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[導(dǎo)讀]高性能嵌入式便攜設(shè)備的普及對嵌入式顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了新的要求:高性能、低功耗、體積小、可移植性好和能工作在各種光照環(huán)境下。本文設(shè)計(jì)的嵌入式顯示系統(tǒng)為這類便攜設(shè)備的顯示系統(tǒng)開發(fā)提供了一種解決方案,不但

高性能嵌入式便攜設(shè)備的普及對嵌入式顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了新的要求:高性能、低功耗、體積小、可移植性好和能工作在各種光照環(huán)境下。本文設(shè)計(jì)的嵌入式顯示系統(tǒng)為這類便攜設(shè)備的顯示系統(tǒng)開發(fā)提供了一種解決方案,不但滿足了高端嵌入式設(shè)備所需要的高性能,而且在高亮度顯示條件下能維持低功耗,適用于高檔PDA、便攜媒體播放器、手持式導(dǎo)航儀、便攜醫(yī)療和測試設(shè)備等領(lǐng)域。

主要器件的恰當(dāng)選擇是實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵,本文選用的嵌入式微處理器三星S3C2440A(同時也是本顯示系統(tǒng)的LCD控制器)主要面向高端嵌入式設(shè)備,它采用ARM920T內(nèi)核,最高工作頻率達(dá)533MHz,內(nèi)含3通道的異步串行口、SDRAM控制器、I2C總線接口、USB主、從單元設(shè)備接口、攝像頭接口、AC97音頻編解碼接口、觸摸屏接口和LCD控制器等眾多片上外設(shè),低功耗,性價比高。另外,夏普公司3.5英寸透反射式TFT-LCD LQ035Q7DH01采用了Advanced-TFT技術(shù),它利用互連薄膜晶體管的導(dǎo)電跡線的金屬敷膜作為反射器,通過LCD矩陣返回入射光,提高了強(qiáng)環(huán)境光下的亮度同時又能保持較低的功耗;在明亮場所時具備 HR-TFT(高反射液晶)功能,而在暗淡環(huán)境下又具備內(nèi)置背燈的透過型液晶功能,能在強(qiáng)烈的陽光和全黑的環(huán)境下工作。其屏幕分辨率為320×240,用18位數(shù)據(jù)信號能顯示262144種色彩。

由于嵌入式Linux具有良好的穩(wěn)定性和平臺可移植性,同時又開放原代碼,成本低廉,本文選用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。軟件開發(fā)環(huán)境采用Linux 2.4.20平臺,交叉編譯器為arm-linux-gcc 2.95.3,完成了對LQ035Q7DH01顯示屏的驅(qū)動程序開發(fā)。

顯示系統(tǒng)硬件電路

1 LCD控制器電路

LCD控制器用來傳輸圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號,S3C2440A LCD控制器能支持高達(dá)4K色STN屏和256K色TFT屏,支持1024×768分辨率下的各種液晶屏,具有LCD專用DMA。S3C2440A產(chǎn)生的控制信號主要有幀同步信號VFRAME、行同步信號VLINE、像素時鐘信號VCLK和數(shù)據(jù)輸出使能信號VM。S3C2440A有VD[0:23]共24根RGB數(shù)據(jù)線,數(shù)據(jù)格式不同,接線方式就不同,本文用的是RGB565方式。

2 時序和數(shù)據(jù)匹配電路

由于S3C2440A的LCD控制器與LCD屏LQ035Q7DH01在數(shù)據(jù)格式及顯示時序上無法匹配,需要選用一種時序控制IC或者用CPLD來對不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行映射。由于CPLD面積較大、成本較高,因而通常只在需要對電路進(jìn)行靈活配置的情況下才使用。本文時序控制IC選用夏普公司的LZ9FC22,該芯片體積小、性能穩(wěn)定、專用于QVGA屏幕TFT-LCD。這是一個18位(R6G6B6)的控制器,由于本文采用的是RGB565 16位工作模式,所以將芯片輸入引腳R0和B0接地。引腳SIZE用于選擇LCD屏幕類型,接低電平時為320×240型屏幕。接高電平時為240×320型屏幕,本文LCD為240×320型屏幕,所以該引腳接高電平。引腳VRVE用于選擇LCD幀掃描方向,接低電平時掃描方向從上到下,接高電平時則相反,引腳HRVE用于選擇LCD行掃描方向,接低電平時掃描方向從右到左,接高電平時則相反。為了方便不同用戶使用時能根據(jù)各自需求靈活配置,本文設(shè)計(jì)了一個LCD掃描方向配置電路,如圖3所示。兩對電阻R32、R34和R33、R35每對根據(jù)需要各選擇一個接入電路,從而設(shè)定引腳VRVE和HRVE的高低電平。如欲配置LCD幀掃描方向從上到下,則引腳VRVE應(yīng)為低電平,此時電路中只需接入電阻R35,電阻R33不用接入;如欲配置LCD幀掃描方向從下到上,則引腳VRVE應(yīng)為高電平,此時電路中只需接入電阻R33,電阻R35不用接入,LCD行掃描方向的配置與之類似。本文LCD采用從上到下,從左到右的掃描方向,所以將電阻R32和R35接入電路中而R33和R34位置處為空。

