O端口在WE的上升沿鎖存指令至寄存器。Flash的地址鎖存控制端口ALE與SPCE3200的端口NF_ALE相連，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，I／O端口在WE的上升沿鎖存地址至指令寄存器。Flash的寫使能端口WE與SPCE3200的NF_WEN相連，指令、地址和數(shù)據(jù)都在WE的上升沿被鎖存。Flash的寫保護(hù)端口WP與SPCE3200的NF_WP相連，可在電源波動(dòng)情況下，對器件的寫入或擦除提供寫保護(hù)功能。FLASH的8位I／O端口與SPCE3200的NF_D端口相連接，用于命令、地址、數(shù)據(jù)的傳輸。FLASH的讀忙端口R／B與SPCE3200的就緒輸入端口NF_RDY相連，該端口輸出低電平時(shí)表明某個(gè)寫入、擦除或隨機(jī)讀操作正在進(jìn)行，當(dāng)這個(gè)操作完成后，輸出高電平狀態(tài)，通知SPCE3200準(zhǔn)備下一次讀寫操作。FLASH的讀使能端口RE與SPCE3200的NF_REN端口相連接，低電平有效。

　  4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　SPCE3200相應(yīng)端口控制器的寄存器參數(shù)設(shè)置是由系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。參數(shù)設(shè)置后，LQ057Q3DC02在SPCE3200的LCD控制器提供的時(shí)鐘信號、數(shù)據(jù)使能信號、垂直同步信號、水平同步信號將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)傳輸至LCD屏顯示。SPCE3200內(nèi)置MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊將圖像編碼數(shù)據(jù)從Flash中取出，解碼后送顯示緩沖區(qū)。圖5為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖。

　　在使用NAND型Flash控制器之前，必須初始化。NAND型Flash控制器的初始化比較簡單，只需要設(shè)置3個(gè)寄存器用于選擇對應(yīng)引腳作為NAND型Flash接口使用、使能NAND型Flash控制器模塊時(shí)鐘、設(shè)置中斷。SPCE3200內(nèi)置的CMOS傳感器接口（CSI）可方便地與CMOS傳感器連接，并在內(nèi)部控制器的控制下接收CMOS傳感器發(fā)出的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送到DRAM中。其他所有與顯示有關(guān)的模塊，如TV，LCD或JPEG模塊均可以訪問到該數(shù)據(jù)并輸出此數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，或?qū)⑵渑c其他數(shù)據(jù)混合而產(chǎn)生顯示數(shù)據(jù)。SPCE3200的CSI模塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示。SPCE3200的CSI模塊在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)下將CMOS傳感器所捕獲的圖像信息數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、處理、然后將處理后的數(shù)據(jù)傳送到指定的BUFFER中。

　　5 結(jié)束語

　　本文介紹了一種新的彩色液晶顯示系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，耗電量低，使用方便。該系統(tǒng)利用凌陽公司的嵌入式32位多媒體微處理器SPCE3200作為主控制器。采用Sharp公司的LQ057O3DC02彩色液晶顯示模塊作為圖像顯示器，由于SPCE3200含有LCD控制器模塊可直接與LQ05703DC02相連，且SPC2E3200還含有NAND Flash控制器接口，可直接與Flash相連，故硬件電路簡單。本彩晶顯示器系統(tǒng)可用于便攜式電子產(chǎn)品和電子消費(fèi)類產(chǎn)品的開發(fā)。