采用SPCE3200的液晶顯示系統(tǒng)方案設(shè)計
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,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,且支持多種時鐘頻率。SPCE3200的TFT控制器相關(guān)I/O引腳:LCD CLK(時鐘信號)、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個寄存器,通過對這32個寄存器參數(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。每個像素由R、G、B子像素構(gòu)成,每個子像素有6位灰度,即每個像素共有18位色,可達到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50 Cd/m2:響應(yīng)時間低于30 ms,可實現(xiàn)無拖影顯示動態(tài)圖像:采用數(shù)字接口數(shù)據(jù)總線,便于驅(qū)動控制。LQ05703DC02內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,驅(qū)動一塊液晶顯示屏需要2種驅(qū)動器:數(shù)據(jù)驅(qū)動器和行掃描驅(qū)動器。數(shù)據(jù)驅(qū)動器負(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)換的輸出實際驅(qū)動信號;掃描信號驅(qū)動器產(chǎn)生逐行掃描信號,從而實現(xiàn)對LCD顯示像素的尋址。控制TFT-LCD驅(qū)動器需4種信號:數(shù)據(jù)移位時鐘(CLK)、行同步時鐘(Hsync)、幀同步時鐘(Vsync)以及數(shù)據(jù)信號(DATE)。圖像數(shù)據(jù)在時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像素的TFT,使其正常顯示。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
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)動電路及數(shù)據(jù)驅(qū)動,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)存儲的圖像數(shù)據(jù)送入MPEG4/JPEG硬件編解碼模塊進行解碼,然后存儲到緩沖器DRAM。LCD控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動LCD所需的數(shù)據(jù)移位時鐘、幀同步時鐘與行同步時鐘,并在該時鐘觸發(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)代液晶投影機大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影機是用紅、綠、藍三塊液晶板分別作為紅、綠、藍三色光的控制層。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,同樣藍色光經(jīng)藍色液晶板后生成圖像中的藍色光信息,三種顏色的光在棱鏡中會聚,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投影機比單片式LCD投影機具有更高的圖像質(zhì)量和更高的亮度。LCD投影機體積較小、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。
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,端口SBB必須接高電平。SPCE3200也有一個標(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輸出時鐘信號,I2CDATA在時鐘信號的觸發(fā)下將控制命令傳輸給OV7620。當(dāng)SPCE3200作為I2C總線的主機時,在SPCE3200的I2C CLK和I2C DATA接人總線時需要各自接一個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表明正在進行寫入、擦除或隨機讀操作,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,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,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的寫保護端口WP與SPCE3200的NF_WP相連,可在電源波動情況下,對器件的寫入或擦除提供寫保護功能。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表明某個寫入、擦除或隨機讀操作正在進行,當(dāng)這個操作完成后,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
SPCE3200相應(yīng)端口控制器的寄存器參數(shù)設(shè)置是由系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的。參數(shù)設(shè)置后,LQ057Q3DC02在SPCE3200的LCD控制器提供的時鐘信號、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)品和電子消費類產(chǎn)品的開發(fā)。