3 多路電壓產(chǎn)生電路

LCD屏內(nèi)集成有數(shù)字電路和模擬電路,需要外部提供數(shù)字電壓和模擬電壓。另外,為了完成數(shù)據(jù)掃描,需要TFT輪流開啟/關(guān)閉。當(dāng)TFT開啟時,數(shù)據(jù)通過源極驅(qū)動器加載到顯示電極,顯示電極和公共電極間的電壓差再作用于液晶實(shí)現(xiàn)顯示,因此需要控制LCD的開啟電壓、關(guān)閉電壓,以及加到公共電極上的電壓。

本文采用松下公司生產(chǎn)的低壓差電壓線性調(diào)節(jié)器LM1117DT-3.3芯片來產(chǎn)生時序控制IC和LCD所需要的數(shù)字電壓。采用美國MAXIM公司推出的有源矩陣液晶顯示器電源芯片MAX1664來產(chǎn)生其他電壓,兩芯片所需的 5V輸入電壓由220V交流經(jīng)一個AC/DC開關(guān)電源變換后提供。MAX1664內(nèi)部集成有兩個DC-DC變換器,其中DC-DC1提供從輸入電壓值到 5.5V范圍的輸出電壓,DC-DC2為正負(fù)電壓雙路輸出,一路可提供從輸入電壓值到 28V的輸出電壓,另一路可提供0~-10V的輸出電壓。對于LQ035Q7DH01這樣的小型TFT LCD,MAX1664能為其提供高效的調(diào)節(jié)電壓。另外,MAX1664是一種高功率開關(guān)電源,要注意供電電源電路的連接和旁路電容的連接,芯片旁路端IN和INP之間用一只33Ω的電阻隔離,如圖4所示。圖4中的D4~D6應(yīng)采用高速的肖特基二極管,同時由于電感的直流等效電阻對轉(zhuǎn)換效率的影響較大, L3~L4應(yīng)選用等效電阻低的電感, 為減小噪聲輻射,應(yīng)選用屏蔽電感。電路板的布線要細(xì)心操作,接地點(diǎn)的連線要小心處理,否則將影響各輸出電壓的穩(wěn)定。

4 顯示系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

LCD控制器首先從存儲器SDRAM的顯示緩沖區(qū)中讀出圖像數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成RGB565的數(shù)據(jù)格式,然后將數(shù)據(jù)信號和LCD控制器產(chǎn)生的控制信號一并送入時序控制IC LZ9FC22,時序控制IC將數(shù)據(jù)信號和控制信號轉(zhuǎn)換成與LCD相匹配的格式后送入LCD,最后LCD將圖像顯示到屏幕上。這里需要注意的是,在電路板布線時,LCD控制器到LCD屏的連線距離不可過長,最好不好超過50cm,否則容易出現(xiàn)顯示錯誤。 

結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的嵌入式顯示系統(tǒng),顯示亮度達(dá)100尼特,在LCD高亮度的情況下模塊的功耗小于365mW,克服了一般TFT-LCD高亮度伴隨著高功耗的矛盾,同時由于設(shè)計(jì)的硬件驅(qū)動電路只需LCD控制器給出幀同步信號、行同步信號、像素時鐘、數(shù)據(jù)使能信號和RGB數(shù)據(jù)信號,因此,為移植到不同的平臺帶來了較大的靈活性,實(shí)用性很強(qiáng)。

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